UD基础知识--新手入门必备
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Redundant Array of lndependence Disks 1988年美加州大学Berkeley分校的几人提出 1988年美加州大学Berkeley分校的几人提出 年美加州大学Berkeley 公认的有六种级别： 0、 公认的有六种级别：RAID 0、1、2、3、4、5、6。 常用的有： 0、 常用的有：RAID 0、1、3、5、6、0+1 作用：提供专用服务器中接入多个磁盘时，以磁盘阵列 作用：提供专用服务器中接入多个磁盘时， 方式组成一个超大容量、响应速度快、 方式组成一个超大容量、响应速度快、可靠性高的存储 子系统。 子系统。
SATA3技术 技术
• • • • • • •
1、6Gbps的传输速度。 2、新的原生指令排序(NCQ)串行指令，面向需要大量带宽的音 频、视频应用，可保证数据传输的同步。 4、改进电源管理功能。 5、适合紧凑型1.8寸存储设备的小型低插力(LIF)接头。 6、旨在让更轻、更薄笔记本容纳7毫米光驱的接头。 7、符合INCITS ATA8-ACS标准。 8、完全向下兼容，新规范产品与旧规范产品相连时速度会自动 将至3Gbps或1.5Gbps。
SATA 接口技术
现行的ATA硬盘很少会用尽数据线所有的带宽。即使是ATA/133硬盘，也不会真正达到 133MB/S的速率。最多也就只能达到60MB/S的稳定传输速率 所以一般情况下，并不会感觉到ATA/133和ATA/66的区别。而串行ATA1.0确立了150MB/S的 标准，最终将实现600MB/S的传输速率，可谓一个质的飞跃---高速度 高速度 由于Serial ATA 采用点对点的传输协议，所以不存在主/从问题，这样每个驱动器不仅能 独享带宽，而且使拓展ATA设备更加便利。用户不需要再为设置硬盘主从跳线器而苦恼只 要增加通道数目，即可连接多台设备---可连接多台设备 Serial ATA采用七针数据电缆，主要有四个针脚，第1针发送信号，第2针接收信号，第3 针供应电源，第4针为地线。最长可以达到1米，而并行ATA最长40厘米，重要是不会在 出现因过多的引脚而是针会变弯或断针的现象Serial ATA插接简单，还大大改善了机 箱的通风条件 串行ATA支持热插拔，像USB和IEEE1394一样，在不关机的情况下就能完成增加或移除硬盘 的工作，并且不会 对硬盘和控制器造成损坏---支持热插拔 支持热插拔 在串行ATA在传输总线的两头都引入了全新的CRC（循环冗余校验）保护系统。串行 ATA的双向CRC校验对一般家庭用户用处可能不大，但对于高端工作站、服务器和磁盘 存储设备来说却至关重要的---内置数据校验
SATA：串行ATA (Serial Advanced Technology Attachment ) SATA采用串行方式进行数据传输，接 口速率比IDE接口高，最低为150MB/s ，并且第二代（SATAⅡ ）300MB/s接 口硬盘已经形成商用，规划内的最高 速率可达600MB/s SATA硬盘采用点对点连接方式，支持 热插拔，即插即用
SCSI 15,000 8/16 并行 300 1,400,000 支持 支持
SAS 15,000 8/16 串行 300 1,400,000 支持 支持
FC 15,000 8/16 串行 300 1,400,000 支持 支持
*
SATA Ⅱ接口硬盘支持NCQ，SATA Ⅰ不支持
存储核心----RAID技术 存储核心----RAID技术 ----RAID
SCSI接口 SCSI接口 SATA接口 SATA接口 FC接口 FC接口 iSCSI接口 iSCSI接口 SAS接口 SAS接口 infiniband
SCSI接口技术 SCSI接口技术（Small computer system interface） interface）
SCSI是计算机连接设备的一种工业标准 SCSI是计算机连接设备的一种工业标准 SCSI命令协议中有自己的本地处理部件 SCSI命令协议中有自己的本地处理部件 最早是一种并行连接使用SCSI命令的计算机硬件接口 最早是一种并行连接使用SCSI命令的计算机硬件接口 SCSI SCSI技术被广泛应用于网络服务器及高档桌面系统中 SCSI技术被广泛应用于网络服务器及高档桌面系统中
硬盘的主要指标（ 硬盘的主要指标（二）
平均访问时间： 平均访问时间：硬盘磁头找到目标数据所需的平均时间 平均寻道时间：磁头寻找目标数据所在磁道所需的平均时间 平均潜伏时间：当磁头移动到数据所在的磁道后，等待指定的数 据扇区转动到磁头下方的时间 数据拾取时间 数据传输率： 数据传输率： 内部数据传输率：数据从盘片表面传输到硬盘的缓存的速率 外部数据传输率：数据从硬盘的缓存读出到外部总线的速率
RAID 0—Disk Striping 0— Disk Striping:数据按系统规定的“段”(segment)为
单位分布在所有硬盘上,可以同步访问.
