新版存储基础知识培训

存储基础知识培训解决方案中心贺凯2015-422什么是存储？存储网络架构存储基本组成Raid技术备份容灾软件功能存储基础知识33什么是存储？存储系统是整个IT系统的基石，是IT技术赖以存在和发挥效能的基础平台。早先的存储形式是存储设备。可以包含两个方面的含义：一方面它是数据临时或长期驻留的物理媒介；另一方面，它是保证数据完整安全存放的方式或行为。存储就是把这两个方面结合起来，向客户提供一套数据存放解决方案随着服务器数量的增多，磁盘数量也在增加，且分散在不同的服务器上，查看每一个磁盘的运行状况都需要到不同的应用服务器上去查看。更换磁盘也需要拆开服务器，中断应用。于是，一种希望将磁盘从服务器中脱离出来，集中到一起管理的需求出现了。不过，一个问题：如何将服务器和盘阵连接起来？面临这样的问题，有厂商提出了SCSI协议，通过专用的线缆将服务器的总线和存储设备连接起来，通过专门的SCSI指令来实现数据的存储。后来发展到FC协议。这样，多个服务器可以通过SCSI线缆或光纤建立与存储系统的连接。这样的方式，我们称之为直接附加存储（DAS）。存储基本知识44存储网络的存储架构DAS：直接附加存储（DirectAttachedStorage）SAN：存储区域网络(StorageAreaNetwork)NAS：网络附加存储（NetworksAttachedStorage）存储基础知识55DAS-直接附加存储文件服务器存储设备应用服务器存储设备数据库服务器存储设备数据流数据流数据流•存储设备（RAID系统、磁带机和磁带库、光盘库）直接连接到服务器；•传统的、最常见的连接方式，容易理解、规划和实施；•没有独立操作系统，不能提供跨平台的文件共享，各平台下数据需分别存储；•各DAS系统之间没有连接，数据只能分散管理；备份软件不能离开服务器支持；DAS的前期投资比较少；66SAN-存储区域网络文件服务器应用服务器存储设备数据流SAN存储设备存储设备数据流•高可用性，高性能的专用存储网络，用于安全的连接服务器和存储设备并具备灵活性和可扩展性；SAN对于数据库环境、数据备份和恢复存在巨大的优势；SAN是一种非常安全的，快速传输、存储、保护、共享和恢复数据的方法。•SAN是独立出一个数据存储网络，网络内部的数据传输率很快，但操作系统仍停留在服务器端，用户不直接访问SAN的网络；SAN关注磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构。77NAS-网络附加存储文件服务器应用服务器NAS存储设备LAN数据流数据流•NAS本身装有独立的OS，通过网络协议可以实现完全跨平台共享，支持WinNT、Linux、Unix等系统共享同一存储分区；NAS可以实现集中数据管理；一般集成本地备份软件，可以实现无服务器备份功能。•NAS内每个应用服务器通过网络共享协议，如：NFS（Linux）、CIFS（Windows）。使用同一个文件管理系统；NAS关注应用、用户和文件以及它们共享的数据；磁盘I/O会占用业务网络带宽。88SAN和NASSAN和NAS经常被视为两种竞争技术，实际上，二者能够很好地相互补充，以提供对不同类型数据的访问。SAN针对海量、面向数据块的数据传输，而NAS则提供文件级的数据访问和共享服务。尽管这两种技术类似，但严格意义上讲NAS其实只是一种文件服务。NAS和SAN不仅各有应用场合，也相互结合，许多SAN部署于NAS后台，为NAS设备提供高性能海量存储空间。存储网络的存储架构99SCSI：小型计算机系统接口（SmallComputerSystemInterface），主流SCSI-3，最高数据传输率640MBps。FC：光纤通信，用于计算机设备之间数据传输，传输率达到4Gb/8Gb/16Gb，光纤通道用于服务器共享存储设备的连接，存储控制器和驱动器之间的内部连接。iSCSI（互联网小型计算机系统接口）是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准。iSCSI继承了两大最传统技术：SCSI和TCP/IP协议。