云计算基础架构与实践教案.doc

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1、云计算根底架构与理论教案教 案 课 课 程 程 名 名 称 云计算根底架构与理论 课 课 程 程 代 代 码 系 ( ( 部 ) ) 教 研 室 ( ( 实 验 室 ) ) 授 授 课 课 教 教 师 职 称 年 月 1 课 程 名 称 云计算根底架构与理论 总计：56 学时 课 程 类 别 专业课 课程代码 讲授：2 20 0 学时 实验：3 36 6 学时 上机：学时 其他：学时 授 课 教 师 学 分 授 课 对 象 教 材和 主要 参考 资料 徐文义云计算根底架构与理论人民邮电出版社 20_.2 课 程 简 介 云计算根底架构与理论是计算机网络技术相关专业的一门专业根底课程，系统介绍云

2、计算根底架构与理论的相关内容，共划分为 5 个工程，“工程一：云计算的认知与体验”主要介绍了云计算的概念与开展趋势、云计算的架构内涵与关键技术、云计算根底架构等内容，“工程二：云计算存储架构部署”主要介绍了共享存储模型、磁盘存储阵列、存储网络、共享文件系统等内容，“工程三：云计算网络架构部署”主要介绍了网络总体架构、接入层网络、主机网络虚拟化、网络流量平面等内容，“工程四：桌面云设计与部暑”主要介绍了云接入技术、桌面云和VMware View 桌面云等内容，“工程五：私有云设计与部署”主要介绍了私有云和CloudStack 私有云平台。同时，针对每个工程内容设计了多个实训任务，通过练习和操作理

3、论，帮助学习者稳固所学的内容。通过本课程的学习，使学生可以在已有的计算机根底知识的根底上，对云计算根底架构有一个系统的、全面的理解，掌握架构一个私有云所必需的根本理论、根本知识和根本技能，从而能成功架构一个企业的私用云。教 学难 点重 点 1云计算的根本概念、特点、系统架构、分类、关键技术、资架构、效劳支付、云计算运维流程建立； 2DAS 存储技术、NAS 存储技术、SAN 存储技术； 3VMware vSphere 总体架构、虚拟储存域网络技术VSAN，SDN 的相关知识； 4云接入的定义、优点，桌面云的定义、优缺点、根本架构、VMware View体系构造与规划原那么； 5私有云的定义、优

4、点、逻辑架构和核心技术，CloudStack 各组件功能，企业如何建立私有云平台、私有云平安性解决方案。2 教案一 ：云计算的认知与体验 授课题目：工程一 云计算的认知与体验 授课方式 请打√ 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 8 教学大纲要求：掌握云计算的根本概念、系统架构、分类，理解云计算的开展趋势、关键技术、资架构、效劳支付等相关知识。教学目的：1 1 知识目的 1掌握云计算的根本概念、系统架构、分类，理解云计算的开展趋势； 2理解云计算的关键技术、资架构、效劳支付等； 3理解云计算给 IT 效劳管理带来的影响和变更。2 2 才能目的 1能解释导致成功承受云计

5、算的典型步骤，并说明它对组织的意义； 2能从节、开流的角度衡量分析p 云计算框架的优劣； 3能纯熟使用百度、Google 等搜索系统； 4能纯熟使用 Viso 绘图软件绘制云计算架构图； 5能纯熟安装与使用 VM 虚拟机软件。教学重点及难点：重点：云计算的根本概念、特点、系统架构、分类、关键技术、资架构、效劳支付 难点：云计算架构的关键技术、云计算运维流程建立 作业、讨论题、考虑题：详见课本“1.7 习题”局部。课后总结分析p ：教 学 内 容 备注 主要教学内容提纲：一、理论教学内容 1.4.1 云计算的根底概述 1 云计算的特点 目前，云计算没有统一的定义。云计算的定义主要包括如下几种。1