特点:
高性能 低可靠 低成本
RAID 1—Disk Mirroring 1— Disk Mirroring：每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数 ：
硬盘各类接口间的对比
ATA 转速（ 转速（RPM） ） 缓存（ 缓存（兆） 串行/并行 串行 并行 硬盘主流容量 （GB） ） MTBF TCQ NCQ 7,200 8/16 并行 250 600,000 支持 不支持
SATA 7,200 8/16 串行 750 1,200,000 支持 支持* 支持
录在组内相同扇区号的各磁盘上。
优点：支持阵列中多硬盘的同步访问 优点： 缺点： 缺点：每次读写要牵动整个组，易产生I/O瓶颈
RAID 5（striping with floating parity drive） 5（ drive） 特点： 特点：没有固定的校验盘，奇偶校验信息均匀分布在阵列所
属的所有磁盘上。 优点： 优点：允许在同一组内并发进行多个写操作
RAID6（ RAID6（Double parity drive） drive） 特点： 特点：较高的数据冗余性能；
坚强的数据保护能力，可以应付多颗盘同时出错； 优点： 优点：允许在同一组内并发进行多个写操作 缺点：计算校验地址占用较多的处理时间； 缺点： 较低的写入速率。 写入速率。
存储接口技术
8080-pin 公接头
FC接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
FC-AL(fibre channel arbitrated loop)是一种双端口的串行存储 接口 FC-AL支持全双工工作方式 FC-AL利用类似SATA/SAS所用 的4芯连接，提供一种单环拓扑 结构，一个控制器能访问126个 硬盘
SATA接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
SATAⅡ技术 Ⅱ
SATA II有以下五个主要特性： 更高的端口传输率（300MB/s） 本机命令队列（NCQ） 组件管理（Enclosure Management ），比如风扇控制， 温度控制，新硬盘指示，坏硬盘指示，硬盘状态指示等 端口复用（Port Multiplier ），允许多个硬盘连接到 同一端口 可向上兼容SAS技术
硬盘的主要技术
S.M.A.R.T： S.M.A.R.T： Self-Monitoring ,Analysis and Reporting Technology ，自监测、分析及报告技术，监测硬件各部件，然后根据得到的关于 各部件运行情况与历史记录的数据进行分析、比较，根据需要会自动 向用户发出警告 NCQ：Native Command Queuing ，本机命令队列，是SATA Ⅱ NCQ： 规范支持的一种新的功能，支持NCQ的硬盘可以对指令进行排队（多 达32条指令），重新编排指令执行次序，也可以立即执行指令，可提 高硬盘的性能，减少CPU占用率 Cycle： Duty Cycle：指硬盘的工作负荷， 定义为特定时间段内硬盘工作时 间占总时间的百分比。100%即表示硬盘每天24小时不停在进行读写 操作
安装SCSI设备时需要注意 安装SCSI设备时需要注意： 设备时需要注意：
设置唯一ID：作为SCSI设备在SCSI总线的唯一识别符， 绝对不允许重复，可选范围从0到15，SCSI主控制器 通常占用ID 7。 总线终结器，SCSI设备是以菊花链形来连接的，在整条 SCSI总线的最后一个物理SCSI设备上需要加终结器，防 止反射信号给SCSI控制器。 终结的方式有三种：自终结设备、物理总线终结器和自 终结电缆。
40-pin 主/从盘 连接器 Power 跳线 连接器
的产品是串行ATA（SATA）
SCSI接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
SCSI (Small Computer System Interface )小型计算机系统接口 SCSI硬盘并发处理性能优异，常 应用于企业级存储领域 SCSI硬盘采用并行接口，接口速 率目前发展到320MB/s，基本已经 达到极限，很快会被其串行版本 SAS（ Serial Attached SCSI ）硬盘所替代