对应设备有：HBA卡（FCHBA/iSCSIHBA）FCSWITCHiSCSI-FC存储路由器另：硬盘分为：机械盘、固态硬盘（SSD）主要接口协议1010存储基本组成1111存储基本组成-单控•盘位•主机接口1212存储基本组成-双控1313存储基本组成-机头式1414存储基本组成-接口1515Raid技术RAID基本概念——定义RAID（RedundantArrayofIndependentDisks）即独立磁盘冗余阵列，RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，从而达到提升存储容量、读写性能和数据安全性的目的。根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别RAID0数据条带化，无校验RAID1数据镜像，无校验RAID2海明码错误校验及校正（不常用）RAID3数据条带化读写，校验信息存放于专用盘（不常用）RAID4单次写数据采用单个硬盘，专用盘存放校验数据（不常用）RAID5数据条带化，校验信息分布式存放RAID6数据条带化，分布式校验并提供两级冗余1616可靠性未使用RAID01020304050607080901stQtr2ndQtr3rdQtr4thQtr一旦硬盘损坏，资料将丢失!作业将停顿!资料仍然存在!使用RAIDRAID出现原因一1717提高容量未使用RAID使用RAID硬盘容量单块硬盘容量硬盘容量=单块硬盘容量xNRAID出现原因二一旦硬盘损坏，资料将丢失!作业将停顿!1818提升速度未使用RAID使用RAIDI/O1I/O2I/O1I/O2(Disk1)(Disk2)节省时间速度@Nx单块硬盘的速度TotalrequestexecutiontimeSoftwaresetupAccessTimeDataTransferSoftwareCompletionRAID出现原因三•CPU运算速度飞速提高，数据读写速度不应该成为计算机系统处理的瓶颈1919RAID基本概念——物理卷和逻辑卷RAID10RAID5•RAID由几块硬盘（物理卷）组成•RAID可以多个硬盘按照指定容量创建一个或多个逻辑卷，便通过LUN（LogicUnitNumber）来标识。一个逻辑卷对于主机来说就是一块硬盘（物理卷）物理卷物理卷逻辑卷逻辑卷多个物理卷上创建1个逻辑卷多个物理卷上创建2个逻辑卷LUN1LUN2LUN32020RAID的级别RAID0，条带化。高可用，高读写，无冗余RAID1，镜像。50%空间利用率，高安全，数据写入效率有影响RAID3，1块盘做校验，其余盘做数据，写效率较低RAID5，数据校验信息均匀分散在每个盘上，解决并发写入时的瓶颈RAID6，2级冗余，支持数据的恢复和校验的恢复，代价高RAID10(RAID0+1)，先镜像后条带化，50%利用率，解决读写和冗余RAID50，更高的容错，更快数据读取速率，磁盘故障影响吞吐量，重建时间较长Raid技术2121RAID0条带存储(Striping)原理：又称数据分条，即把数据分成若干相等大小的小块，并把它们写到阵列上不同的硬盘上，这种技术又称“Stripping”（即将数据条带化），RAID0在读写时是以并行的方式对各硬盘同时进行操作。优点磁盘空间利用率最高在所有的级别中，RAID0的速度是最快的缺点无冗余功能，如果一个磁盘损坏，则所有的数据都无法使用不适合关键业务应用媒体编辑图像编辑需要高带宽的应用2222RAID1镜像/双工•优点–数据安全性相对其它RAID级，是最好的•缺点–磁盘利用率只有50%，是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别原理：即每个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜像盘，读数据时只从工作盘读出，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。