6、维基百科对云计算定义为：云计算将 IT 相关的才能以效劳的方式提供给用户，允许用户在不理解提供效劳的技术、没有相关知识以及设备操作才能的情况下，通过 Inter 获取需要的效劳。2中国云计算网将云计算定义为：云计算是分布式计算Distributed Computing、并行计算Parallel Computing和网格计算Grid Computing的开展，或者说是这些科学概念的商业实现云计算开展历程见图 1-1 所示。3在综合多个云计算的定义之后，我们给“云”下了如下定义。云是一个包含大量可用虚拟资例如硬件、开发平台以及 I/O 效劳的 3 资池。这些虚拟资可以根据不同的负载动态地重新配置，

7、以到达更优化的资利用率。这种资池通常由根底设施提供商按照效劳等级协议Service LevelAgreement，SLA采用用时付费Pay2Per2Use，PPU的形式开发管理。综上，“云计算”是分布式处理、并行处理和网格计算的开展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。正如云计算概念指出，云计算一方面是虚拟化技术Virtualization、效用计算Utility Computing、_aaS包括 IaaS、PaaS、SaaS 等等技术混合演进并跃升的结果；另一方面是并行计算Parallel Computing、分布式计算Distributed Computing和网格计算Grid Comp

8、uting的开展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。2 云计算的特点 1超大规模；2虚拟化；3高可靠性；4通用性；5高可扩展性；6按需效劳；7极其廉价；8平安；9方便。1.4.2 云计算的分类 从效劳方式角度来划分的话，云计算大体上来说可分为三种：为公众提供开放的计算、存储等效劳的“公有云”，如百度的搜索和各种邮箱效劳等；部署在防火墙内，为某个特定组织提供相应效劳的“私有云”；以及将以上两种效劳方式进展结合的“混合云”。从技术的角度来讲，云计算可分为四层：HAAS硬件即效劳、IaaS根底设施即效劳、PaaS平台即效劳和 SaaS软件即效劳，并有逐步向 _aaS 开展的态势。1.4.3 云计

9、算的开展趋势 云计算的研究始于 Google 公司公布其三大关键技术 GFS、MapReduce和 BigTable 以后，各大 IT 厂商包括 、IBM、Amazon 等和研究机构都争相对云计算展开了各自的研究，并实现或提供云计算效劳、云计算产品与云计算解决方案，云计算技术已经成为了 IT 界最受关注和开展最快的技术。总体来说，云计算的资相对集中，主要以数据中心的形式对资虚拟化后提供底层资的使用，并不强调虚拟组织Virtual Organization，VO的概念。目前，云计算的商业实现与技术平台在业界还没有统一的标准与定义，基于云计算的产品与效劳种类繁多，由于关注点不同，其分类标准也不一。

10、无论哪种分类，通过对云计算的理论和实现产品的分析p 和研究，可以认为云计算是虚拟化Virtualization技术、效用计算Utility Computing、软件即效劳SaaS、平台即效劳PaaS、根底施行即效劳IaaS的结合。这里强调基于 IT 资的效劳，正是云计算的固有特色，它通常以第三方拥有的机制提供这些效劳，用户只关心需要的效劳，一切计算交由云计算中心进展透明访问处理。另外，云计算被认为是继分布式计算、并行计算和网格计算等之后计算形式的最新开展，云计算通过将各种互联的计算、存储、数据、应用等资进展有效整合、多层次的虚拟化与抽象，将来用户只需连接网络便可透明使用云计算强大的计算与存储才

11、能。云计算将来主要有两个开展方向：一个是构建与应用程序严密结合的大规模底层根底设施，使得应用可以扩展到很大的规模；另一个是通4 过构建新型的云计算应用程序，在网络上提供更加丰富的用户体验。第一个开展趋势可以从现有的云计算研究状况中表达出来，详见上一节的分析p 。而在云计算应用的构造上，很多新型的社会效劳型网络，如 等，已经表达了这个开展趋势，而在研究上那么更加注重如何通过云计算根底平台将多个业务交融起来。1.4.4 云计算的总体架构 从云计算的相关定义可知，对用户而言，云计算更多地表达的是它所能提供的效劳。在效劳方面，主要以提供用户基于云的各种效劳为主，共包含三个层次：其一是 软件即效劳Sof