据时必须同时写入镜像盘，读数据时从工作盘读出。一旦工作盘 发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据，然后由系统再 恢复工作盘正确数据
特点：
高可靠性 高成本 提高读数据速度 不能提高写数据速度
RAID 3（Striping with parity on dedicated disk） 3（ disk） 特点：检验盘为一个，数据以位或字节的方式分散记 特点：
SAS接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
SAS(Serial Attached SCSI) 串行连接SCSI SAS是一种点对点、全双 工、双端口的接口 SAS专为满足高性能企业 需求而设计，并且兼容 SATA硬盘，为企业用户 带来前所未有的灵活性
SAS技术优点 技术优点
性能：能够提供3.0Gbit/s的传输率，规划到12.0Gbit/s 兼容性：SAS连接器可以同时支持SATA和SAS硬盘 可扩展性： 通过Expander可以扩展到16000个设备 支持世界范围唯一的设备ID号，提高了设备寻址能力 支持更长距离的电缆，在无光纤传输能力的情况下，电缆长度可以到10 米 灵活性：SAS可以使用现有的SCSI命令集，保护企业现有SCSI软件的投资， 继承了SCSI的高可用性，并在SCSI命令排队方面进行了优化 SAS完全承袭了SCSI的优势，采用串行技术性能得到进一步提升，同时还考 虑了向下兼容SATA的问题，因此用户可以根据不同的需求和承受能力，灵活 选择SAS和SATA进行组合来构建存储系统
FastWide Synchronous SCSI SCSI 20/40MB/s 10/20MB/s 5MB/s
并行
SATA Serial ATA 150MB/s SATA II Serial ATA II 300MB/s
串行
ATA/IDE接口硬盘简介 接口硬盘简介
ATA硬盘是传统的桌面级硬盘，主 要应用于个人PC机，也经常称为 IDE硬盘 ATA接口为并行ATA技术，下一代
转速和缓存对硬盘性能的影响
硬盘的读写速度同硬盘的转速成正比 更高的转速可缩短硬盘的实际读写时间 硬盘缓存的大小直接影响硬盘的整体性能
硬盘类型及接口
硬盘发展历史
容 量
1000GB
750GB
SATA硬盘 硬盘
1000GB
7Biblioteka Baidu0GB
SAS硬盘 硬盘
500GB
SCSI硬盘 硬盘 FC硬盘 硬盘
500GB 400GB 300GB 250GB
300GB
146GB
300GB
300GB
146GB 73GB 73GB
146GB
100GB
73GB
时间点 1998 2008
硬盘接口发展
FC-AL 100MB/S per Port FC-AL 200MB/S per Port FC-AL 400MB/S per Port
SCSI-2
SCSI-3 Ultra SCSI Ultra2 SCSI 40/80MB/s Ultra160SCSI 160MB/s Ultra320 SCSI 320/MB/s SAS 300MB/s per port
存储基础知识
议题
硬盘技术 RAID技术 存储协议 基本存储架构 备份知识
硬盘技术
硬盘的结构及主要技术 硬盘的种类及发展趋势 企业级硬盘与桌面级硬盘的区别 目前主要的硬盘厂商 硬盘类型选择
硬盘结构
盘片 (Media)
主轴马达 (Spindle Motor) 磁头
磁头停放区 (Parking Zone)
传动部件
基座(Base Plate)
接口
硬盘的主要指标（ 硬盘的主要指标（一）
容量： 容量：指硬盘能存储的数据量大小，以字节为基本单位 单碟容量： 单碟容量：硬盘都是由一个或几个盘片组成的，单碟容 量就是指包括正反两面在内的单个盘片的总容量 转速： 转速：即主轴马达转动速度，单位为RPM（Round Per Minute)，即每分钟盘片转动圈数 缓存： 缓存：是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存 取速度，它是硬盘内部盘片和外部接口之间的缓冲器
SATA3技术 技术