当更换故障盘后，数据可以重构，恢复工作盘正确数据应用财务金融需要高数据可用性的应用2323RAID3(条带分布+专用盘校验)原理：使用至少三块硬盘配置，在其中的一块硬盘上存贮专用的校验数据，当某块硬盘出现故障时，其它硬盘可以通过校验数据将有故障的硬盘的数据重新恢复出来。特点：数据以位或字节的方式存于各盘（分散记录在组内相同扇区的各个硬盘上）•优点–高可用性–磁盘利用率较高(N-1)–并行I/O传输，顺序读性能较高•缺点–校验盘成为性能瓶颈–每次读写牵动整个组，每次只能完成一次I/O应用流媒体服务器图像编辑视频编辑2424RAID5(条带技术+分布式校验)原理：RAID5将所有校验的数据分别存贮在所有的硬盘上,每一个硬盘的不同地方既存贮数据，也存贮校验数据。当某块硬盘出现故障时，其它硬盘可以通过校验数据将故障的硬盘的数据重新恢复出来。•优点–高可用性–磁盘利用率较高(N-1),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中–随机读写性能高允许在同一组内并发进行多个写操作•缺点–异或较验影响存储性能应用文件及应用服务器数据库服务器Web,E-mail局域网服务器2525RAID6（Doubleparitydrive）高级数据保护特点：较高的数据冗余性能；超强的数据保护能力，可以应付多颗盘同时出错；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；较低的写入速率。2626RAID性能比较RAID级*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10RAID-50RAID-6别名条带镜象分布奇偶位条带镜象阵列条带分布奇偶阵列条带分布奇偶条带容错性没有有有有有有冗余类型没有复制奇偶位复制奇偶位两种奇偶位热备盘选项没有有有有有有需要的磁盘数一个或多个只需2个三个或更多只需4个不小于6的偶数（6，8，10，12，14，16）（因为RAID5最少3个，再做镜像，就是6个）四个或更多可用容量NN/2N-1N/2N-2N－22727在线、近线、离线在线存储是指存储设备和所存储的数据时刻保持“在线”状态，可供用户随意读取，满足计算平台对数据访问的速度要求。在线存储设备一般为磁盘和磁盘阵列等存储设备，价格相对昂贵，但性能较好。离线存储是对在线存储数据的备份，以防范可能发生的数据灾难。离线存储的数据不常被调用，一般也远离系统应用，所以人们用“离线”来生动地描述这种存储方式。近线存储(NearStore)，主要定位于客户在线存储和离线存储之间的应用。就是指将那些并不是经常用到，或者说数据的访问量并不大的数据存放在性能较低的存储设备上。但同时对这些的设备要求是寻址迅速、传输率高。（例如客户一些长期保存的不常用的文件的归档）。2828数据备份手段一硬件级备份硬件级的备份是指用冗余的硬件来保证系统的连续运行。比如磁盘镜像，双机容错等方式。如果主硬件损坏，后备硬件马上能够接替其工作，这种方式可以有效地防止硬件故障，但无法防止数据的逻辑损坏当逻辑损坏发生时，硬件备份只会将错误复制一遍，无法真正保护数据。硬件备份的作用实际上是保证系统在出现故障时能够连续运行，更应称为硬件容错2929数据备份手段二软件级备份软件级的备份是指通过备份软件将数据保存到其他介质上，当出现错误时可以将系统恢复到备份时的状态。由于这种备份是由软件来完成的，所以称为软件备份。用这种方法备份和恢复都要花费一定时间。但这种方法可以完全防止逻辑损坏，因为备份介质和计算机系统是分开的，错误不会复写到介质上。这就意味着，只要保存足够长时间的历史数据，就能够恢复正确的数据。3030数据备份手段三人工手动备份人工级的备份最为原始，也最简单的备份。但如果要用手工方式从头恢复所有数据，耗费的时间恐怕会令人难以忍受。3131•数据备份目的：重新利用，备份工作的核心是恢复•恢复（Recovery）•重新创建整个应用或计算环境过去的操作状态•在应用或计算环境被破坏或其他原因导致的不能使用后，需要进行恢复•恢复模式：完全恢复，小颗粒恢复数据恢复？FileServerDatabaseServerBackupServersTapeLibraryTapes3232RTO(恢复时间目标)