教學內容磁盤陣列綜述RAID技術磁盤陣列技術高級功能磁盤陣列常見應用第一頁，共62頁。第一頁，共62頁。為什么要磁盤陣列？因為存儲變得越來越重要了！這么多數據，我該怎么辦？第二頁，共62頁。第二頁，共62頁。引言—為什么要了解存儲技術？現代企業數據的不斷增長帶來的問題用戶希望數據在線使用開始轉向外置存儲系統數據在不斷增長縮短備份時間并保留多個備份版本我的筆記本硬盤現在幾乎存滿了照片…需要追加外接存儲空間,于是我訂購了一塊80GB的USB硬盤…$$$我將照片組織起來并分類存放以便日后查詢我喜歡自己的照片,可以一旦我丟失了自己的筆記本怎么辦?我需要一套備份系統以免浪費時間!第三頁，共62頁。第三頁，共62頁。磁盤陣列—什么是磁盤陣列？用于存放數據信息的設備或者系統由多塊硬盤組成等同與計算機系統中的外部存儲存儲是一個系統是計算機技術發展的結果第四頁，共62頁。第四頁，共62頁。引言—

磁盤陣列使用了什么技術？ATA/SATASCSI/SASFC/iSCSIRAID/JBODDAS/NAS/SANSCSI(SAS)/FCDASNASSANRAIDJBOD服務器SCSISASATAFC第五頁，共62頁。第五頁，共62頁。磁盤陣列綜述磁盤陣列分類基本架構常見主機接口技術常見硬盤接口技術第六頁，共62頁。第六頁，共62頁。磁盤陣列分類JBOD

JustaBunchofDisk中端磁盤陣列

單/雙控制器設計,RAID機制,冗余設計高端磁盤陣列

智能多控制器,最佳的擴展性及可用性第七頁，共62頁。第七頁，共62頁。常見磁盤陣列架構

應用服務器結構通用磁盤陣列結構控制器與主機/磁盤第八頁，共62頁。第八頁，共62頁。應用服務器基本架構系統內存主板CPUPCI-E/XSlotsHBA:OnboardIDEChannelsHBA:板載SCSI芯片板載SCSI端口HBA:

PCI-E/XSAS(orFibre)CardSAS(orFibre)ChipSAS(orFibre)PortHBA=HostBusAdapterSystemCoreLogicChip第九頁，共62頁。第九頁，共62頁。磁盤陣列組成通用磁盤陣列部件電源風扇RAID電源風扇背板硬盤RAID控制器第十頁，共62頁。第十頁，共62頁。磁盤陣列基本架構硬盤抽屜控制器或擴展模塊背板電源,風扇供應模塊常見磁盤陣列主要模塊第十一頁，共62頁。第十一頁，共62頁。控制器-主機/硬盤之間的連接主機端HBAHostComputersSCSI(orFibre)DisksRAIDSubsystemHBARAIDControllerASICPowerPCSCSI(Fibre)SCSI(Fibre)SATASATADriveChannelsHostChannelsCacheMemoryCPUPCI-1PCI-2SCSI(orFibre)Drive-PlaneRedundantFansRedundantPSUs第十二頁，共62頁。第十二頁，共62頁。磁盤陣列主機接口技術iSCSI

1Gb,10GbSCSI/SASSCSI:Ultra160/320,SAS:3Gb,6GbFibreChannel2Gb,4Gb,8Gb,10Gb第十三頁，共62頁。第十三頁，共62頁。硬盤容量計算

數據單位計算方式以(2N0)計算

1024MB=1GB行業標準(2N0)硬盤標準(10N)

磁盤容量計算方式以(10N)計算

1000MB=1GB第十四頁，共62頁。第十四頁，共62頁。其他常見硬盤參數RPM(每分鐘轉速)磁盤轉速.常見如:4500,5400,7200,10000or15000rpm更高的轉速能夠提供硬盤更快訪問時間Cache(緩存)Write-back可以提供更高的cache性能Write-through可以確保當電源故障時cache數據不會丟失MTBF(平均無故障時間)MTBF(MeanTimeBetweenFailure)第十五頁，共62頁。第十五頁，共62頁。RAID技術RAID技術概念RAID技術優勢RAID級別介紹第十六頁，共62頁。第十六頁，共62頁。什么是RAID