12、tware as a Service ，简称 SaaS ，这层的作用是将应用主要以基于 Web 的方式提供给客户；其二是 平台即效劳 Platform as a Service ，简称 PaaS ，这层的作用是将一个应用的开发和 部 署 平 台 作 为 服 务 提 供 给 用 户 ； 其 三 是 基 础 架 构 即 服 务 Infrastructure as a Service ，简称 IaaS ，这层的作用是将各种底层的计算比方虚拟机和存储等资作为效劳提供给用户。从用户角度而言，这三层效劳，它们之间关系是独立的，因为它们提供的效劳是完全不同的，而且面对的用户也不尽一样。但从技术角度而言，云效

13、劳这三层之间的关系并不是独立的，而是有一定依赖关系的，比方一个SaaS层的产品和效劳不仅需要使用到 SaaS 层本身的技术，而且还依赖 PaaS 层所提供的开发和部署平台或者直接部署于 IaaS 层所提供的计算资上。此外，PaaS 层的产品和效劳也很有可能构建于 IaaS 层效劳之上。在管理方面，主要以云管理层为主，它的主要功能是确保整个云计算中心可以平安和稳定的运行，并且可以被有效地管理。1.4.5 云计算架构的关键技术 1 虚拟化技术(vmware) 虚拟化指的是计算、存储、网络等资的一种逻辑表示，并不拘泥于这些资的实现方式、物理包装和物理位置等限制。为使人们可以更加充分合理地利用计算资，

14、根据应用需求灵敏地构建计算环境，通常可以采用虚拟化Virtualization技术对计算资进展动态组织。从而进步计算资的使用效率，真正实现透明、高效、可定制地按需使用计算资。这里提及的计算资，主要包括 、内存，数据资、存储资以及网络资等，它们是资聚合的根底。因此在资发现的根底上，动态高效地对这些资进展合理组织形成计算环境也是需要考虑的一个重要议题。虚拟化技术作为网格计算与云计算的支撑技术，最终为充分利用已有资并及节省本钱，必须采用结合虚拟化技术动态实时地聚合与分配网络中的可计算资。有利于大规模并行计算。虚拟化技术是云计算实现的关键技术，通过虚拟化可以为应用提供灵敏可变、可扩展的效劳。从系统层次

15、构造来看，虚拟机的本质特征在于：利用下层应用或系统的支持为上层应用或系统提供不同的接口，按照虚拟机所在的中间层位置的不同，可以分为：硬件抽象层虚拟机、操作系统层虚拟机、应用程序编程接口lication Programming Interface，API层虚拟机和编程语言层虚拟机四类。5 2 分布式海量数据存储 分布式文件系统按网络的连接方式划分，可分为：DASDirect Attached Storage：直连存储、NASwork Attached Storage：网络附属存储和 SANStorage Area work：存储区域网。传统的存储方式大都采用 DAS 方式，各种存储设备通过诸如

16、IDE 或 SCSI 等 I/O 总线与效劳器相连，效率较低。NAS 是一种存储设备，采用的协议包括 NFSSun UNI_和 CIFS NT/dows。SAN 是一种利用 Fibre Channel等互联协议连接起来的可以在效劳器和存储系统之间直接传送数据的存储网络系统。SAN 是以网络为中心的存储构造，它是采用独特的技术如FC构建的、与原有 LAN 网络不同的一个专用的存储网络，存储设备和SAN 中的应用效劳器之间采用的是 block I/O 的方式进展数据交换，SAN的价格较为昂贵，并且配置复杂。云计算采用的分布式文件系统大都属于集群分布式文件系统，在云计算这种超大规模，并且极其强调容错