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1、6Gbps的传输速度。 2、新的原生指令排序(NCQ)串行指令，面向需要大量带宽的音 频、视频应用，可保证数据传输的同步。 4、改进电源管理功能。 5、适合紧凑型1.8寸存储设备的小型低插力(LIF)接头。 6、旨在让更轻、更薄笔记本容纳7毫米光驱的接头。 7、符合INCITS ATA8-ACS标准。 8、完全向下兼容，新规范产品与旧规范产品相连时速度会自动 将至3Gbps或1.5Gbps。
SATA 接口技术
现行的ATA硬盘很少会用尽数据线所有的带宽。即使是ATA/133硬盘，也不会真正达到 133MB/S的速率。最多也就只能达到60MB/S的稳定传输速率 所以一般情况下，并不会感觉到ATA/133和ATA/66的区别。而串行ATA1.0确立了150MB/S的 标准，最终将实现600MB/S的传输速率，可谓一个质的飞跃---高速度 高速度 由于Serial ATA 采用点对点的传输协议，所以不存在主/从问题，这样每个驱动器不仅能 独享带宽，而且使拓展ATA设备更加便利。用户不需要再为设置硬盘主从跳线器而苦恼只 要增加通道数目，即可连接多台设备---可连接多台设备 Serial ATA采用七针数据电缆，主要有四个针脚，第1针发送信号，第2针接收信号，第3 针供应电源，第4针为地线。最长可以达到1米，而并行ATA最长40厘米，重要是不会在 出现因过多的引脚而是针会变弯或断针的现象Serial ATA插接简单，还大大改善了机 箱的通风条件 串行ATA支持热插拔，像USB和IEEE1394一样，在不关机的情况下就能完成增加或移除硬盘 的工作，并且不会 对硬盘和控制器造成损坏---支持热插拔 支持热插拔 在串行ATA在传输总线的两头都引入了全新的CRC（循环冗余校验）保护系统。串行 ATA的双向CRC校验对一般家庭用户用处可能不大，但对于高端工作站、服务器和磁盘 存储设备来说却至关重要的---内置数据校验
SATA：串行ATA (Serial Advanced Technology Attachment ) SATA采用串行方式进行数据传输，接 口速率比IDE接口高，最低为150MB/s ，并且第二代（SATAⅡ ）300MB/s接 口硬盘已经形成商用，规划内的最高 速率可达600MB/s SATA硬盘采用点对点连接方式，支持 热插拔，即插即用
SCSI 15,000 8/16 并行 300 1,400,000 支持 支持
SAS 15,000 8/16 串行 300 1,400,000 支持 支持
FC 15,000 8/16 串行 300 1,400,000 支持 支持
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SATA Ⅱ接口硬盘支持NCQ，SATA Ⅰ不支持
存储核心----RAID技术 存储核心----RAID技术 ----RAID
SCSI接口 SCSI接口 SATA接口 SATA接口 FC接口 FC接口 iSCSI接口 iSCSI接口 SAS接口 SAS接口 infiniband
SCSI接口技术 SCSI接口技术（Small computer system interface） interface）
SCSI是计算机连接设备的一种工业标准 SCSI是计算机连接设备的一种工业标准 SCSI命令协议中有自己的本地处理部件 SCSI命令协议中有自己的本地处理部件 最早是一种并行连接使用SCSI命令的计算机硬件接口 最早是一种并行连接使用SCSI命令的计算机硬件接口 SCSI SCSI技术被广泛应用于网络服务器及高档桌面系统中 SCSI技术被广泛应用于网络服务器及高档桌面系统中
硬盘的主要指标（ 硬盘的主要指标（二）
平均访问时间： 平均访问时间：硬盘磁头找到目标数据所需的平均时间 平均寻道时间：磁头寻找目标数据所在磁道所需的平均时间 平均潜伏时间：当磁头移动到数据所在的磁道后，等待指定的数 据扇区转动到磁头下方的时间 数据拾取时间 数据传输率： 数据传输率： 内部数据传输率：数据从盘片表面传输到硬盘的缓存的速率 外部数据传输率：数据从硬盘的缓存读出到外部总线的速率
RAID 0—Disk Striping 0— Disk Striping:数据按系统规定的“段”(segment)为
单位分布在所有硬盘上,可以同步访问.
