03_第三章_存储磁盘阵列技术报告

第三章存储磁盘阵列技术教学内容磁盘阵列综述RAID技术磁盘阵列技术高级功能磁盘阵列常见应用为什么要磁盘阵列？因为存储变得越来越重要了！这么多数据，我该怎么办？引言—为什么要了解存储技术？现代企业数据的不断增长带来的问题用户希望数据在线使用开始转向外置存储系统数据在不断增长缩短备份时间并保留多个备份版本我的笔记本硬盘现在几乎存满了照片…需要追加外接存储空间,于是我订购了一块80GB的USB硬盘…$$$我将照片组织起来并分类存放以便日后查询我喜欢自己的照片,可以一旦我丢失了自己的笔记本怎么办?我需要一套备份系统以免浪费时间!磁盘阵列—什么是磁盘阵列？用于存放数据信息的设备或者系统由多块硬盘组成等同与计算机系统中的外部存储存储是一个系统是计算机技术发展的结果引言—磁盘阵列使用了什么技术？•ATA/SATA•SCSI/SAS•FC/iSCSI•RAID/JBOD•DAS/NAS/SANDASNASSANRAIDJBOD服务器SCSISASATAFC磁盘阵列综述磁盘阵列分类基本架构常见主机接口技术常见硬盘接口技术磁盘阵列分类JBODJustaBunchofDisk中端磁盘阵列单/双控制器设计,RAID机制,冗余设计高端磁盘阵列智能多控制器,最佳的扩展性及可用性©Copyright2002StorageNetworkingIndustryAssociation.AllRightsReserved.常见磁盘阵列架构应用服务器结构通用磁盘阵列结构控制器与主机/磁盘©Copyright2002StorageNetworkingIndustryAssociation.AllRightsReserved.应用服务器基本架构系统内存主板CPUPCI-E/XSlotsHBA:OnboardIDEChannelsHBA:板载SCSI芯片板载SCSI端口HBA:PCI-E/XSAS(orFibre)CardSAS(orFibre)ChipSAS(orFibre)PortHBA=HostBusAdapterSystemCoreLogicChip磁盘阵列组成通用磁盘阵列部件电源风扇RAID电源风扇背板硬盘RAID控制器磁盘阵列基本架构硬盘抽屉控制器或扩展模块背板电源,风扇供应模块常见磁盘阵列主要模块控制器-主机/硬盘之间的连接主机端HBAHostComputersSCSI(orFibre)DisksRAIDSubsystemHBARAIDControllerASICPowerPCSCSI(Fibre)SCSI(Fibre)SATASATADriveChannelsHostChannelsCacheMemoryCPUPCI-1PCI-2SCSI(orFibre)Drive-PlaneRedundantFansRedundantPSUs磁盘阵列主机接口技术iSCSI1Gb,10GbSCSI/SASSCSI:Ultra160/320,SAS:3Gb,6GbFibreChannel2Gb,4Gb,8Gb,10Gb硬盘容量计算数据单位计算方式以(2N0)计算1024MB=1GB行业标准(2N0)硬盘标准(10N)磁盘容量计算方式以(10N)计算1000MB=1GB其他常见硬盘参数RPM(每分钟转速)磁盘转速.常见如:4500,5400,7200,10000or15000rpm更高的转速能够提供硬盘更快访问时间Cache(缓存)Write-back可以提供更高的cache性能Write-through可以确保当电源故障时cache数据不会丢失MTBF(平均无故障时间)MTBF(MeanTimeBetweenFailure)RAID技术RAID技术概念RAID技术优势RAID级别介绍©Copyright2002StorageNetworkingIndustryAssociation.AllRightsReserved.什么是RAIDRAID–RedundantArrayofInexpensiveDisks将多块硬盘分组虚拟成一个单独的硬盘,使其得到更大的空间,更快的速度以及更高的实用性Multipleharddiskdrivestobecome…LARGERFASTERSAFERLargevirtualharddriveRAID技术优势存储子系统JBODRAID系统Raid的作用和优势容量和可管理性Capacity性能优势PerformanceStripe可靠性和可用性AvailabilityRedundancy、Parity、rebuild、hotswap&hostspareRAID技术-数据有效性无RAID机制如果硬盘损坏,数据会丢失01020304050607080901stQtr2ndQtr3rdQtr4thQtr使用RAID保护当一块硬盘失效数据依然完成RAID技术-存储容量无RAID机制使用RAID机制磁盘容量=每块硬盘容量磁盘容量=Nx每块硬盘容量Ndrives……1N(RAID0为例)RAID技术-性能性能@Nx每块硬盘性能SoftwaresetupAccessTimeDataTransferSoftwareCompletion全部请求执行时间WithRAIDI/O1I/O2I/O1I/O2(Disk1)(Disk2)TimeSavedWithoutRAID(RAID0为例)RAID技术-缓存策略Write-ThroughWrite-BackWriteReadWrite1.Hostwritesdataintocache.2.Writecompleted.Hostdoesnothavetowaitformedium.3.Writecacheddatatomediuminoptimisedorder.(involvedlatencytimes)CachePoolDataHostMedium1.主机写入数据到缓存池,保证数据在未来读时提供高性能2.Writecompletedwhendatahaswrittenonmedium.