存储基础知识1_介质和阵列

存储基础知识（一）SOUL产品部2010.05存储基础讨论哪些问题？HostPlatformsMediaManagement介质技术存储协议通道技术体系结构性能Performance容量capacityDASNASSAN虚拟化备份复制WORM云存储ILMSCSIDAFSFCIPSCSIRAID快照容灾重复删除NDMPVSSSNIA（存储网络行业协会）存储模型目录存储介质1阵列技术2存储介质存储介质硬盘技术磁带技术硬盘主要物理结构盘片马达(motor)底座（Base）磁头PCB及RV传感器硬盘接口硬盘主要物理结构盘片Platter磁盘驱动器的主要组件之一是盘片，其盘片构成材料是铝合金或者是玻璃，表面覆盖着磁记录层。硬磁盘盘片直径小型化的同时，面密度也在不断提高。目前硬盘的面密度已经超过每平方英寸100GB。磁头Head硬磁盘驱动器的磁头是浮动磁头，工作过程中磁头与盘面不接触，两者之间有一个很小的间隙。当磁盘高速旋转时，由于空气的粘滞性，附着在盘面上的空气在磁头和盘面之间形成了一层空气垫，托住磁头。主轴Spindle和主轴电机Motor硬盘驱动器由主轴带动盘片旋转，其转速很高，目前一般为5400r/min、7200r/min。高速硬盘一般是15000r/min，用于服务器和高速磁盘阵列。主轴电机一般为无刷直流电机，采用流体动压轴承以达到极小的径向偏摆，从而保证极小的磁道偏摆，利于磁头对磁道的跟踪。Aharddriveplatterbeingaccessedbyanactuatorarm.硬盘的读写工作磁盘驱动器在存取工作过程中，首先要把磁头移动到目标磁道，这个过程称为寻道。到达目标磁道后，还要通过伺服跟踪系统使磁头动态保持在目标磁道的中心，这个过程叫磁道跟踪。在寻道过程中，首先执行寻道命令，把磁头当前所处磁道距目标磁道的距离计算出来，装入差值计数器中，然后根据差值的正、负和大小来驱动磁头运动。为了提高寻道速度，一般把控制分成两个阶段来进行。第一阶段是“粗控”阶段，作用是速度控制。当目标磁道和当前磁道之差大于零时，采用速度控制，目的在于尽快找到目标磁道。当找到了目标磁道后，才进入“精控”阶段。“精控”阶段的作用是位置控制，保证磁头牢牢盯住目标磁道，所以又称跟踪控制方式。当访问某一个扇区时，磁头须从当前所处的磁道运动到指定的目标磁道，再等待被访问的扇区旋转到磁头下。所有盘面上的磁头装在同一个小车上作同步运动，即每一瞬间各盘面上的磁头均处于各自同一序号的磁道上，这些序号相同的磁道组成了一个柱面，与磁道编号一样，零磁道所在的柱面为零柱面，1号磁道所在的柱面为1号柱面，依次类推。访问时，先要选择柱面，其次要选择磁头（也就是选择盘面）和扇区。所以，寻址用的地址信息应该有柱面号、磁头号和扇区号。硬盘存储结构磁头Head磁头是硬盘中最昂贵、最重要的部件。MR磁头（Magnetoresistiveheads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。磁道Track当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息是沿着磁道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着，因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，硬盘上的磁道密度很大，通常一面有成千上万个磁道。扇区Sector每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。柱面Cylinder硬盘由重叠多盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称为磁盘的柱面。柱面数磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS,即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512Byte。DataRate:Innervs.OuterTracksTokeepthingssimple,originallysamenumberofsectorspertrackSinceoutertracklonger,lowerbitsperinchCompetitiondecidedtokeepbitsperinch(BPI)highforalltracks(“constantbitdensity”)MorecapacityperdiskMoresectorspertracktowardsedgeSincediskspinsatconstantspeed,outertrackshavefasterdatarateBandwidthoutertrack1.7xinnertrack!外部边缘外部中间中心内部中间内部边缘磁道平面图访问速度慢慢快硬盘的基本参数容量硬盘的容量MB或GB为单位。容量指标还包括硬盘的单碟容量单，是指包括正反两面在内的单个盘片的总容量。单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。转速转速(Rotationalspeed)是指盘片每分钟转动的圈数RPM（RoundPerMinute)。平均访问时间平均访问时间(AverageAccessTime)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括平均寻道时间+平均等待时间。平均寻道时间(AverageSeekTime)是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间，一般8ms以内。