存储基础培训教材

存储基础原理第一章存储基础知识1.存储概述2.主机基础知识3.数据库基础知识4.备份常用知识5.远程容灾1.存储概述具有大容量、高性能、安全可靠等特点将数据存放位置从应用服务器中分离出来，进行集中管理可以和各种网络设备共同组成整个系统，提供数据灵活的存取和共享服务1.1什么是存储1.2常用存储设备磁带机磁带库磁盘阵列虚拟磁带库（VTL）1.3衡量存储性能的指标IOPS（I/OsPerSecond）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。带宽等于块大小与IOPS的乘积2.主机基础知识基于X86体系架构IBM、HP、SUN、DELL、浪潮、联想基于专有的RISC芯片体系架构IBM、HP、SUN、FUJITSU2.1常用主机系统（服务器）2.2常用操作系统Windows系列Linux系列RedhatSuSEUNIX系列SolarisHP-UXAIX2.3集群技术集群把多台服务器联接在一起，形成一个整体，共同对外提供服务。可以更好的利用设备资源三种集群高性能集群负载均衡集群高可用性集群3.数据库基础知识数据库是计算机应用系统中的一种专门管理数据资源的系统数据库是立足于数据本身的管理，它将所有数据依照某种数据模型进行科学的组织，存储在计算机中数据库是在文件系统的基础上发展起来的一种理想的数据管路技术，解决了文件系统的一些缺点3.1数据库概念3.2常用数据库中小型数据库SQLServer大型数据库DB2SybaseOracle3.3数据库的备份物理备份冷备份：在数据库关闭状态拷贝数据库文件到另外位置热备份：在数据库运行状态拷贝数据库文件到另外位置逻辑备份导出（Export）：使用指令将数据从数据库中提取出来4.备份常用知识将正常时刻的数据以某种格式和方式加以保存在数据遭受破坏或其他特定情况下可以将数据恢复到以前某个时间点的状态4.1数据备份4.2备份技术备份窗口一个工作周期内留给备份系统进行备份的时间长度备份策略为所有具有相似备份要求的客户机组配置的执行备份的方式和时间备份系统由备份服务器、备份软件和备份介质组成的备份系统4.3常用备份软件VeritasNetBackupBackupExecLegatoNetWorkerCABrightStorARCserveBackupBakBoneNetVault5.远程容灾提供一个能防止用户业务环境系统遭受各种灾难破坏的信息系统具有在灾后快速恢复的能力能够满足信息系统业务连续性需求的系统5.1容灾5.2容灾的级别数据级容灾备份关键的数据到异地数据系统应用级容灾异地构建一套与本地相当的应用系统环境业务级容灾异地备份的除数据系统和应用系统之外的非IT系统环境5.3容灾衡量指标RTO（RecoveryTimeObject，恢复时间目标）是指信息系统从灾难状态恢复到可运行状态所需的时间，用来衡量容灾系统的业务恢复能力。RPO（RecoveryPointObject，恢复点目标）是指业务系统所允许的在灾难过程中的最大数据丢失量，用来衡量容灾系统的数据冗余备份能力。RR（RecoveryRadius，容灾半径）是指生产中心和灾备中心之间的直线距离，用来衡量容灾方案所能防御的灾难影响范围。ROI（ReturnOnInvestment，投入产出比）是用来衡量用户投入到容灾系统的资金与从中所获得的收益的比率。第二章存储技术1.存储体系介绍2.FCSAN和IPSAN技术3.FCSAN和IPSAN对比1.存储体系介绍服务器内置存储直接连接存储DAS网络存储网络附加存储NAS存储区域网络SAN1.1存储体系架构分类1.2DAS存储架构通过SAS、SCSI或FC接口与服务器直接相连以服务器为中心。客户机的数据访问必须通过服务器，然后经过总线访问相应的存储设备，服务器实际上起到一种存储转发的作用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；存储资源利用率低；扩展性差。1.3NAS存储架构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优点：不占用应用服务器资源；广泛支持操作系统及应用；扩展较容易；即插即用，安装简单方便。缺点：不适合存储量大的块级应用；数据备份及恢复占用网络带宽。1.4SAN存储架构将存储系统、服务器和客户端都通过网络相互连接以网络为中心优点：设备整合；数据集中，易管理；高扩展性和高可用性；适用于存储量大的块级应用。缺点：安装和升级比NAS复杂；多客户端共享资源需额外软件2.FCSAN和IPSAN技术FC是一种数据传输技术，侧重于数据的快速、高效、可靠传输。随着数据存储在带宽上的需求提高，才逐渐应用到存储系统上。FC的协议与TCP/IP协议类似，采用5层光纤协议封装和承载SCSI协议。2.1FCSAN2.2IPSAN使用IP协议封装和承载SCSI协议。早期的IPSAN是采用TCP/IP和FC技术相结合的方式传输SCSI指令，逐渐发展成可以采用iSCSI封装技术传输SCSI指令和数据。iSCSI是一种纯粹的IP存储网络技术。早期的IPSAN是采用TCP/IP和FC技术相结合的方式传输SCSI指令，逐渐发展成可以采用iSCSI封装技术传输SCSI指令和数据。2.3iSCSIIETF提出的基于IP协议的技术标准不包含任何FC的内容SCSI命令和数据帧压缩为IP帧传输工作于SCSI和TCP/IP之间iSCSI帧封装2.3.1iSCSI技术IP头TCP头iSCSI报头SCSI命令2.3.2iSCSI机制iSCSI的认证机制是基于名字的，这个名字一般称为iSCSIName。