1、1企業(yè)級存儲基礎知識硬盤的主要指標容量：指硬盤能存儲的數據量大小，以字節(jié)為基本單位轉速：指硬盤主軸馬達的轉動速度，單位為RPM（Round per Minute)，即每分鐘盤片轉動次數緩存：是硬盤控制器上的一塊內存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內部盤片和外部接口之間的緩沖器平均訪問時間：硬盤磁頭找到目標數據所需的平均時間尋道時間：磁頭尋找目標數據所在軌道所需的時間數據傳輸率：數據從硬盤表面?zhèn)鬏數接脖P的緩存的速率MTBF：MeanTimeBetweenFailure，平均無故障時間AFR：Annualized Failure Rate ，按年計算的失效率常用指標常用指標常用指標硬盤類型及接口

2、SASSATAFCSCSIATA/IDELCSC硬盤類型接口視圖串行并行硬盤接口技術發(fā)展趨勢ATA/IDE接口硬盤簡介ATA( Advanced Technology Attachment )高級技術附加裝置ATA硬盤是傳統(tǒng)的桌面級硬盤，主要應用于個人PC機，也經常稱為IDE（ IntegratedDriveElectronics ）硬盤ATA接口為并行ATA技術，下一代的產品將轉向串行ATA（SATA）電源連接器主/從盤 跳線40-pin連接器SCSI接口硬盤介紹SCSI (Small Computer System Interface )小型計算機系統(tǒng)接口SCSI硬盤并發(fā)處理性能優(yōu)異，常應

3、用于企業(yè)級存儲領域SCSI硬盤采用并行接口，目前接口速率發(fā)展到320MBps，基本已經達到極限，將來必被其串行版本SAS（ Serial Attached SCSI ）硬盤所替代80-pin 公接頭FC接口硬盤介紹FC硬盤采用FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop，光纖通道仲裁環(huán)) 接口模式FC-AL是一種雙端口的串行存儲接口FC-AL支持全雙工工作方式FC-AL利用類似SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環(huán)拓撲結構，一個控制器能訪問126個硬盤 SATA接口硬盤介紹 SATA：Serial ATA (Serial AdvancedTechnologyA

4、ttachment )串行ATASATA采用串行方式進行數據傳輸，接口速率比IDE接口高，最低為150MBps，并且第二代（SATA ）300MBps接口硬盤已經形成商用，規(guī)劃內的最高速率可達600MBpsSATA硬盤采用點對點連接方式，支持熱插拔，即插即用 SAS接口硬盤介紹SAS(Serial Attached SCSI) 串行連接SCSI SAS是一種點對點、全雙工、雙端口的接口SAS專為滿足高性能企業(yè)需求而設計，實現與SATA的互操作，為企業(yè)用戶帶來前所未有的靈活性和低成本RAID （Redundant Array of Independent Disks）即獨立磁盤冗余陣列，RAID

5、技術將多個單獨的物理硬盤以不同的方式組合成一個邏輯硬盤，從而提高了硬盤的讀寫性能和數據安全性，根據不同的組合方式可以分為不同的RAID級別RAID基本概念定義計算機發(fā)展初期，大容量硬盤價格非常高，而需要存儲的數據量越來越大容量性能CPU運算速度飛速提高，數據讀寫速度不應該成為計算機系統(tǒng)處理的瓶頸信息時代，數據對企業(yè)和個人的重要性越來越大，數據存儲安全更需要保障RAID可靠性DHLCGKBFJABCDEFGH數據RAID級別 RAID 0AEIRAID 0即沒有容錯設計的條帶硬盤陣列（Striped Disk Array without Fault Tolerance），以條帶形式將RAID組的

6、數據均勻分布在各個硬盤中RAID 1又稱鏡像（Mirror），數據同時一致寫到主硬盤和鏡像硬盤EDCBAEDCBAABCDE=數據RAID級別 RAID 1RAID 3即有校驗的并行數據傳輸（Paralleled transfer with parity），數據條帶化分布在數據盤中，同時使用專用校驗硬盤存放校驗數據 D0C0B0A0D1C1A1B1D2C2A2B2P DP CP AP BABCD異或運算數據盤校驗盤RAID級別 RAID 3RAID 5與RAID 3機制類似，但校驗數據均勻分布在各數據硬盤上，RAID成員硬盤上同時保存數據和校驗信息，數據塊和對應的校驗信息保存在不同硬盤上。RA

7、ID 5是最常用的RAID方式之一P4A3A2A1A0B4P3B2B1B0C4C3P2C1C0D4D3D2P1D0E4E3E2E1P0異或運算A0B0C0D0A1B1C1E1A2B2D2校驗信息Px分布式存儲RAID級別 RAID 5數據RAID 10是將鏡像和條帶進行兩級組合的RAID級別，第一級是RAID1鏡像對，第二級為RAID 0ABCDEFGHAACBBCDDEEFFGGHHRAID組合級別 RAID 10P13F1RAID 50是將鏡像和條帶進行兩級組合的RAID級別，最低一級是RAID 5鏡像對，第二級為RAID 0RAID組合級別 RAID 50A2P02A1A0B2B1P01