RAID–RedundantArrayofInexpensiveDisks將多塊硬盤分組虛擬成一個單獨的硬盤,使其得到更大的空間,更快的速度以及更高的實用性Multipleharddiskdrivestobecome…LARGERFASTERSAFERLargevirtualharddrive第十七頁，共62頁。第十七頁，共62頁。RAID技術優勢存儲子系統JBODRAID系統Raid的作用和優勢容量和可管理性Capacity性能優勢PerformanceStripe可靠性和可用性AvailabilityRedundancy、Parity、rebuild、hotsspare第十八頁，共62頁。第十八頁，共62頁。RAID技術-數據有效性無RAID機制如果硬盤損壞,數據會丟失使用RAID保護當一塊硬盤失效數據依然完成第十九頁，共62頁。第十九頁，共62頁。RAID技術-存儲容量無RAID機制使用RAID機制磁盤容量=每塊硬盤容量磁盤容量=Nx每塊硬盤容量Ndrives……1N(RAID0為例)第二十頁，共62頁。第二十頁，共62頁。RAID技術-性能性能

@Nx每塊硬盤性能SoftwaresetupAccessTimeDataTransferSoftwareCompletion全部請求執行時間WithRAIDI/O1I/O2I/O1I/O2(Disk1)(Disk2)TimeSavedWithoutRAID(RAID0為例)第二十一頁，共62頁。第二十一頁，共62頁。RAID技術-緩存策略Write-ThroughWrite-BackWriteReadWrite1.Hostwritesdataintocache.2.Writecompleted.Hostdoesnothavetowaitformedium.3.Writecacheddatatomediuminoptimisedorder.(involvedlatencytimes)CachePoolDataHostMedium1.主機寫入數據到緩存池,保證數據在未來讀時提供高性能2.Writecompletedwhendatahaswrittenonmedium.(Waitformedium,latencytimeinvolved)1.Hostreaddatafromcache.Ifdataisincachepool,readfromcache.(Noneedtowaitformedium)2.Ifdataisnotinthecachepool,readfrommedium,andkeepincacheforfutureuse.CachePoolDataHostMediumCachePoolDataHostMedium第二十二頁，共62頁。第二十二頁，共62頁。RAID技術—實現方式實現方式：硬件實現ASIC芯片(ApplicationSpecialIC)CPU軟件實現（軟RAID）Windows動態卷LinuxSoftRAID第二十三頁，共62頁。第二十三頁，共62頁。RAID技術—芯片廠商常見的RAIDASIC芯片廠商LSICMDAMIAdaptecIntelHitachi等等第二十四頁，共62頁。第二十四頁，共62頁。RAID技術-

stripedRAID條切“striped”的存取模式

在使用數據條切﹝Data

Stripping﹞

的RAID

系統之中，對成員磁盤驅動器的存取方式，可分為兩種：

并行存取﹝Paralleled

Access﹞

獨立存取﹝Independent

Access﹞

RAID

2和RAID

3

是采取并行存取模式。

RAID

0、RAID

4、RAID

5及RAID

6則是采用獨立存取模式第二十五頁，共62頁。第二十五頁，共62頁。平行存取模式并行存取模式支持里，是把所有磁盤驅動器的主軸馬達作精密的控制，使每個磁盤的位置都彼此同步，然后對每一個磁盤驅動器作一個很短的I/O數據傳送，如此一來，從主機來的每一個I/O

指令，都平均分布到每一個磁盤驅動器。為了達到并行存取的功能，RAID

中的每一個磁盤驅動器，都必須具備幾乎完全相同的規格：轉速必須一樣；磁頭搜尋速度﹝Access

Time﹞必須相同；Buffer

或Cache的容量和存取速度要一致；CPU處理指令的速度要相同；I/O

Channel

的速度也要一樣。總而言之，要利用并行存取模式，RAID

中所有的成員磁盤驅動器，應該使用同一廠牌，相同型號的磁盤驅動器。第二十六頁，共62頁。第二十六頁，共62頁。獨立存取模式獨立存取模式并不對成員磁盤驅動器作同步轉動控制，其對每個磁盤驅動器的存取，都是獨立且沒有順序和時間間格的限制，同時每筆傳輸的數據量都比較大。因此，獨立存取模式可以盡量地利用overlapping