17、的环境里，上述传统的这些文件划分方式显然受到了更大的挑战。3 海量数据管理技术 云计算需要对分布的、海量的数据进展处理、分析p ，因此，数据管理技术必须可以高效地管理大量的数据。云计算系统中的数据管理技术主要是 Google 的 BTBigTable数据管理技术和 Hadoop 团队开发的开数据管理模块 HBase。BigTable 是非关系型数据库，是一个稀疏的、分布式的、持久化存储的多维度排序 Map。BigTable 的设计目的是快速且可靠地处理 PB 级别的数据，并且可以部署到上千台机器上。4 MapReduce 编程形式 概念“Map映射”和t;Reduce归约t;，其主要思想，使得

18、编程人员在不会分布式并行编程的情况下，将自己的程序运行在分布式系统上。软件实现的是指定一个 Map映射函数，用来把一组 键值对映射成一组新的 键值对，指定并发的 Reduce归约函数，用来保证所有映射的键值对中的每一个共享一样的键组。5 云计算平台管理技术 云管理平台最重要的两个特质在于管理云资和提供云效劳。即通过构建根底架构资池IaaS、搭建企业级应用/开发/数据平台PaaS，以及通过 SOA 架构整合效劳SaaS来实现全效劳周期的一站式效劳，构建多层级、全方位的云资管理体系。选择云计算管理平台的四种考量：1是否可以保障系统的稳定性、可靠性和平安性。这是 IT 决策者在选择云管理平台时最重要

19、的衡量标准之一。2是否可以和如今的虚拟化平台兼容。采用现有的虚拟化供给商晋级云计算，不失为一种选择，但是考虑到本钱以及供给商锁定的问题，也可以选择一种可以兼容现有虚拟化根底的云计算管理平台。3是否有完好的生命周期管理。如今虚拟机泛滥的问题很普通，导致 IT 管理者不清楚哪些应用在哪些虚拟机上、无法及时回收资等等问题，多数应用不能按照不同需求定义虚拟机的效劳等级。4是否便于管理。云计算的一个重要的优势是减少 IT 管理本钱。6 因此，云计算平台管理技术就是实现大量效劳器的协同工作，方便地进展业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。1.4.6 云计

20、算核心架构的竞争力衡量维度 将云计算技术引入传统数据中心所带来的商业效劳的角度看，重点可以从开与节流两个方面来衡量云计算的核心竞争力。1 节流 Cost Saving 方面 在业务系统搭建过程中，云计算及其虚拟化技术使得企业及运营商可以打破应用边界的束缚，充分共享企业范围内、行业范围内、甚至全球范围内公用的“IT 资池”，无需采购和安装实际物理形态的效劳器、交换机及存储硬件，而是依赖于向集中的“IT 资池”动态申请所需的虚拟 IT 资或资集合，从而完成相关应用的自动化安装部署，最终到达快速搭建支撑自身核心业务的 IT 系统与根底平台的目的。这种形式可以减少系统搭建的人力和资投入，降低系统初始构

21、筑本钱。在业务应用执行过程中，依托节能减排及资利用率最大化原那么，实现必要的智能资动态调度，以完成既定的业务处理或计算任务，并在特性业务处理或计算任务完成后即时地释放相关 IT 资供其他企业/行业应用进一步动态共享，从而实现 IT 建立与运维本钱的大幅度优化与降低。另外针对涉及海量数据处理及科学计算的特殊行业，以往依托于造价昂贵小型机、大型机甚至巨型机、高端存储阵列，或者采用通用处理设备需要数月甚至数年才能完成的复杂计算与分析p 任务，有可能在云计算数据中心基于通用效劳器集群，以更为低廉的本钱并花费更短的时间就可以轻松应对。2 开 Revenue Generation 方面 针对公有云数据中心