8、B0P03C1C0P00異或運算A0B0D0E0A1C0D1F0B1C1D2P12D1D0E2E1P11E0F0P10硬盤0硬盤1硬盤2硬盤3硬盤4硬盤5異或運算磁盤陣列常見的磁盤陣列組成部分：控制器模塊+磁盤柜控制器和磁盤柜一體磁盤陣列=控制器磁盤擴展柜(JBOD)磁盤陣列=+控制器和磁盤柜分離主要分類按控制器數量： JBOD，雙控制器陣列，多控制器陣列按對外接口：SCSI陣列， FC陣列，i SCSI陣列，NAS等陣列控制器內部結構前端總線緩存(Cache)CPUCPU后端總線常見控制器內部組件前端總線系統(tǒng)緩存CPUCPU后端總線讀緩存寫緩存注：緩存電池、RAID 控制器可選設計CPU、緩

9、存、接口速率是決定控制器性能的關鍵硬件組件前端（對外RJ45口）控制器緩存(Cache)CPUCPU后端連接RAID16磁盤位一體化設計整機軟硬件一體化設計控制器緩存工作模式前端總線系統(tǒng)緩存CPUCPU后端總線讀緩存寫緩存前端總線系統(tǒng)緩存CPUCPU后端總線讀緩存 寫緩存主機寫入數據流反饋寫OKWrite-back回寫主機寫入數據流反饋寫OKWrite-through透寫磁盤FC或IP(GE)緩存(Cache)CPUCPU后端總線磁盤控制器的緩存保護技術FC或IP(GE)緩存(Cache)CPUCPU后端總線Cache電池FC或IP(GE)緩存(Cache)CPUCPU后端總線陣列內置UPS三

10、種常見控制器Cache保護設計電池保護Cache內置UPS保護控制器外置UPS保護整機陣列外置UPS多路徑的問題交換機磁盤陣列控制器1控制器2HBA01HBA02主機ALUN 0LUN 1LUN0LUN0LUN1LUN1路徑1：HBA01 控制器1路徑2：HBA01 控制器2路徑3：HBA02 控制器1路徑4：HBA02 控制器2主機BLUN1LUN0LUN1LUN0硬件 (HBAs) 磁盤驅動 文件系統(tǒng) 應用 LUN0LUN0LUN0LUN0LUN1LUN1LUN1LUN1? 多路徑軟件 多路徑管理軟件硬件 (HBAs) 磁盤驅動 文件系統(tǒng) 應用 LUN0LUN0LUN0LUN0LUN1LU

11、N1LUN1LUN1?主機無法讀寫主機正常讀寫虛擬設備HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN1LUN1HBA2多路徑故障切換HBA故障路徑切換交換機磁盤陣列控制器1控制器2LUN 0LUN 1HBA2HBA故障HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN1LUN1HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN1LUN1HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN1LUN1HBA2多路徑

12、故障切換HBA故障路徑切換交換機磁盤陣列控制器1控制器2LUN 0LUN 1HBA2HBA故障HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN1LUN1HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN1LUN1多路徑故障切換交換機故障路徑切換交換機磁盤陣列控制器1控制器2LUN 0LUN 1交換機故障HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN1LUN1HBA1LUN0LUN0LUN1LUN1 多路徑軟件 HBA2服務器I/OLUN0LUN0LUN

13、1LUN1多路徑故障切換交換機路徑切換交換機磁盤陣列控制器1控制器2LUN 0LUN 1交換機故障存儲區(qū)域網安全機制SAN安全訪問控制允許授權訪問拒絕非授權訪問身份驗證保證傳輸、消息、發(fā)起端的合法性數據加密數據只讓合法接收方能使用防止惡意竊聽IP SAN可利用成熟的安全工具功能技術訪問控制訪問控制列表（ACL）、LUN掩碼（LUN Masking）、分區(qū)、 VLAN管理數據安全SNMP v2/v3、SSL、SSH管理身份驗證ID、密碼RADIUS機密管理密碼散列（hash）、證書安全配置數據安全、密鑰安全實體身份驗證CHAP消息驗證和完整性MD5數據加密IP Sec ESP、DES、3DES、

14、AESSAN的訪問控制分區(qū)存儲區(qū)域網絡(SAN)磁帶庫磁盤陣列分區(qū)4分區(qū)1分區(qū)2分區(qū)3FC：ZoningiSCSI：1、發(fā)現域2、VLAN存儲區(qū)域網絡(SAN)FC SNS/iSNS基于名稱服務的SAN分區(qū)磁帶庫磁盤陣列Zone4Zone1Zone2Zone3WWNWWNWWNWWNWorld Wide Name(WWN)是光纖通道設備的“Ethernets MAC地址”。對于iSCSI設備，和WWN相對應的標識符是WWUI（world wide unique identifier）。WWUIWWUIWWUIWWUIFC SAN稱這類分區(qū)為“軟分區(qū)”IP SAN采用發(fā)現域可實現FC基于名稱服務