多任務、Tagged

Command

Queuing等等高階功能，來“隱藏”上述磁盤驅動器的機械時間延遲﹝Seek

和Rotational

Latency﹞。由于獨立存取模式可以做overlapping

多任務，而且可以同時處理來自多個主機不同的I/O

Requests，在多主機環境﹝如Clustering﹞，更可發揮最大的性能。第二十七頁，共62頁。第二十七頁，共62頁。RAID級別RAID0RAID1RAID2RAID3RAID4RAID5/6RAID10JBODNRAID第二十八頁，共62頁。第二十八頁，共62頁。RAIDBasics–JBODDisk1Disk2Disk3HostLUNDisk4Disk5Disk6Disk1Disk2Disk3Disk4Disk5Disk6第二十九頁，共62頁。第二十九頁，共62頁。RAIDBasics–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’’Blocks第三十頁，共62頁。第三十頁，共62頁。RAIDBasics–RAID0(DiskStriping)3N-2161310741Disk11714118523N-1Disk21815129633NDisk33N1110987654321HostLUNNBlocks條帶RAID0:無冗余、分條（最少2塊硬盤）性能最高、簡單、易實現易失效第三十一頁，共62頁。第三十一頁，共62頁。RAIDBasics–RAID1N654321Disk1M(6)M(5)M(4)M(3)M(2)M(1)M(N)Disk2N1110987654321HostLUNNBlocks鏡像RAID1:-鏡像（最少2塊）-數據保護最好、最易實現-成本高、利用率低、性能低第三十二頁，共62頁。第三十二頁，共62頁。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)Disk4NBlocksMirrorMirrorStriping第三十三頁，共62頁。第三十三頁，共62頁。RAIDBasics–RAID32N-11197531Disk1121086422NDisk2P(11,12)P(9,10)P(7,8)P(5,6)P(3,4)P(1,2)P(2N-1,2N)Disk32N1110987654321HostLUNNBlocks條帶校驗盤RAID3:使用專用檢驗盤的同步訪問（最少3塊）高讀寫速率、磁盤失效不影響性能、利用率高要同步硬盤主軸轉速、實現復雜、軟件實現無意義第三十四頁，共62頁。第三十四頁，共62頁。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帶校驗條帶RAID5-讀速率高、寫速率中等、使用率高、平均速率較高-硬盤失效影響性能,實現復雜,重建恢復慢第三十五頁，共62頁。第三十五頁，共62頁。RAID6本質上是RAID5的升級，有第二個獨立的校驗設計。數據和校驗碼被分割成塊寫入每個硬盤中，像RAID5一樣，第二份奇偶碼有計劃的寫入組成盤陣的所有磁盤中。作為大盤陣考慮，在掉兩塊盤時，它能提供更可靠的保護。RAID6MinimumDisksRequired4CapacityN-2RedundancyYes在掉兩塊盤，或者掉一塊盤，而在另一塊盤中出現壞塊。RAIDBasics–RAID6第三十六頁，共62頁。第三十六頁，共62頁。RAIDBasics–RAID102N1110987654321HostLUNStriping2N-17531Disk1M(7)M(5)M(3)M(1)M(2N-1)Disk2MirrorRAID1LogicalDrive86422NDisk3M(8)M(6)M(4)M(2)M(2N)Disk4MirrorRAID1LogicalDriveRAID10-鏡像和分條的結合（最少4塊硬盤）-容錯能力和性能都很高-成本高、不易擴展第三十七頁，共62頁。第三十七頁，共62頁。RAIDBasics–RAID30951Disk11173Disk2P(9,11)P(5,7)P(1,3)Disk34N1110987654321HostLUNStripingRAID3LogicalDrive1062Disk41284Disk5P(10,12)P(6,8)P(2,4)Disk6RAID3LogicalDrive第三十八頁，共62頁。第三十八頁，共62頁。RAIDBasics–RAID5097P(1,3)Disk111P(5,7)1Disk2P(9,11)53Disk34N1110987654321HostLUNStripingRAID5LogicalDrive108P(2,4)Disk412P(6,8)2Disk5P(10,12)64Disk6RAID5LogicalDrive第三十九頁，共62頁。第三十九頁，共62頁。硬盤最小容量決定RAIDDisk1Disk2Disk3Disk4Disk5Disk6MaximumCommonCapacity(Amongallmemberdrives)第四十頁，共62頁。第四十頁，共62頁。RAID奇偶校驗AXORB=PBXORP=AAXORP=BA”A’ADisk1B”B’BDisk2P(A”,B”)P(A’,B’)P(A,B)Disk3A”B’P(A,B)Disk1B”P(A’,B’)ADisk2P(A”,B”)A’BDisk3RAID3RAID5A”A’ADisk1B”B’BDisk2P(A”,B”)P(A’,B’)P(A,B)Disk3A”B’P(A,B)Disk1B”P(A’,B’)ADisk2P(A”,B”)A’BDisk3RAID3RAID5一塊硬盤失效一塊硬盤失效數據重建數據重建第四十一頁，共62頁。第四十一頁，共62頁。總結-RAID的容量RAID的利用率(可用容量/總容量）RAID0：1RAID1：1/2RAID3：1-1/NRAID5：1-1/NRAID6：1-2/N注：N為RAID陣列的磁盤個數第四十二頁，共62頁。第四十二頁，共62頁。總結-RAID級別