22、运营商的价值：在于将 SaaS 等早在云计算概念出现之就已普及的资效劳的概念进一步扩展到 IaaS 与 PaaS 层，云计算数据中心运营商可以在 IaaS/PaaS 上建立自营增值业务效劳于云用户，也可引入众多第三方应用运行在 IaaS/PaaS 云平台之上，实现相比传统数据中心托管效劳具备更高附加值的虚拟机、虚拟桌面及虚拟数据中心租赁业务，或者在第三方应用开发/提供商、云运营商IaaS/PaaS 云平台提供者以及云租户/云用户之间分享丰富的 SaaS 应用带来的增值利润。针对企业私有云数据中心建立的价值：云计算使得 IT 根底架构可以对与企业、行业业务严密绑定的业务软件形成更为高效和敏捷的集

23、成交融，从而大大提升了企业 IT 资灵敏适应并支撑企业核心业务流程与业务形式快速变化的才能，有效地优化了企业业务的运作效率。云计算的海量数据分析p 与挖掘才能的价值：使得企业、行业有才能依托其海量存储及并行分析p 与处理框架的才能，从其企业 IT 系统所产生的海量的历史数据中提炼并萃取出对其有价值的独特信息与价值，从而为其市场及业务战略的及时优化调整提供智能化决策引擎，从而有效提升企业的竞争力。1.4.7 云计算解决方案的典型架构场景 云计算技术的成熟和开展，使得采用云计算技术为高分辨率遥感影像应用提供一致的存储与管理成为可能，课本展示的遥感影像存储平台7 C-RSMP，目的是为用户提供云计算

24、环境下对高分辨率遥感影像透明的访问才能。这个构造总共包括五层，自下而上分别为：物理层、云平台层、效劳层、应用层、客户端，以及横跨多个层次的效劳组合、效劳监控、虚拟资管理、任务调度及计量、计费等。1.4.8 云计算资架构 云计算不仅从技术上，而且在效劳形式上也提出了很多创新之处。表如今其对整个 IT 领域所涉及的技术和应用涉及硬件系统、软件系统、应用系统、运维管理、效劳形式等各个方面。云根底架构在传统根底架构计算、存储、网络硬件层的根底上，增加了虚拟化层、云层：虚拟化层：大多数云根底架构都广泛采用虚拟化技术，包括计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。通过虚拟化层，屏蔽了硬件层自身的差异和复杂度，

25、向上呈现为标准化、可灵敏扩展和收缩、弹性的虚拟化资池; 云层：对资池进展调配、组合，根据应用系统的需要自动生成、扩展所需的硬件资，将更多的应用系统通过流程化、自动化部署和管理，提升 IT 效率。1.4.9 云计算效劳交付 云计算是基于互联网的相关效劳的增加、使用和交付形式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资。狭义云计算指IT 根底设施的交付和使用形式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资；广义云计算指效劳的交付和使用形式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需效劳。云计算颠覆性地改变了传统 IT 效劳的商业形式，大大降低获取 IT效劳的门槛，使云计算成为社会信息化的根底设

26、施，人们使用 IT 效劳将像使用水电一样方便、快捷、廉价。但必须清醒地认识到，云计算要建立一个明晰的商业模型还有待时日。首先，作为多种技术集大成者的云计算，要将各种技术融会贯穿，需要一定时间的积累；其次，人们对云计算的商业形式有一个认识和承受的过程；最后，云计算产业链的形成也是一个多方博弈的过程。1.4.10 云计算运维流程建立 云计算的运维从事故管理、问题管理、变更管理、发布管理、配置管理 5 个方面，下面简要介绍 ITIL 效劳管理流程，并详细阐述了事故管理、问题管理、配置管理、变更管理 4 个流程。从运维流程的角度讨论 1施行指导；2施行途径；3配置流程管理；4效劳台与事件流程管理。二、