平均等待时间是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下。传输速率传输速率(DataTransferRate)硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。内部传输率(InternalTransferRate)也称为持续传输率(SustainedTransferRate)，它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。外部传输率（ExternalTransferRate）也称为突发数据传输率（BurstDataTransferRate）或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。缓存硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。常用指标硬盘类型及接口SASSATAFCSCSIATA/IDELCSC硬盘类型接口视图ATA/IDE接口硬盘Power连接器主/从盘跳线40-pin连接器ATA(AdvancedTechnologyAttachment)高级技术附加ATA硬盘是传统的桌面级硬盘，主要应用于个人PC机，也经常称为IDE(IntegratedDriveElectronic)硬盘ATA接口为并行ATA技术，正在被串行ATA（SATA）所替代SCSI接口硬盘SCSI(SmallComputerSystemInterface)小型计算机系统接口SCSI硬盘并发处理性能优异，常应用于企业级存储领域SCSI硬盘采用并行接口，接口速率发展到320MB/s，已经达到极限，正在被SAS（SerialAttachedSCSI）硬盘所替代80-pin公接头FC接口硬盘采用FC-AL(FiberChannelArbitratedLoop，光纤通道仲裁环)接口模式FC-AL是一种双端口的串行存储接口FC-AL支持全双工工作方式FC-AL提供一种单环拓扑结构，一个控制器能访问126个硬盘SATA接口硬盘SATA串行ATA：(SerialAdvancedTechnologyAttachment)SATA采用串行方式进行数据传输，接口速率比IDE接口高SATA硬盘采用点对点连接方式，支持热插拔，即插即用SATAII有以下五个主要特性：更高的端口传输率（300MB/s）本机命令队列（NCQ）组件管理（EnclosureManagement），比如风扇控制，温度控制，新硬盘指示，坏硬盘指示，硬盘状态指示等端口复用（PortMultiplier），允许多个硬盘连接到同一端口可向上兼容SAS技术SATAⅡ技术可对24×7企业在线和近线存储应用提供超大容量和高可靠性的支持SAS接口硬盘介绍SAS串行连接SCSI(SerialAttachedSCSI)SAS是一种点对点、全双工、双端口的接口SAS专为满足高性能企业需求而设计，并且兼容SATA硬盘，为企业用户带来前所未有的灵活性保留了SCSI技术良好的可测性和可靠性点对点串行连接方式提供更高的带宽:单接口3Gb/6Gb/12Gb相对于SCSI更优异的信号和数据完整性灵活性—兼容SAS和SATA可扩展性—寻址范围宽，通过扩展器可以支持更多设备可靠性和可用性—全双工接口支持冗余路径更长的电缆连接，更小尺寸，更容易的连接方式，更多选择SAS/SATA接口兼容性SASSATASATASASPluggable☻KeywayPortBSATA/SAS快速比较CriteriaSATASASDataRates150-300MB/Sec300-600MB/SecMTBF500-600Khrs1.2MhrsCableLength1m10mCost/MB$.01-$.02$.05-$.08(Est)RotationalSpeed5.4or7.2KRPM10-15kRPMBuffer8MB64MB各类硬盘对比ATASATASCSISASFC转速（RPM）7,2007,20015,00015,00015,000缓存（MB）8/168/16/328/168/168/16串行/并行并行串行并行串行串行容量（GB）2501000300450450年失效率AFR——0.73%——0.55%0.55%TCQ支持支持支持支持支持NCQ不支持支持*支持支持支持*SATAⅡ接口硬盘支持NCQ，SATAⅠ不支持企业存储介质分级策略“Onlyasmallpercentageofdatashouldbemaintainedonthehighestcost,highperformancedevices.Therestismigratedtolessexpensivestoragewhereitisimmediatelyavailablewhenneeded.”EMCWhitepaperApril2005HighcapacityLowcost-per-gigabyteHighreliabilityOptimizedfornearlineapplicationsTransactionalReferenceDataStaging&spoolingArchiveOnLineOffLineNearLinePerformanceAvailabilityAccesstimeCostperTerabyteCapacityRetention企业级Nearline与Online硬盘区别NearlineStorage7,200rpmSATAOnlineStorage15,000rpmSAS/FC成本容量负载可靠性扩展性性能耗电机械部分更大的磁铁坚固外壳空气控制设备更高寻道速度更多磁头更多盘片更小盘片直径更高转速电子部分DualprocessorsDualportTwicethefirmwareCommandschedulingSuperiorerrorco