(Waitformedium,latencytimeinvolved)1.Hostreaddatafromcache.Ifdataisincachepool,readfromcache.(Noneedtowaitformedium)2.Ifdataisnotinthecachepool,readfrommedium,andkeepincacheforfutureuse.CachePoolDataHostMediumCachePoolDataHostMediumRAID技术—实现方式实现方式：硬件实现ASIC芯片(ApplicationSpecialIC)CPU软件实现（软RAID）Windows动态卷LinuxSoftRAIDRAID技术—芯片厂商常见的RAIDASIC芯片厂商LSICMDAMIAdaptecIntelHitachi等等RAID技术-stripedRAID条切“striped”的存取模式在使用数据条切﹝DataStripping﹞的RAID系统之中，对成员磁盘驱动器的存取方式，可分为两种：并行存取﹝ParalleledAccess﹞独立存取﹝IndependentAccess﹞RAID2和RAID3是采取并行存取模式。RAID0、RAID4、RAID5及RAID6则是采用独立存取模式平行存取模式并行存取模式支持里，是把所有磁盘驱动器的主轴马达作精密的控制，使每个磁盘的位置都彼此同步，然后对每一个磁盘驱动器作一个很短的I/O数据传送，如此一来，从主机来的每一个I/O指令，都平均分布到每一个磁盘驱动器。为了达到并行存取的功能，RAID中的每一个磁盘驱动器，都必须具备几乎完全相同的规格：转速必须一样；磁头搜寻速度﹝AccessTime﹞必须相同；Buffer或Cache的容量和存取速度要一致；CPU处理指令的速度要相同；I/OChannel的速度也要一样。总而言之，要利用并行存取模式，RAID中所有的成员磁盘驱动器，应该使用同一厂牌，相同型号的磁盘驱动器。独立存取模式独立存取模式并不对成员磁盘驱动器作同步转动控制，其对每个磁盘驱动器的存取，都是独立且没有顺序和时间间格的限制，同时每笔传输的数据量都比较大。因此，独立存取模式可以尽量地利用overlapping多任务、TaggedCommandQueuing等等高阶功能，来“隐藏”上述磁盘驱动器的机械时间延迟﹝Seek和RotationalLatency﹞。由于独立存取模式可以做overlapping多任务，而且可以同时处理来自多个主机不同的I/ORequests，在多主机环境﹝如Clustering﹞，更可发挥最大的性能。RAID级别RAID0RAID1RAID2RAID3RAID4RAID5/6RAID10JBODNRAIDRAIDBasics–JBODDisk1Disk2Disk3HostLUNDisk4Disk5Disk6Disk1Disk2Disk3Disk4Disk5Disk6RAIDBasics–NRAIDN654321Disk1N+6N+5N+4N+3N+2N+1N+N’Disk2N+N’+6N+N’+5N+N’+4N+N’+3N+N’+2N+N’+1N+N’+N’’Disk3N+N’+N’’N+N’+1N+N’N+3N+2N+1N321HostLUNDisk1hasNBlocksDisk2hasN’BlocksDisk2hasN’’BlocksDisk1NBlocksDisk2N’BlocksDisk3N’’BlocksRAIDBasics–RAID0(DiskStriping)3N-2161310741Disk11714118523N-1Disk21815129633NDisk33N1110987654321HostLUNNBlocks条带•RAID0:–无冗余、分条（最少2块硬盘）–性能最高、简单、易实现–易失效RAIDBasics–RAID1N654321Disk1M(6)M(5)M(4)M(3)M(2)M(1)M(N)Disk2N1110987654321HostLUNNBlocks镜像RAID1:-镜像（最少2块）-数据保护最好、最易实现-成本高、利用率低、性能低RAIDBasics–RAID(0+1)2N-17531Disk1M(7)M(5)M(3)M(1)M(2N-1)Disk286422NDisk32N1110987654321HostLUNNBlocksM(12)M(9)M(6)M(3)M(2N)Disk4NBlocksMirrorMirrorStripingRAIDBasics–RAID32N-11197531Disk1121086422NDisk2P(11,12)P(9,10)P(7,8)P(5,6)P(3,4)P(1,2)P(2N-1,2N)Disk32N1110987654321HostLUNNBlocks条带校验盘•RAID3:–使用专用检验盘的同步访问（最少3块）–高读写速率、磁盘失效不影响性能、利用率高–要同步硬盘主轴转速、实现复杂、软件实现无意义RAIDBasics–RAID5P(2N-1,2N)1110P(7,8)54P(1,2)Disk112P(9,10)76P(3,4)12N-1Disk2P(11,12)98P(5,6)322NDisk32N1110987654321HostLUNNBlocks带校验条带RAID5-读速率高、写速率中等、使用率高、平均速率较高-硬盘失效影响性能,实现复杂,重建恢复慢•RAID6本质上是RAID5的升级，有第二个独立的校验设计。数据和校验码被分割成块写入每个硬盘中，像RAID5一样，第二份奇偶码有计划的写入组成盘阵的所有磁盘中。作为大盘阵考虑，在掉两块盘时，它能提供更可靠的保护。RAID6MinimumDisksRequired4CapacityN-2RedundancyYes在掉两块盘，或者掉一块盘，而在另一块盘中出现坏块。RAIDBa