27、理论教学内容 务 任务 1-1 ：初识云计算 本任务主要是一个概念的理解与识记的过程，要求学习者掌握云计算作为效劳计算应有的特点，理解云计算的开展趋势，以及将来云计算对产业链的影响。任务主要内容为：1通过阅读器搜索相关概念； 2理解云计算的根本概念、分类、特点、关键技术、架构等。务 任务 1-2 ：绘制云计算架构图 8 本任务要求学习者使用 Viso 绘图软件绘制云计算架构图。任务主要内容为：1熟悉 Visio 绘图软件； 2理解云计算平台的根底框架体系； 3从效劳的角度理解基于 SOA 的框架构造； 4使用 Visio 绘图软件绘制云计算架构图。务 任务 1-3 ：VMware 虚拟机的安装

28、与使用 本 任 务 要 求 学 习 者 在 dows 系 统 中 安 装 和 使 用 VMware Workstation 软件，任务主要内容为：1安装 VMware Workstation 软件； 2在 VMware Workstation 软件中安装 dows Server 20_3 操作系统； 3VMware 虚拟机功能设置。9 教案 二：云计算存储架构部署 授课题目：工程二 云计算存储架构部署 授课方式 请打√ 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 10 教学大纲要求：理解云计算存储架构部署过程，熟悉 DAS 存储技术、NAS 存储技术、SAN存储技术等相关知识

29、。教学目的：1 1 知识目的 1理解云计算存储架构部署过程； 2熟悉传统数据 DAS 存储技术； 3熟悉网络附加 NAS 存储技术； 4熟悉云计算存储架构的 SAN 存储技术。2 2 才能目的 1能在 dows Server 中搭建 SAN 存储效劳iSCSI； 2能在 Linu_ Server 中搭建 NAS 存储效劳NFS； 3能纯熟安装部署 FreeNAS 开存储系统。教学重点及难点：重点：DAS 存储技术、NAS 存储技术、SAN 存储技术 难点：IP SAN 存储技术、存储虚拟化网关 作业、讨论题、考虑题：详见课本“2.7 习题”局部。课后总结分析p ：教 学 内 容 备注 主要教学

30、内容提纲：一、理论教学内容 2.4.1 共享存储模型 主机本地存储被称为直连式存储Direct Attached Storage，DAS，顾名思义，这时存储设备通过电缆通常是 SCSI 接口电缆直接连到效劳器。在这种连接方式下，主机单独占有各自的存储设备，不与其他主机共享。如何使存储可以在效劳器间共享。一般来说，共享存储体系构造主要可以分为 SANStorage Area work，存储区域网络和 NASwork Attached Storage，网络附属存储两大类。SAN 和 NAS 的共同特征都是将主机与存储解耦，使存储可以在多个主机间共享，其本身也是一种虚拟化技术。主机和存储设备在一个对

31、等的存储网络中互连，完全打破了主机和存储的绑定关系，对主机而言，SAN 网络中的存储目的盘看起来仍然是一个基于块的磁盘设备，与 DAS 没有本质区别。存储网络多采用 FC光纤通道网络，也可以采用基于 IP 的网络 iSCSI 技术。10 假如存储网络采用 IP 网络，数据存储的共享通常是基于文件的。NAS 本质上是一台 NFS 或 CIFS 文件共享效劳器。对于主机而言，NAS 提供的不是一个磁盘块设备，而是一个远端网络文件系统。2.4.2 磁盘存储阵列 1 磁盘存储介质 存储介质是指存储数据的载体。通常，U 盘、存储卡、硬盘里都有存储介质。目前最流行的存储介质是基于闪存Nand flash的

32、，比方 U 盘、CF卡、SD 卡、SDHC 卡、MMC 卡、SM 卡、记忆棒、_D 卡等。2 RAID 磁盘组 磁盘阵列Redundant Arrays of Independent Disks，RAID，有“独立磁盘构成的具有冗余才能的阵列”之意。磁盘阵列是由很多价格较廉价的磁盘，组合成一个容量宏大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查Parity Check的观念，在数组中任意一个硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中。磁盘阵列其款式有三种，一是外接

