01-存储系统基础知识

Storage Area Network （SAN）
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存储体系架构-SAN的特点
优点 ：
设备整合，多台服务器可以通过存储网络同时访问后端存 储系统
数据集中，易管理 高扩展性，存储硬件功能的发挥不受LAN的影响 高可用性，复制、备份、恢复数据和安全的管理，容错能
力强 适用于存储量大的Block级应用
Direct Attached Storage （DAS）
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存储体系架构-DAS的特点
优点 ：
磁盘与服务器分离，便于统一管理
缺点 ：
每个服务器都需要独立的存储设备 连接距离短，连接数量有限 数据分散，共享、管理困难 存储资源利用率低，单位成本高 扩展性差，新增服务器需单独配置存储设备
NT
75%
存储数据块
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NAS与SAN的融合
应用主机通过 IP SAN访问 存储资源
LAN
……
服务器
服务器
应用主机通过 CIFS或NFS访问
NAS共享资源
SAN 访问 NAS 访问
SAN网络
存储
…… NAS和SAN资源共用同一存储池
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FC SAN和IP SAN
FC SAN
SCSI
FC
Storage services … Engines
IP Network
Ethernet Ethernet Ethernet
TCP/IP iSCSI RAID SCSI
TCP/IP iSCSI RAID
FC
TCP/IP iSCSI ATA
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存储体系架构-DAS
通过IDE、SCSI以及光 纤（FC）接口或线缆与 服务器直接相连，以服 务器为中心 以服务器为中心
HP StorageWorks Ultrium 460
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磁盘阵列
磁盘阵列通过把多个较小容量的硬盘连在智能 控制器上，增加了存储容量，提高了数据的可 用性，免除单块硬盘故障所带来的灾难性后果， 提供更快的存取速度和更高的数据安全性。磁 盘阵列是一种高效、可靠、易用的存储设备。
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目录
存储概述和架构 常用存储设备和厂商 硬盘和RAID基础知识 系统连接设备 主机基本知识 数据库基础知识 备份常用知识 远程容灾
常用存储设备
磁带机 磁盘阵列 磁带库 虚拟磁带库（VTL）
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磁带机
磁带机（Tape Drive）由磁带驱动器和磁带构 成。磁带机使用磁带作为介质存储数据，使用 磁带驱动器对磁带进行读写。磁带机一般用来 备份数据。
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存储体系架构-NAS
使用一个专用存储服 务器与网络直接相连 通过NFS或CIFS对外 提供文件级访问服务 以数据为中心
Network Attached Storage （NAS）
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存储体系架构-NAS的特点
优点 ：
基于NFS、CIFS文件级共享存取，支持HTTP和FTP 存储设备功能上独立于网络中的主服务器，不占用服务器
指磁头移动到数据所在磁道需要的时间，这是衡量 硬盘机械性能的重要指标
平均潜伏期 （Average Latency）
指当磁头移动到数据所在的磁道以后，等待指定的 数据扇区转动到磁头下方的时间
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硬盘的参数－－平均访问时间和数据传输率
平均访问时间（Average Access Time）
iSCSI Qualified Name IEEE EUI-64 iSCSI Name
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iSCSI协议栈
Initiator SCSI iSCSI TCP IP link
Physical
Target SCSI iSCSI TCP
IP link
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iSCSI报文格式
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存储衡量指标
IOPS
(I/Os Per Second)即每秒输入输出次数，指的是 系统在单位时间内能处理的最大I/O频度
带宽
指单位时间内的流量，用MB/s表示
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存储体系架构分类
服务器内置存储 直接连接存储
DAS（Direct Attached Storage）
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硬盘工作原理
硬盘利用特定的磁粒子的极性来记录数据 在读取数据时，磁头将磁粒子的不同极性
转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转 换器将这些原始信号变成电脑可以使用的 数据 写数据时，正好与此相反
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硬盘的参数－－容量和转速
硬盘容量（Capacity）
作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主 要的参数
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FC SAN与IP SAN的融合
LAN
客户端
客户端
光纤交换机
虚拟化存储
远程IP网络
光纤存储
IP 存储
以太网交换机 光纤连接 IP 连接
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iSCSI概述
SCSI传输协议的一种 主要由RFC3720描述 在TCP/IP上封装，并可靠的、面向连接的传
输SCSI命令及数据 iSCSI命名规范
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磁带库示例：STK L20与磁带
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虚拟磁带库
虚拟磁带库采用备份软件对本地或者外部存储 设备上的硬盘空间进行利用，虚拟一个磁带库 来使用，不受文件系统的限制，备份软件不需 要任何变化，就可以提高备份和恢复的性能， 缩小备份窗口。此外，虚拟磁带库利用RAID 技术保证数据可靠性，完全以磁带格式记录数 据，使数据免受病毒影响。
硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB） 为单位
硬盘转速（Rotationl Speed）
转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为 rpm（Revolutions Per Minute）
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硬盘的参数－－平均寻道时间和平均潜伏期
平均寻道时间（Average Seek Time）
