1、目 录,数据存储的发展状况 RAID技术介绍 磁盘阵列柜介绍 存储类型介绍 小测试,磁盘阵列技术基础知识培训,五舟科技 罗明阳,数据存储的发展状况,数据存储的发展状况,在过去的十几年来 计算机CPU处理速度提高了几十倍； 硬盘容量和对存储的需求提高了上百倍； 与此同时，硬盘的速度只提高了3 - 4倍； 电子化的数据的重要性越来越高，甚至会影响到企业的生存；,数据存储的发展现状,在过去的十几年来 计算机CPU处理速度提高了几十倍； 硬盘容量和对存储的需求提高了上百倍； 与此同时，硬盘的速度只提高了3 - 4倍； 电子化的数据的重要性越来越高，甚至会影响到企业的生存；,数据存储的发展现状,单个硬盘
2、容量增长迅速，但还是不能满足需求 多媒体、高清晰图像、高清视频、大量纸质文档的电子化使得存储需求的增长远高过硬盘容量的增长； 硬盘的速度已成为计算机系统的瓶颈 由于计算机其它部件的性能增长远快过硬盘的性能增长，硬盘实际上已经成为影响计算机系统速度的主要原因； 硬盘容量的增加导致数据丢失的可能性增大 单个硬盘上存放的资料越来越多，一旦硬盘出现物理故障，数据的损失会比以前更大；以上这些问题，我们需要依靠数据存储技术的发展来解决。,数据存储面临的问题,冗余磁盘阵列（RAID）技术使大数据量快速存储成为可能 ，而且具有硬件容错的能力；光纤通道技术构成了存储网络（SAN），提供远距离和异地存储的优势，并
3、且使得容量的扩充更加简单方便；iSCSI 技术的发展扩充了SAN（IP-SAN）的概念，为用户提供了廉价的SAN解决方案，而随着以太网技术的迅猛发展，iSCSI的成本和性能优势必将更加明显；,数据存储发展的技术基础,RAID技术介绍,数据存储需要解决的问题：,RAID技术,1、大容量,2、高安全,3、高性能,RAID技术可以同时解决数据存储中的三个主要问题，但不同的客户需求会有不同的侧重点，因此从应用的角度，我们认为存储市场基本上可以划分为这三大类；,磁盘阵列和磁盘阵列柜,磁盘阵列：一般称RAID，是一种硬盘组合的技术，后面会详细介绍其功能和原理；磁盘阵列柜：是一种以RAID技术为基础的存储硬
4、件产品，简称盘阵，是最主要的存储设备；,RAID 概念,名词解释：什么是RAIDRAID是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写，意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称磁盘阵列（Disk Array）； RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个逻辑硬盘，从而提供比单个硬盘更高的存储性能并能提供数据容错功能； 组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别，不同的RAID级别有不同的读写性能和不同的容错性； RAID中的数据容错是指在RAID中的部分硬盘损坏后，利用RAID校验信息可以从其它完好的硬盘中将数据恢复回来，从而保障了用
5、户数据的安全性； 在用户端看来，RAID组成的磁盘组就是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等，操作与单个硬盘一模一样,但是读写的速度比单个硬盘要快很多，而且具有硬件容错的能力。,RAID研制目的:1、组合小的磁盘来合成大的单个磁盘 2、部分磁盘失效时不会使对数据的访问受损失 3、提高数据存取的速度,RAID 研制目的,RAID 工作模式,对RAID进行写入操作时，数据并不是按照硬盘的排列顺序逐个写满，而是每一份数据都会被分成很小的数据块，同时向RAID中的所有硬盘写入，所有硬盘都同时运转，因此RAID的硬盘转速相当于多块硬盘转速之和，克服了硬盘物理转速的限制，所以RAID的速度比单个硬盘
6、要快得多； 对RAID的读操作和写操作的原理类似，同样是多块硬盘同时运转； 这样就会存在一个问题，在RAID中每块硬盘上的数据都是不完整的(RAID 1除外)，任何一块硬盘上的数据丢失就会导致整个RAID的数据无法使用； 因此在RAID中，如果因硬盘损坏导致数据丢失，丢失的就是RAID中的全部数据，而不是部分，因此RAID对硬盘损坏的容错性是相当关键的功能，不同的RAID等级有不同的容错能力。,常用RAID等级介绍,常用RAID等级有0、1、5、6，后面会逐一介绍；其它还有RAID 3、4、10、30、50、60等，由于使用较少，在此不做具体讲解；,SCSI卡,RAID控制器,RAID 0没有
7、校验信息，任何一块硬盘出现故障时数据将无法恢复,RAID 0介绍,RAID中所有数据丢失,RAID 0硬盘空间利用率为100%，利用率和速度都是最高的,大的影像图形处理的暂存过程（电视台非编系统等） 代理服务器的暂存硬盘 多媒体的应用（VOD等） 主要在一些特定的环境，目前应用较少,RAID 0可用于需要最高的读写速度，并且数据的重要性不高的环境，其速度和硬盘空间的利用率是所有RAID级别中最高的，是用于数据暂存（处理过程中数据的临时存储）的最佳选择。,RAID 0应用环境,RAID控制器,RAID 1介绍,RAID为两块硬盘数据完全镜像，每一个硬盘的数据都是完整的，任何一块出故障数据都不会丢