33、式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件来仿真。外接式磁盘阵列柜最常被使用大型效劳器上，具可热交换Hot Swap的特性，不过这类产品的价格都很贵。内接式磁盘阵列卡，因为价格廉价，但需要较高的安装技术，合适技术人员使用操作。硬件阵列可以提供在线扩容、动态修改阵列级别、自动数据恢复、驱动器遨游、超高速缓冲等功能。它能提供性能、数据保护、可靠性、可用性和可管理性的解决方案。阵列卡专用的处理单元来进展操作。利用软件仿真的方式，是指通过网络操作系统自身提供的磁盘管理功能将连接的普通 SCSI 卡上的多块硬盘配置成逻辑盘，组成阵列。软件阵列可以提供数据冗余功能，但是磁盘子系统的性能会有所降低，有

34、的降低幅度还比拟大，达 30左右。因此会拖累机器的速度，不合适大数据流量的效劳器。无论是 DAS、SAN 还是 NAS 存储构架，其存储系统的低层都是存储介质，我们以一个磁盘存储阵列为标本，观察一下其内部存储介质的构成。FC 磁盘即光纤通道磁盘，以光纤通道仲裁环FC-AL技术作为硬盘连接接口，可以显著进步 I/O 吞吐量，是一种高性能磁盘，在高端存储设备上被普遍使用。SATA 磁盘即串行总线接口SerialATA磁盘。它采用串行传送的数据序列，虽然每个时钟频率仅传输 1bit，但串行总线极高的传输速度仍可以使传输速率保持在 1.5Gbits/s，SATA-2 可以到达 3Gbits/s。在性能

35、上，SATA 磁盘略逊于 FC 磁盘，但 SATA 磁盘可以具有更大的存储容量，其单盘容量可以是FC 磁盘容量的 2 倍以上，属于高性价比磁盘。除了上面看到的磁盘类型，磁盘存储介质又有了新的开展趋势。一是 SAS磁盘正逐步代替 FC 磁盘，成为高性能磁盘的主流；二是新型高性能 SSD 硬盘的出现带来存储性能的飞跃。RAIDRedundant Arrays of Ine_pensive Disks的字面含义是“价格廉价磁盘的冗余阵列”。其原理是将磁盘组成阵列数组，将数据以某种方式排列后11 分散存储在这一组磁盘阵列中。通过数据的分散排列可以使数据读写在多个磁盘上并行，提供总体性能；在有磁盘故障时

36、，通过磁盘间同位检查Parity Check的方法重构数据，维持数据的可用性。RAID 存在一组标准标准。3 存储逻辑单元 磁盘存储设备是如何向主机提供连续的块存储空间的，可以从分配给主机的最小存储单元着手。从主机的角度，经共享存储可以使用的一个“磁盘”不是存储设备上的磁盘 RAID 组，更不是存储设备上的一个物理磁盘，而是一个逻辑磁盘设备，在 SCSI 存储访问协议环境下存储设备和目的设备之间的数据访问协议 SCSI 在共享存储中占统治地位，这个逻辑设备用一个具有唯一性的数码 LUNLogical Unit Number，逻辑单元号标记，LUN 的原始意义只是一个整数，但习惯上一个 LUN

37、用来指代与之唯一对应的逻辑存储设备。在磁盘阵列设备上，LUN 是建立在 RAID 组上的逻辑存储单元。存储设备以 LUN 为单位向主机等网络存储发起方提供存储目的“磁盘”。LUN 的存储性能和冗余保护级别由其所在的 RAID 组而定。磁盘阵列一般还具有许多增强的 LUN 功能，主要包括虚拟化置备、LUN迁移、LUN 镜像和 LUN 快照。2.4.3 存储网络 目前除了以光纤信道技术所建构的 FC SAN 外，另外还有以 TCP/IP 做为根底的 IP SAN。SNIA 建议，以光纤信道技术建构的存储网络称为 Fibre Channel SANFC SAN，以以太网络技术如 iSCSI建构的存储