在建立连接时，发起端发起一个请求，目标端收到请求后，确认发起端发起的请求中所携带的iSCSIName是否与目标端绑定的iSCSIName一致。如果一致，便建立通信连接。每个iSCSI节点只允许有一个iSCSIName，一个iSCSIName可以被用来建立一个发起端到多个目标端的连接，多个iSCSIName可以被用来建立一个目标端到多个发起端的连接（需要集群软件）iSCSI会话分为四个状态。在初状态，发起端和目标端不处在通信阶段，当发起端向目标端发起响应请求，可以经过安全认证或者操作协商之后，在完整功能状态下对iSCSI命令进行处理，也可同时对会话进行安全认证和操作协商。SCSI安全认证有两种方法，第一种是加密，对iSCSI透明，无须处理，如IPSec；第二种是认证，即目标端对发起端的认证，或发起端对目标端的认证，认证方法如CHAP。2.3.3iSCSI会话3.FCSAN和IPSAN对比第三章硬盘基础知识1.硬盘结构2.硬盘主要参数3.硬盘接口介绍1.硬盘结构硬盘外盘结构电源接口和数据接口控制电路板固定面板硬盘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2.硬盘主要参数硬盘容量作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位硬盘转速转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm数据传输率指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）缓存基本作用是平衡内部和外部的数据传输率3.硬盘接口介绍IDE优点：价格低廉、兼容性好SCSI优点：适应面广、高性能、同时具备内外置FC优点：带宽高、连接距离长、连接设备数量大SATA优点：一对一连接、独享带宽、支持热插拔、低电压SAS优点：兼容性好、数据传输率高第四章RAID技术基础知识1.RAID基础概念2.RAID级别3.RAID的实现方式4.RAID的运行状态1.RAID基础概念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，从而提高了硬盘的读写性能和数据安全性。根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别1.1RAID的定义1.2RAID的优势RAID在容量和管理上的优势易于灵活的进行容量扩展“虚拟化”使可管理性极大的增强RAID在性能上的优势“磁盘分块”技术带来性能的提高RAID在可靠性和可用性上的优势通过冗余技术和热备、热换提升了可靠性1.3RAID存取数据的基本方式并行存取方式适用于大型的、以长时间顺序访问数据为特征的应用独立存取方式适用于数据存取频繁，每笔存取数据量小的应用1.4RAID的冗余方式镜像冗余镜像冗余使用了磁盘镜像技术磁盘镜像是一个简单的设备虚拟化技术，每个I/O操作都会在两个磁盘上执行，两个磁盘看起来就像一个磁盘一样镜像冗余可以提高磁盘的读性能校验冗余根据冗余算法计算阵列中成员磁盘上数据的校验信息，将校验信息保存在其他的磁盘资源上保证数据可靠性和镜像冗余相比较，校验冗余的开销更小1.5热备和热换热备是指在不干扰当前系统的正常使用的情况下，用系统中另外一个正常的备用磁盘顶替失效磁盘。热换是指在不影响系统正常运转的情况下，用正常的磁盘物理替换RAID阵列中的失效磁盘。2.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RAID3数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘RAID4单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘RAID5数据条带化，校验信息分布式存放2.1RAID0定义：RAID0即没有容错设计的条带硬盘阵列（StripedDiskArraywithoutFaultTolerance），以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中优点极高的读写效率速度快，由于不存在校验，所以不占用CPU资源部署简单缺点无冗余，通常和其他RAID级别混合使用不适合用于关键数据环境2.2RAID1定义：RAID1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘优点提供了很高的数据安全性和可用性100％的数据冗余设计、使用简单不作校验计算，CPU占用资源少缺点空间利用率只有1/2相对于单个硬盘，无法提高写性能2.3RAID5定义：RAID5的校验数据均匀分布在各数据硬盘上，RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息保存在不同硬盘上。RAID5是最常用的RAID方式之一优点高读取速率，中等写速率提供一定程度的数据安全缺点RAID组里单块硬盘的故障，会导致其他硬盘读写性能大幅度下降3.RAID的实现方式软件RAID功能都依赖于主机CPU完成，没有第三方的控制处理器和I/O芯片硬件RAID有专门的RAID控制处理器和I/O处理芯片来处理RAID任务，不需占用主机CPU资源4.RAID的运行状态建立（Create）正常（Normal）降级/临界（Degrade/Critical）重建（Rebuild/Recover）重构（Reconstruct）失效/脱机（Failed/Offline）