8、失。,数据不损失,RAID 1只能由2块硬盘组成，硬盘空间利用率为50%，读的性能较高，写的性能较低,RAID 1数据完全地镜象，用于需要高速访问和完全冗余数据，并且对容量要求不是太大的环境。,应用于中小型数据库 文件服务器 双机系统 服务器的操作系统盘应用RAID 1较多,RAID 1应用环境,RAID 5介绍,SCSI卡,RAID控制器,RAID 5中每个硬盘上除了数据以外，还有校验信息，RAID 5的校验信息平均分散到各个硬盘上面，其中任何一块硬盘损坏时，RAID 5可通过校验信息和其它硬盘上的信息计算出坏盘上的数据，RAID中的数据不受损失。,数据不损失,RAID 5至少需要3块硬盘，
9、硬盘空间利用率为（N-1）/N,RAID 5应用环境,RAID 6介绍,RAID 6跟RAID 5的原理类似，但多了一份校验数据，可以在两块硬盘同时故障的情况下保证数据完整。,RAID 6需要至少4块硬盘，硬盘空间利用率为（N-2）/N,数据不损失,SCSI卡,RAID控制器,RAID 6的性能比RAID 5要低，跟CPU的类型有关，有时相差会比较大 Intel 80331 存储专用CPU内置了RAID 6处理引擎，对RAID 6的处理性能非常高，接近于RAID 5的处理速度,RAID 6应用环境,常见RAID级别的容错能力和空间利用率,注：RAID3、5、6的硬盘空间利用率随硬盘数的增加而增
10、加,磁盘阵列柜介绍,什么是磁盘阵列柜,通俗的讲，磁盘阵列柜就是多个硬盘的”集装箱”，在磁盘阵列柜内部集成了许多硬盘的接口，可以安装多块硬盘，简称“盘阵”； 通过内部的控制器进行控制，可以做各种级别的RAID，同时提供与电脑主机的接口，用于连接各种电脑主机； 某些“盘阵”产品内部没有控制器，而是通过插在主机里面的RAID卡来实现RAID功能和进行数据的I/O操作，这类产品在性能和可靠性方面有一定的缺陷。,磁盘阵列柜的结构及一般特点,有独立的控制器管理硬盘 支持常用RAID（0、1、5等） 支持热拔插硬盘和电源 提供标准的接口，支持多种主机连接 支持多种操作系统平台 有完善的系统检测与报警功能,热
11、拔插硬盘,冗余可热拔插电源,标准的SCSI接口/FC接口,RS-232管理口,控制器,冗余可热拔插风扇,主要部件 - 控制器,控制器-盘阵的核心,组成: CPU，内存，通道，控制程序,功能: 控制磁盘阵列运行(1) 处理I/O操作(2) 实现容错(RAID的处理)(3) I/O数据缓冲(4) 管理、监控, 是硬盘与控制器之间的桥梁，两端分别连接到硬盘和控制器上； 硬盘的接入应采用热拔插形式，以便在不停机的情况下，更换坏的硬盘； SCSI地址的设置应与硬盘本身无关； 具有获取硬盘运行状态的能力；,SCSI通道-连接磁盘的部件,主要部件 - SCSI通道,盘阵的主机接口类型一般有三种：,1、SCS
12、I：,主要部件 - 主机接口,主机接口-与主机连接的接口,2、FC(光纤通道)：,3、以太网口：,SCSI是 Apple 、PC 、 UNIX 等系统的电脑用来连接外围设备的一种并行接口标准，最大连接距离为12M； 目前SCSI的主流是Ultra 320(320MB/s)，较早期的为Ultra 160(160MB/s)； SCSI是在存储产品中应用最广泛的主机接口类型，大部分的中低端盘阵产品都采用SCSI主机接口；,注：这里的320MB和160MB是按字节计算，而在网络速度的表示中一般都用的是位(bit)，1字节=8位,SCSI接口简介,FC（ Fiber Chanel光纤通道）是一种主要使用
13、光纤介质的数据传输技术，用于计算机设备之间的数据传输，连接距离可达10KM（不用中继设备）； FC通道的主流速度为2 Gb/s和4Gb/s； 光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等 ； 是构成FC-SAN结构的基础，目前高端的存储系统大多采用FC的设备；,注：小写的b表示位(bit)，1字节=8位,FC接口简介,以太网口在存储设备中的以太网接口主要用于两种用途：NAS和IP-SAN； NAS是一种网络文件服务器； IP-SAN是将SCSI的数据流通过IP网络进行传输，构成类似于FC-SAN的存储专用网络，目前主要的IP-SAN类型是iSCSI； 在iSCSI设备中
