虚拟磁盘、卷和文件系统

—— 支持的RAID模式更多，冗余性能更强
—— 支持的通道数量多，单个磁盘柜最多可以支持96块硬盘
HP StorageWorks D2000系列阵列柜
磁盘阵列柜结构
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3.2型磁盘阵列来说，可能生成几百甚至几千个虚拟磁盘， 但是由于每个SCSI总线最多允许16个设备接入（目前32位SCSI标 准最大允许32个设备）。因此为每个磁盘分配一个SCSI ID是远远 不够用的，LUN就是来解决这个问题。 LUN是SCSI协议中的名词，它是SCSI ID更细一级的地址号，每个 SCSI ID下面还可以有更多的LUN ID。LUN就是这样一个次级寻址 ID，这样就可以在一条总线上生成众多虚拟磁盘，以满足需求。 —— LUN：我们把硬件层次生成的虚拟 磁盘，称为“LUN”。 —— 卷：而由软件生成的虚拟磁盘，统 一称为“卷”。
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3.2.4 双控制器的高安全磁盘阵列
如果盘阵内部只有一个控制器模块，那么将会是一个单点故障点。所以一些 高端的盘阵内部都有两个控制器，互为冗余。
分配给其中一个控制器的LUN逻辑卷，可以在这个控制器因故障失效的时候 ，自动被另一个工作正常的控制器接管，继续处理针对这个LUN的读写请求 。两个控制器平时都管理各自的LUN，一旦发现对方故障，那么就会自动将 所有LUN都接管过来。
RAID、虚拟磁盘、卷和文件系统
存储技术 —— 第3部分
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目标
理解软件和硬件RAID的区别


