存储技术基础

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磁盘阵列柜的应用
由于磁盘阵列柜具有数据存储速度快、存储容量大等优点，所以磁盘阵列柜通 常比较适合在企业内部的中小型中央集群网存储区域进行海量数据存储。
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存储网络的架构
企业存储技术发展日新月异，早期大型服务器的DAS 技术（ Direct Attached Storage，直接附加存储，又称直连存储），后 来为了提高存储空间的利用及管理安装上的效率，因而有了SAN（ Storage Area Network，存储局域网络）技术的诞生，SAN 可 说是DAS 网络化发展趋势下的产物。早先的SAN 采用的是光纤通 道（FC，Fiber Channel）技术，所以在iSCSI出现以前，SAN 多半 单指FC 而言。一直到iSCSI 问世，为了方便区别，业界才分别以 FC-SAN和IP-SAN。 NAS（Network Attached Storage：网络附 属存储）是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数 据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。
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基本配置 Server
HBA
Fibre Channel SCSI Chip Controller
RAID sub-system
SCSI Chip Controller Ethernet to Client workstations Dual Controller RAID with only one controller in use (B not used in this example). This RAID system has four SCSI buses with five drives on each bus.
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SAN的组成
SAN由服务器，后端存储系统，SAN连接设备组成；

柱面：所以盘面上的同一磁道，在竖直方向上构成的圆柱，即为柱面， 数据的读写按柱面进行，磁头读写数据首先在同一柱面，依次向同一 柱面的不同盘面上进行操作。选取柱面的过程即为寻道。 扇区：将每个环形磁道等距离切割，形成等长的圆弧即为扇区。每个 扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入，是读写的最小单位。
硬盘结构
硬盘数据组织
一个扇区有两个主要部分：存储数据地点的标识符及数 据段，共512B（或4KB）。 CHS编址： 根据扇区中的三个信息,即扇区所在柱面（cylinder）、磁 头编号(header)、扇区号(sctor),三者简称CHS，即可知道数据 位于当前处理的盘片上的位置。注：可根据此计算硬盘容量。 LBA(逻辑扇区)编址： 硬盘保留CHS信息，但对外提供全部为线性的地址，LBA 地址可由CHS三个信息转换。
ATA( Advanced Technology Attachment 常称为IDE硬盘， 已逐渐退出市场 ATA接口 • 为并行ATA技术，下一代的产品是串行 ATA（SATA）。 • 最后一个ATA-7版本，使用80芯的线缆 ，接口速率达133MB/s。
FC接口磁盘
常用硬盘介绍
• FC硬盘采用FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop，光纤通道仲裁 环) 接口模式，用于网状通道存 储区域阵列中（SAN）。 • 支持热插拔，在主机系统运行 时就可安装或拆除光纤通道硬 盘 • 可实现光纤和铜缆的连接。 • 在SAN中，扩展性强，支持连接 126块盘。 • 接口速率达8Gbit/s
硬盘数据组织
主要技术指标
转速:硬盘盘片每分钟转过的圈数(RPM)，决定磁盘旋转延 迟的时间，是影响硬盘连续IO时吞吐量性能的主要因素。 转速通常为5400/7200/10K/15K rpm。 平均寻道时间：硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时 间，单位为毫秒。是影响磁盘随机IO性能的首要因素。 单碟容量：影响磁盘性能的间接因素。容量高则密度大， 会显示出更高的读写效率。 接口速度：是影响硬盘性能的一个最不重要的因素。目前 磁盘的接口速度都很高，对性能的影响远小于转速和寻道 时间。 缓存：由于CPU与硬盘总线之间存在比较大的速度差异， 为解决硬盘在读写数据时CPU的等待问题，在硬盘上设置 适当的高速缓存，以解决二者之间速度不匹配的问题。

COPY BACK完成
RAID基本概念——物理卷和逻辑卷
• 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（Logic Unit Number）来标识。一个逻辑卷对于主机来说 就是一块硬盘（物理卷）
逻辑卷 LUN1
物理卷
逻辑卷 LUN2 LUN3
条带无疑会大幅度提升整体读写效率。
分条
条带
硬盘0
硬盘1
硬盘2
硬盘3
RAID基本概念 ——重建（Rebuild）
某块硬盘出现故障后，一旦将其更换为正常硬盘，RAID便会通过其他硬盘 数据计算出坏盘上原有的数据，再将数据重建回新添硬盘上。
故障 更换
A0
XOR
A0
数据盘
A1
数据盘
A2
数据盘
XOR
P
校验盘
优点 磁盘空间利用率最高 在所有的级别中，RAID 0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
RAID 1 镜像/双工
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
Disk Channel
,,,
RAID
RAID 优点
• 硬盘容错 ( fault tolerance) • 提高 I/O处理速度 ( high performance ) • 提升传输速率 ( fast data transfer ) • 提高资料使用率 ( high availability ) • 维护方便 ( easy maintenance )

iSCSI: Past, Present, Future
iSCSI: RFC 3720 Document
• Long, informal English prose • Ambiguous, can be misinterpreted • Testing is long, has many combinations • Need for use of formal methods for
iSCSI: Past, Present, Future
Today
• iSCSI products offered by all storage and platform vendors
• Many small vendors in the market • iSCSI now well accepted at low and middle
iSCSI: Past, Present, Future
iSCSI Applications
• Connectivity : iSCSI can be used for DAS or SAN connections.
• iSCSI capable devices could be placed on an existing LAN (shared with other applications) in a similar way to NAS devices.
iSCSI: Past, Present, Future
Li-Gu Zhu
Department of Computer Science, Communication University of China
COMMUNITCATION UNIVERSITY OF CHINA, STORAGE LABORATORY