缺点 ：
系统的安装和升级方面效率不高 相比NAS成本较高
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SAN提高存储设备的利用率
直接连接存储（DAS）
存储区域网络（SAN）
应用服务器
应用服务器
NT
UNIX
NT
NT
UNIX
NT
NT NT
50%
UNIX
50%
存储数据块
NT
50%
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NT UNIX
UFS
EXT2 NTF2
Block
FC-4 FC-3 FC-1,2 FC-0
Intelligent IP Storage (IP-SAN)
UFS EXT2 NTFS Block iSCSI TCP/IP
Ethernet
IP Network
Fiber Channel
FC-0 FC-1,2 FC-3 FC-4 Block/Cash/RAID
SCSI
ATA/SATA
Network-Attached Storage (NAS)
NFS CIFS TCP/IP Ethernet
IP Network
Ethernet
TCP/IP
NFS CIFS
UFS EXT2 NTFS
Block/Cash/RAID
SCSI
ATA/SATA
FC Storage Area Network (FC-SAN)
数据的快照、镜像、备份、恢复、归档等）
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FC SAN存储体系架构
光纤网络和FC协 议
兼容性差 成本高昂 扩展能力差 异构化严重
……
存储网络
……
光纤交换机
客户端
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光纤存储
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IP SAN存储体系架构
以太网和iSCSI协议 兼容性好，自适应 低投资，可基于现有以
太网 弹性扩展 协议发展成熟,升级效率
高
……
客户端
存储网络
……
以太网交换机
IP 存储
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IP SAN基本组网
…
客户端 以太网交换机
以太网交换机
Oracle
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IP 存储
…
LAN
……
客户端 以太网交换机
LAN
……
SQL Server 以太网交换机
IP 存储
什么是存储
将存储设备从应用服务器中分离出来，进 行集中管理
连接各种网络设备和存储设备共同组成整 个系统，提供网络信息系统的信息存取和 共享服务
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存储技术需求
随着用户业务的发展，数据呈快速增长趋 势
数据的有效采集和合理存储是促进信息技 术发展的根本动力
业务连续性、数据共享、数据备份恢复等 需求推动存储技术快速发展
存储系统基础知识
ISSUE 1.0
课程目标
学习完本课程，您应该能够：
了解存储行业的基础知识 了解存储的体系架构 了解硬盘和RAID的基础知识 了解主机基本知识和数据库基础知识 了解备份和容灾基础知识
目录
存储概述和架构 常用存储设备和厂商 硬盘和RAID基础知识 系统连接设备 主机基本知识 数据库基础知识 备份常用知识 远程容灾
网络存储
网络连接存储
NAS（Network Attached Storage）
存储区域网络
SAN（Storage Area Network）
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存储体系架构的发展
Direct-Attached Storage (DAS)
UFS EXT2 NTFS
Block/Cash/RAID
以太网头(14)
IP头(20)
TCP头(20) iSCSI（TCP数据） FCS
iSCSI的知名端口是： 3260
源端口
目的端口
序列号
确认号
首部 长度
保留
UAPRSF
窗口大小
紧急指针
校验和
基本报头段(BHS，48字节) 附加报头段（若有） 头部校验（若有） 数据段（若有） 数据校验（若有）
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磁带库
磁带库是像自动加载磁带机一样的基于磁带的 备份系统，它能够提供同样的基本自动备份和 数据恢复功能，并可由机械手手臂自动实现磁 带拆卸和装填，也可以在驱动管理软件控制下 实现智能恢复、实时监控和统计，整个数据存 储备份过程完全摆脱了人工干涉。
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指从读/写指令发出到第一笔数据读/写实际开始所 用的平均时间
数据传输率（Data Transfer Rate ）
指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒 （MB/s）
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硬盘的参数－－缓冲区
即缓存（Cache） 缓冲区的基本要作用是平衡内部与外部的
数据传输率 为了减少主机的等待时间，硬盘会将读写
采用Fibre Channel存储专用协议，通过光纤通道交换机 等连接设备，使网络服务器与多种存储设备连接在一个独 立于以太网的网络中，数据采用FCP协议以块方式存取， 不占用服务器运算处理的网络带宽。
IP SAN
使用以太网和使用iSCSI协议，进行块状数据存储访问。
FC SAN、IP SAN都要有存储管理软件（如卷管理、
资源 扩展较容易，广泛支持操作系统及应用 即插即用
缺点 ：
相比SAN架构，存取速度慢 访问需要经过文件系统格式转换，不适合Block级应用 数据备份及恢复占用网络带宽
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存储体系架构-SAN
将存储系统、服务器 和客户端都通过网络相 互连接的架构 以网络为中心
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常见存储设备厂家
IBM EMC HP HDS NetApp DELL SUN H3C 其他厂商： Fujitsu、联想、浪潮、同友等 ……
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目录
存储概述和架构 常用存储设备和厂商 硬盘和RAID基础知识 系统连接设备 主机基本知识 数据库基础知识 备份常用知识 远程容灾
硬盘结构－－外部结构
电源接口和数据接口 控制电路板 固定面板
Fra Baidu bibliotek
控制电路板 固定面板
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电源接口 数据接口
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硬盘结构－－内部结构
磁头组件 磁头驱动机构 磁盘片 主轴组件 前端控制电路
磁盘片 磁头组件 前端控制电路
主轴组件
磁头驱动机构
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的数据先存入缓冲区
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硬盘的接口种类
IDE（Integrated Drive Electronics） SCSI（Small Computer System Interface ） FC（Fibre Channel ） SATA（Serial ATA ） SAS（Serial Attached SCSI ）