特点:
高性能 低可靠 低成本
RAID 1—Disk Mirroring 1— Disk Mirroring：每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数 ：
硬盘各类接口间的对比
ATA 转速（ 转速（RPM） ） 缓存（ 缓存（兆） 串行/并行 串行 并行 硬盘主流容量 （GB） ） MTBF TCQ NCQ 7,200 8/16 并行 250 600,000 支持 不支持
SATA 7,200 8/16 串行 750 1,200,000 支持 支持* 支持
录在组内相同扇区号的各磁盘上。
优点：支持阵列中多硬盘的同步访问 优点： 缺点： 缺点：每次读写要牵动整个组，易产生I/O瓶颈
RAID 5（striping with floating parity drive） 5（ drive） 特点： 特点：没有固定的校验盘，奇偶校验信息均匀分布在阵列所
属的所有磁盘上。 优点： 优点：允许在同一组内并发进行多个写操作
RAID6（ RAID6（Double parity drive） drive） 特点： 特点：较高的数据冗余性能；
坚强的数据保护能力，可以应付多颗盘同时出错； 优点： 优点：允许在同一组内并发进行多个写操作 缺点：计算校验地址占用较多的处理时间； 缺点： 较低的写入速率。 写入速率。
存储接口技术
8080-pin 公接头
FC接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
FC-AL(fibre channel arbitrated loop)是一种双端口的串行存储 接口 FC-AL支持全双工工作方式 FC-AL利用类似SATA/SAS所用 的4芯连接，提供一种单环拓扑 结构，一个控制器能访问126个 硬盘
SATA接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
SATAⅡ技术 Ⅱ
SATA II有以下五个主要特性： 更高的端口传输率（300MB/s） 本机命令队列（NCQ） 组件管理（Enclosure Management ），比如风扇控制， 温度控制，新硬盘指示，坏硬盘指示，硬盘状态指示等 端口复用（Port Multiplier ），允许多个硬盘连接到 同一端口 可向上兼容SAS技术
硬盘的主要技术
S.M.A.R.T： S.M.A.R.T： Self-Monitoring ,Analysis and Reporting Technology ，自监测、分析及报告技术，监测硬件各部件，然后根据得到的关于 各部件运行情况与历史记录的数据进行分析、比较，根据需要会自动 向用户发出警告 NCQ：Native Command Queuing ，本机命令队列，是SATA Ⅱ NCQ： 规范支持的一种新的功能，支持NCQ的硬盘可以对指令进行排队（多 达32条指令），重新编排指令执行次序，也可以立即执行指令，可提 高硬盘的性能，减少CPU占用率 Cycle： Duty Cycle：指硬盘的工作负荷， 定义为特定时间段内硬盘工作时 间占总时间的百分比。100%即表示硬盘每天24小时不停在进行读写 操作
安装SCSI设备时需要注意 安装SCSI设备时需要注意： 设备时需要注意：
设置唯一ID：作为SCSI设备在SCSI总线的唯一识别符， 绝对不允许重复，可选范围从0到15，SCSI主控制器 通常占用ID 7。 总线终结器，SCSI设备是以菊花链形来连接的，在整条 SCSI总线的最后一个物理SCSI设备上需要加终结器，防 止反射信号给SCSI控制器。 终结的方式有三种：自终结设备、物理总线终结器和自 终结电缆。
40-pin 主/从盘 连接器 Power 跳线 连接器
的产品是串行ATA（SATA）
SCSI接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
SCSI (Small Computer System Interface )小型计算机系统接口 SCSI硬盘并发处理性能优异，常 应用于企业级存储领域 SCSI硬盘采用并行接口，接口速 率目前发展到320MB/s，基本已经 达到极限，很快会被其串行版本 SAS（ Serial Attached SCSI ）硬盘所替代