優缺點比較RAID

0

存取速度最快

沒有容錯

RAID

1

完全容錯

成本高

RAID

3

寫入性能最好

沒有多任務功能

RAID

4

具備多任務及容錯功能

Parity

磁盤驅動器造成性能瓶頸

RAID

5/6

具備多任務及容錯功能

寫入時有overhead

RAID

0+1/RAID

10

速度快、完全容錯

成本高

第四十三頁，共62頁。第四十三頁，共62頁。

冗余電源冗余風扇設計冗余控制器磁盤陣列技術—冗余設計第四十四頁，共62頁。第四十四頁，共62頁。磁盤陣列技術–斷電保護UPS

--

UninterruptiblePowerSupply不間斷電源

--保障計算機系統在停電之后繼續工作一段時間以使用戶能夠緊急存盤BBU

--batterybackupunit備用電池單元BBU電池控制器內部第四十五頁，共62頁。第四十五頁，共62頁。磁盤陣列技術

–

邏輯盤,備援盤物理硬盤邏輯盤LD0LD1LD2GlobalSpareLocalSpare第四十六頁，共62頁。第四十六頁，共62頁。磁盤陣列技術Lunmasking隔離技術邏輯單元數掩碼(LUNmasking)是以獨立磁盤冗余陣列(RAID)為中心的，在一個端口掩碼多個LUN的加強型方法。通過使用服務器HBA的全球端口名(WWN)，在RAID-array級配置LUNmasking。LUNmasking也允許磁盤存儲資源在多個獨立服務器之間共享.WWN綁定,IQN綁定第四十七頁，共62頁。第四十七頁，共62頁。磁盤陣列技術Term.Term.LD0LD1邏輯盤(logicaldrive)Partition0Partition1Partition0Partition1Partition2映射主機IDs/LUNsID0ID1ID2LUN0LUN1LUN0HBAID7LUN0LUN1第四十八頁，共62頁。第四十八頁，共62頁。磁盤陣列技術Multi-pathI/O名詞解釋

多路徑IO功能支持系統平臺windows,linux,unix等等第四十九頁，共62頁。第四十九頁，共62頁。磁盤陣列技術Failover故障接管功能雙控制器磁盤陣列,當一控制器發生故障時,另一控制器可以接管此控制器全部I/O操作

Failback故障恢復功能控制器故障處理后,重新接管該控制器原有I/O的操作第五十頁，共62頁。第五十頁，共62頁。磁盤陣列技術Outofband(帶外)在數據處理通道網絡之外進行的管理協議信息的傳輸不占用應用系統帶寬,需要另外配置管理接口Inband(帶內)使用數據處理通道網絡進行的管理協議信息的傳輸占用應用系統帶寬,無需另外配置管理接口第五十一頁，共62頁。第五十一頁，共62頁。磁盤陣列高級功能關閉硬盤數據快照卷復制技術第五十二頁，共62頁。第五十二頁，共62頁。關閉硬盤供電功能在沒有I/O需求時，硬盤會spindown（關閉硬盤），為用戶節省能源。

驅動器spindown的命令是有計劃的關閉硬盤馬達,為用戶節約能源同時延長硬盤壽命.長時間沒有I/O請求時，spindown命令可以使硬盤進入靜止狀態，這樣可減少電量消耗。空閑時關閉所有硬盤DriveSpindownenable服務器第五十三頁，共62頁。第五十三頁，共62頁。Volume1Snapshot簡述邏輯性,數據（卷）之定時備份（pointintimecopy）把主卷（mastervolume）的狀態完整記錄下來優點數據保護定時把數據備份（如每小時），就能把邏輯性的破壞減到可接受的程度占用極少空間只需要變更數據之所占空間能在不影響原數據情形下，讀、寫備份版本應用多版本備份（如每2小時，或每半天），可與微軟VSS/VDS功能兼容數據管理，分析應用數據測試數據分發1:00PM2:00PMActiveSnapshot1Snapshot2RollbackVolumeVolumerevertsbacktothepointintimethesnapshotwascreated磁盤陣列功能:快照功能第五十四頁，共62頁。第五十四頁，共62頁。AVolume1DCDCBABVolume1aDiskArray1.Createvolume2.Writetovolume3.Createcopyofvolume4.MounttoapplicationserverVolumeCopy簡述完整，物理獨立的數據備份非連續性備份可存放在不同機箱內，提高更高層次硬件保護優點數據保護因病毒，或誤刪做成之數據損壞