RAID卡和SCSI卡架构
理解磁盘柜和磁盘阵列的原理 深刻理解LUN和卷的重要性


理解虚拟磁盘和卷之间的关系
分区和分区表的定义 文件系统的重要性
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目录
3.1 软件和硬件RAID 3.2 理解磁盘阵列和LUN
网络：不仅仅指以太网，TCP/IP网络，它还可以是SCSI网，PCI总线网， USB网等。你可以这样理解，其实RAID控制器，就相当于一个路由器，它在 各种协议之间做转换，只不过这些协议是运行在计算机内部。 现在我们可以为存储网络做一个定义：将磁盘放到了主机的外部，此时存储 设备和主机之间，就形成了又一个独立的网络：存储区域网络（SAN）
3.3 虚拟磁盘、卷和文件系统
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3.1 软件和硬件RAID
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3.1.1 软件RAID
在主机上编写程序，运行于操作系统底层，将从主机SCSI或者IDE控 制器提交上来的物理磁盘，运用RAID算法，虚拟成各种模式的虚拟 磁盘，然后再提交给上层程序接口，这就是用软件实现的RAID，也 叫软RAID。 —— 为了保证性能，最好不用将IDE和SCSI硬盘混搭做RAID
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3.1.1 软件RAID的缺点
软件RAID有三大缺点，决定了它无法在对安全性要求高的环境使用：
—— 占用内存空间
—— 占用CPU资源 —— 无法将安装有操作系统的那个磁盘分区做成RAID模式
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3.1.2 硬件RAID
软件RAID的缺点如此之多，也就决定了对硬件RAID的需求，RAID卡 就是一种利用独立硬件来实现RAID功能的方法。如果要在硬件上实 现RAID功能，必须找一个物理硬件作为载体，SCSI卡或者主板的南 桥芯片无疑就是最好的载体了，也就是说需要在SCSI卡或南桥上增加 一个可以执行RAID算法的芯片。
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3.2.6 磁盘阵列柜种类和结构图
按照前端和后端接口来分，有SCSI-FC盘阵，FC-FC盘阵，SATA-FC盘阵， SCSI-SCSI盘阵等类型。SCSI-FC类型表示后端接口为SCSI接口，前端用于 连接主机的为FC接口。
磁盘阵列和阵列柜之间的结构图
磁盘阵列柜的外部连接图
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3.2.7 从存储的角度理解网络
物理卷(Physical Volume, PV)： 物理卷可以是一个磁盘，也可以是磁盘中的一个分区 。它为LVM提供了存储介质。 逻辑卷组(Logical Volume Group, LVG)： 可以把逻辑卷组想象成一个存储池，或者 是逻辑硬盘。物理卷与物理卷在硬件上可以是不连续的，但把多个物理卷加入逻辑卷组 后，就可以把这个逻辑卷组看成一个存储空间连续的逻辑硬盘，在这块硬盘上，可以创 建多个逻辑卷(LV)。 逻辑卷(Logical Volume, LV)： 可以将卷组划分成若干个逻辑卷，相当于在逻辑硬盘 上划分出几个逻辑分区，每个逻辑分区上都可以创建具体的文件系统。
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3.2 理解磁盘阵列和LUN
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3.2.1 理解外置磁盘柜和磁盘阵列
内置阵列卡的局限性：如果RAID功能内置到服务器里面，放几块磁 盘就满了，并且受主机影响。调整RAID时，需要关机，并且与主机 类型、操作系统等有关。主机故障（如停电等）会直接影响到存储数 据及RAID的完整性。 —— 磁盘柜：将很多磁盘集成到一个箱子里面，箱子有独立的电源和 散热系统，通过SCSI接口连接到主机的RAID控制器，这种箱子我们 称它是磁盘柜或JBOD。 —— 磁盘阵列：而自带RAID控制器的磁盘箱叫做“磁盘阵列”或盘 阵。
—— XOR：专门用来做 RAID 3、5 、6等这类校验型RAID的校验数据计 算。如果让CPU来做校验计算，将耗 费很多周期，而使用专用的数字电路 ，一进一出就立即得到结果，大大增 加了数据校验计算的速度。
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3.1.4 RAID卡与SCSI卡的区别
RAID卡与SCSI卡的区别就在于RAID功能，如果RAID卡上有多个 SCSI通道，那么它就是多通道RAID卡。目前最高有6通道到SCSI RAID卡，也就是说其后端可以接入6条SCSI总线，所以最多可连接 96个SCSI设备（16位总线）。 增加了RAID功能之后，SCSI控制器就成了RAID程序代码的傀儡， RAID让它干什么，它就干什么。SCSi控制器了解它下面掌管的磁盘 情况，它将磁盘情况报告给RAID控制器，RAID知道SCSI控制器掌管 的磁盘情况后，就按照ROM中所设置的RAID类型、条带大小等，对 RAID控制器做相应的调整，操控它的傀儡SCSI控制器向主机报告“ 虚拟”的逻辑盘，而不是所有物理磁盘了。
内置RAID卡服务器
磁盘柜
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3.2.2 磁盘阵列柜的优势
盘阵是在盘柜的集成上，将内部的磁盘经过其自带的RAID控制器的分分合合，虚拟化 成逻辑磁盘，盘阵与主机和操作系统完全独立。是一个独立的存储子系统。与主机通 过SCSI电缆连接，无需任何软件驱动或硬件支持，只需主机提供标准SCSI接口即可。 此时整个盘阵对于主机来说，就是主机SCSI总线上的一个或多个设备，具有一个或者 多个SCSI ID。所以逻辑磁盘都以LUN的形式呈现给主机。 —— 与主机操作系统独立，无需驱动 —— 设置RAID无需进入BIOS，可直接更改
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3.2.5 连接多个扩展柜
为了充分发挥两个控制器的性能，可以把盘柜和盘柜之间用线连接起 来。因为一个控制器上可以有多个通道，一个通道下面就是一条SCSI 总线，那么盘阵的每个控制器上如果能多提供几个接口，每个接口连 接盘柜（JBOD），这样它所能连接硬盘的数量将成倍增加。理论上 ，只要RAID控制器处理速度够强，总线带宽和面板上空间够大，多 增加几个通道都没问题。 如右图所示：一般情况下，把带有控制器 的磁盘柜称作“机头”，因为它就像火车 头一样，是提供动力的。机头里可以有磁 盘，也可以根本不含磁盘。把用于扩展容 量用的JBOD叫做“扩展柜”，它就像一 节节火车车厢，本身没有动力，全靠车头 带，但是基本的供电和冷却系统还是要有 的。
提示：RAID思想中有个“条带化”的概念。所谓的条带化，并不是 真正的像低级格式化一样将磁盘划分成条和带。这个条带化完全就是 在“心中”，也就是体现在程序代码上。
条带化之后，RAID程序代码就操控SCSI控制器向OS层驱动程序代码 提交一个虚拟化之后的所谓的“虚拟盘”，一般我叫它“LUN”。
能够实现RAID功能的板卡，统称RAID卡。同样，在主板南桥芯片上 也可实现RAID功能，但由于南桥中的RAID芯片，不能靠CPU来完成 它们的功能，所以这些芯片完全要靠电路逻辑来自己运算，尽管速度 很快，但功能相对RAID卡要弱。 对于硬件RAID来说，操作系统根本 无法感知底层的物理磁盘，而只能通 过厂家提供的RAID卡管理软件来查 看卡上所连接的物理磁盘，通常是在 开机后进入这个硬件来配置。
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3.3 虚拟磁盘、卷和文件系统
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3.3.1 虚拟磁盘
实际中，比如用5块100GB的磁盘做了一个RAID5，那么实际数据 空间可以有400GB，如果将这400GB虚拟成一块盘，不够灵活。 且如果OS不需要这么大的磁盘，将非常浪费。所以要再次划分这 400GB的空间，比如划分成4块100GB的逻辑磁盘，然后提交给 OS。 目前各种RAID卡都可以划分逻辑盘，逻辑盘大小任意设置。每个 逻辑盘对于OS来说都认成一块单独的物理磁盘。这里千万不要跟 分区搞混，分区是OS在一块物理磁盘上做的再次划分。而RAID卡 提供给OS的，任何时候，都是一块或者几块逻辑盘，也就是OS认 成的物理磁盘。而OS在这个磁盘上，还可以进行分区、格式化等 操作。 一种RAID类型中包含的磁盘共同组成一个RAID Group，简称RG 。逻辑盘就是从这个RG中划分出来的，原则上逻辑盘不能跨RG 来划分，就是说不能让一个逻辑盘的一部分处于一个RG，另一部 分处于另一个RG。
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3.3.5 卷管理软件（LVM）的实现
卷管理软件就是运行在OS操作系统磁 盘控制器驱动程序之上的一层软件程 序，它的作用就是实现RAID卡无法实 现的一些功能，比如随时扩容。磁盘 在经过VM这一层处理之后，应该称为 卷比较恰当，因为磁盘这个概念只有 对磁盘控制器来说才有意义。 卷管理软件看待磁盘，会认为它是一个线性存储的大仓库，而不管这个仓库 用的是什么存储方式，仓库每个房间都有一个地址（LBA逻辑块地址），VM 必须知道这些地址一共有多少。