据时必须同时写入镜像盘，读数据时从工作盘读出。一旦工作盘 发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据，然后由系统再 恢复工作盘正确数据
特点：
高可靠性 高成本 提高读数据速度 不能提高写数据速度
RAID 3（Striping with parity on dedicated disk） 3（ disk） 特点：检验盘为一个，数据以位或字节的方式分散记 特点：
SAS接口硬盘介绍 接口硬盘介绍
SAS(Serial Attached SCSI) 串行连接SCSI SAS是一种点对点、全双 工、双端口的接口 SAS专为满足高性能企业 需求而设计，并且兼容 SATA硬盘，为企业用户 带来前所未有的灵活性
SAS技术优点 技术优点
性能：能够提供3.0Gbit/s的传输率，规划到12.0Gbit/s 兼容性：SAS连接器可以同时支持SATA和SAS硬盘 可扩展性： 通过Expander可以扩展到16000个设备 支持世界范围唯一的设备ID号，提高了设备寻址能力 支持更长距离的电缆，在无光纤传输能力的情况下，电缆长度可以到10 米 灵活性：SAS可以使用现有的SCSI命令集，保护企业现有SCSI软件的投资， 继承了SCSI的高可用性，并在SCSI命令排队方面进行了优化 SAS完全承袭了SCSI的优势，采用串行技术性能得到进一步提升，同时还考 虑了向下兼容SATA的问题，因此用户可以根据不同的需求和承受能力，灵活 选择SAS和SATA进行组合来构建存储系统
FastWide Synchronous SCSI SCSI 20/40MB/s 10/20MB/s 5MB/s
并行
SATA Serial ATA 150MB/s SATA II Serial ATA II 300MB/s
串行
ATA/IDE接口硬盘简介 接口硬盘简介
ATA硬盘是传统的桌面级硬盘，主 要应用于个人PC机，也经常称为 IDE硬盘 ATA接口为并行ATA技术，下一代
转速和缓存对硬盘性能的影响
硬盘的读写速度同硬盘的转速成正比 更高的转速可缩短硬盘的实际读写时间 硬盘缓存的大小直接影响硬盘的整体性能
硬盘类型及接口
硬盘发展历史
容 量
1000GB
750GB
SATA硬盘 硬盘
1000GB
7Biblioteka Baidu0GB
SAS硬盘 硬盘
500GB
SCSI硬盘 硬盘 FC硬盘 硬盘
500GB 400GB 300GB 250GB
300GB
146GB
300GB
300GB
146GB 73GB 73GB
146GB
100GB
73GB
时间点 1998 2008
硬盘接口发展
FC-AL 100MB/S per Port FC-AL 200MB/S per Port FC-AL 400MB/S per Port
SCSI-2
SCSI-3 Ultra SCSI Ultra2 SCSI 40/80MB/s Ultra160SCSI 160MB/s Ultra320 SCSI 320/MB/s SAS 300MB/s per port
存储基础知识
议题
硬盘技术 RAID技术 存储协议 基本存储架构 备份知识
硬盘技术
硬盘的结构及主要技术 硬盘的种类及发展趋势 企业级硬盘与桌面级硬盘的区别 目前主要的硬盘厂商 硬盘类型选择
硬盘结构
盘片 (Media)
主轴马达 (Spindle Motor) 磁头
磁头停放区 (Parking Zone)
传动部件
基座(Base Plate)
接口
硬盘的主要指标（ 硬盘的主要指标（一）
容量： 容量：指硬盘能存储的数据量大小，以字节为基本单位 单碟容量： 单碟容量：硬盘都是由一个或几个盘片组成的，单碟容 量就是指包括正反两面在内的单个盘片的总容量 转速： 转速：即主轴马达转动速度，单位为RPM（Round Per Minute)，即每分钟盘片转动圈数 缓存： 缓存：是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存 取速度，它是硬盘内部盘片和外部接口之间的缓冲器