15、的分區(qū)功能基于交換機端口的分區(qū)zone2磁帶庫磁盤陣列zone1zone3zone4主機交換機FC SAN稱這類分區(qū)為“硬分區(qū)”IP SAN采用VLAN實現，但是VLAN功能遠比FC交換機分區(qū)功能標準和強大基于端口的VLANVLAN2磁帶庫iSCSI磁盤陣列VLAN1VLAN3VLAN4主機交換機VLAN tablePortVLANPort 1VLAN 1，4Port 4VLAN 2，4Port 6VLAN 3，4Port 9VLAN 1Port 11VLAN 2Port 13VLAN 3Port 16VLAN 4基于HBA的LUN Mapping/Masking服務器服務器HBA卡LUN0L

16、UN1LUN2陣列1YYN陣列2YYN陣列3NNNAccess MapSANLUN0LUN1LUN2陣列1NNY陣列2NNY陣列3YYYAccess Map陣列3陣列2陣列1LUN2LUN1LUN0LUN2LUN1LUN0LUN2LUN1LUN0基于控制器的LUN Mapping/Masking主機1主機3SANLUN0LUN1LUN2主機1YNN主機2NYN主機3NNYAccess Map陣列LUN2LUN1LUN0主機2存儲協議-SCSISCSI（Small Computer System Interface，小型計算機系統(tǒng)接口）是一種為小型機研制的接口技術，用于主機與外部設備之間的連接主

17、機適配器SCSI ID 7SCSI總線SCSI 陣列ID 0SCSI 陣列ID 5LUN 0LUN 1LUN 2LUN 0LUN 1數據/地址總線控制信號常見SCSI接口有50、68、80針SCSI 歷史SCSI-11986年ANSI標準，采納了SASI接口（1979）；定義了硬盤、磁帶和其它存儲設備的物理接口、傳輸協議和標準指令集；SCSI-21994年ANSI標準，SCSI-1的后續(xù)接口；提高了速度和總線帶寬，支持多線程指令，增加了更多存儲設備類型指令集；SCSI-3更高的速度類型：Ultra-2/Ultra-160/Ultra-320；物理接口、傳輸協議和SCSI指令集分層；SCSI-3

18、是所有存儲協議的基礎，其它存儲協議都用到SCSI的指令集SCSI架構模型特定設備指令集：包括磁盤設備的“SCSI塊指令(SCSI Block Commands)”等基礎指令集：所有SCSI設備都必須實現的“基礎指令(SCSI Primary Commands)”SCSI傳輸協議：譬如iSCSI，FCP物理連接：譬如光纖通道，internet架構模型：定義了SCSI系統(tǒng)模型和各單元的功能分工特定設備指令集基礎指令集SCSI傳輸協議物理連接架構模型存儲協議-FC（光纖通道）光纖通道是構建FC SAN的基礎，是FC SAN系統(tǒng)的硬件接口和通信接口。FC可以通過構建幀來傳輸SCSI的指令、數據和狀態(tài)信

19、息單元。公共服務傳輸協議（編/解碼）信號協議和連接服務介質和接口FC-1代碼層FC-0物理層FC-2協議層FC-3服務層FC-4映射層IPI3SCSIHIPPIIPSBCCS802.2ATM通道網絡FC的三種拓撲結構點對點只能連接 2個設備(直接連接)交換式 Fabric最多支持1千6百萬個設備(光纖通道交換機)Arbitrated Loop (仲裁環(huán))最多支持126個設備(光纖集線器)普及!FC特點不足構建維護成本高，時間長互操作性不強，FC協議具體實現上各個廠商有所不同FC SAN缺少統(tǒng)一管理標準FC理論上最長傳輸距離10公里左右，在互聯網存儲應用中會形成信息孤島優(yōu)勢連接設備比SCSI多高帶寬，低時延實現光纖和銅纜的無縫連接連接距離遠遠超出并行SCSI存儲設備存儲協議-iSCSIiSCSI （Internet SCSI）把SCSI命令和塊狀數據封裝在TCP中在IP網絡中傳輸iSCSI作為SCSI的傳輸層協議，基本出發(fā)點是利用成熟的IP網絡技術來實現和延伸SANSCSI應用（文件系統(tǒng)、數據庫）SCSI塊指令SCSI流指令其他SCSI指令SCSI指令、數據和狀態(tài)iSCSI TCPIP以太網等iSCSI協議棧iSCSI 啟動器-目標器模型啟動器（Initiator）SCSI層負責生成CDB（命