14、一般都采用GBE，即千兆以太网卡；,以太网接口简介,以太网速的表示都是以bit/s为单位,可用于磁盘阵列的硬盘有以下种类： -IDE： 早期的PC机硬盘，正在逐渐被SATA代替，用于盘阵的已经很少； -SCSI： 广泛用于服务器的硬盘，技术成熟，对于小数据块的处理性能较高，不过正逐渐被SAS硬盘代替； -SATA： 目前低端存储中的主流硬盘类型，也是PC机中的主流硬盘，技术发展很快，价格便宜，性能和可靠性比SCSI和FC低； -SAS： SCSI的替代产品，目前在盘阵上应用还比较少，主要在一些服务器上使用； -FC： FC硬盘是高端的硬盘，速度快而且稳定，价格最高，用于中高端盘阵中；各种不同的
15、硬盘有相应的盘阵对应，一般情况下，盘阵的类型与硬盘是相对应的，不能混用；,硬盘类型,存储类型介绍,直连存储DAS (Direct-Attached Storage) 存储区域网络SAN (Storage Area Network) 网络存储系统NAS (Network-Attached Storage)以上三种存储类型主要区别在于存储设备与主机连接的方式(主机访问存储设备的方式)，存储设备内部都是以RAID技术为基础。,存储类型介绍,DAS,DAS（Direct Attached Storage）DAS即直连方式存储，在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直连到服务器的，I
16、/O（输入/输入）请求直接发送到存储设备；DAS依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统，对于服务器来说，DAS就相当于一个本地硬盘，对其操作跟本地硬盘完全一样；,DAS,服务器与DAS设备通过SCSI线连接，服务器象对本地硬盘一样对DAS设备进行操作，客户机通过服务器访问DAS设备。,DAS,DAS是最传统的存储方式，技术成熟，稳定可靠，目前在中低端市场还是主流； DAS的缺点在于：-连接距离太短SCSI最大连接距离只有12M；-可连接的设备数太少一般SCSI接口的盘阵只有两个SCSI接口（最多连接两台主机），而服务器端的SCSI接口数也不会太多，连接的设备总数非常有限（每个
17、SCSI接口只能连接一台设备）；,SAN,SAN（Storage Area Network）即存储区域网络。它是一种通过集线器、路由器、交换机等连接设备将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速存储专用子网； SAN包括：FC-SAN和IP-SAN ( iSCSI )；,FC-SAN,FC-SAN是以光纤为传输介质的存储专用网络，在该网络中传输的是FC协议，与以太网不兼容，FC-SAN所采用的交换机、路由器等设备都是专用的FC设备，不能与以太网的设备互换使用，但光纤线和某些光纤接口模块与光纤以太网所用的是兼容的；FC-SAN是当今最为昂贵和复杂的存储架构，需要在硬件、软件和人员培训方
18、面进行大量投资，但其传输距离远、速度快、性能稳定、 可连接的设备多而且扩容方便，对于要求高性能和高扩展性的应用环境，FC-SAN是首选；,FC-SAN网络中都是采用与以太网不同的设备，完全独立于以太网，有时也被称为“第二交换网”,FC-SAN,IP-SAN（iSCSI）,iSCSI（Internet SCSI）: iSCSI是基于IP协议的技术标准，是允许网络在TCP/IP协议上传输SCSI命令的新协议，实现了SCSI和TCP/IP协议的连接； iSCSI允许用户通过TCP/IP网络来构建存储区域网（SAN），对于以局域网为网络环境的用户来说，它只需要不多的投资，就可以构建一个SAN环境，解决
19、了传统FC-SAN高成本的问题； 但iSCSI的性能远远低于FC-SAN，因此不能用于对性能要求太高的的环境，但远程存储、远程容灾、高扩展性等方面的优势与FC-SAN是一样的，随着10G以太网的发展，iSCSI应该会有很好的发展前景；,IP-SAN（iSCSI）,iSCSI网络与FC-SAN的结构基本一致，但可以用以太网的交换设备来连接，设备的投资低很多，但传输速度也差很多。,NAS,NAS(Network Attached Storage) 网络附加存储，按字面意思说就是连接在网络上, 具备资料存储功能的设备； NAS是一种专业的网络文件存储及文件备份设备，它是基于LAN（局域网）的，按照T
20、CP/IP协议进行通信，以文件的方式进行数据传输； 一个NAS系统包括处理器，文件服务管理模块和多个硬盘驱动器(用于数据的存储)； NAS是网络技术在存储领域的延伸和发展，数据以文件的形式按照网络协议在客户机与存储设备之间流动，它可以利用NFS实现异构平台的客户机对数据的共享； 简单点说，NAS可以被看作是一台文件服务器；,网络上的所有电脑都可以直接访问NAS，NAS通过内置的网络操作系统管理磁盘，对windows客户端来说，NAS就是网络上的一个共享目录.,NAS,NAS,NAS上的主要协议是CIFS和NFS，即网络文件系统，在客户端表现为网络上的一个共享目录（windows系统），它只适合于文件存取；一般来说，软件都不能安装在NAS上面，部分软件可以安装在NAS上面，但性能会比较差；,几种存储类型的简单比较,谢谢观看!,