38、网络那么称为 IP SAN。1 FC 存储网络Fibre Channel SAN Fibre Channel 的主要用处是运用于建构具高传输速度的存储网络技术。FC SAN 在架构上通常以光纤作为传输媒介，因此具有高传输速度、高可靠度、长传输间隔 等特点。目前 Fibre channel 的传输速度已经到达 4Gbpsbits per second，FC SAN 支持三种根本的拓扑架构：点对点、仲裁回路及交换式光纤网络。2 IP 存储网络 IP SAN 存储技术，顾名思义是在传统 IP 以太网上架构一个 SAN 存储网络把效劳器与存储设备连接起来的存储技术。IP SAN 其实在 FC SAN

39、的根底上再进一步，它把 SCSI 协议完全封装在 IP 协议之中，是将 SCSI 的指令透过TCP 的通讯协议传送到远方，以到达控制远程存储设备的方式。由于传送的封包内含有传输目的的 IP 位置，因此是一种效率较高的点对点传输。简单来说，IP SAN 就是把 FC SAN 中光纤通道解决的问题通过更为成熟的以太网实现了，从逻辑上讲，它是彻底的 SAN 架构，即为效劳器提供块级效劳。IP SAN 技术有其独特的优点：节约大量本钱、加快施行速度、优化可靠性以及增强扩展才能等。采用 iSCSI 技术组成的 IP SAN 可以提供和传统 FC SAN 相媲美的存储解决方案，而且普通效劳器或 PC 机只

40、需要具备网卡，即可共享和使用大容量的存储空间。与传统的分散式直连存储方式不同，它采用集中的存储方式，极大地进步了存储空间的利用率，方便了用户的维护管理。iSCSI 是基于 IP 协议的，它能包容所有 IP 协议网络中的部件，iSCSI 网络架构如图 2-21 所示。通过 iSCSI，用户可以穿越标准的以太网线缆，在任何需要的地方创立实际的 SAN 网络，而不需要专门的光纤通道网络在效劳器12 和存储设备之间传送数据。iSCSI 可以实现异地间的数据交换，使远程镜像和备份成为可能。因为它没有光纤通道对传输间隔 的限制，IP SAN 使用标准的TCP/IP 协议，数据即可在以太网上进展传输。3 存

41、储虚拟化网关 SNIA存储网络工业协会对存储虚拟化的解释包含两方面：1存储虚拟化是为了便于应用和效劳进展数据管理而采取的针对应用、效劳器以及一般网络资进展的存储子系统或存储效劳的内部功能抽象、隐藏和隔离的行为； 2存储虚拟化是针对存储设备或存储效劳进展的虚拟化手段，以便对底层存储资施行存储会聚、隐藏复杂性以及添加新功能等。一般地，虚拟存储所虚拟的对象是一些存储资，如磁盘、磁带、文件、文件系统、数据块等等。其虚拟的结果往往是虚拟磁盘、虚拟磁带、虚拟文件、虚拟文件系统、虚拟数据块等等。存储虚拟化的核心工作是实现物理存储设备到单一逻辑资池的映射。通过虚拟化技术，为用户和应用程序提供了虚拟磁盘或虚拟卷

42、，并且可以根据用户需求对它进展任意分割、合并、重新组合等操作，并分配给特定的主机或应用程序，为用户隐藏或屏蔽了详细的物理设备的各种物理特性。存储虚拟化技术，其实说穿了，技术上就是 I/O 重新定向和存储单元块地址重新编排而已。假如把存储虚拟化功能看作应用与存储设备之间“欺上瞒下”的逻辑层，那么这层的主要任务就是，对上面截获 I/O 自己重新处理，对下面所有存储空间重新统一编址。其他所有的高级功能，都是基于这一根本机制衍生的。虚拟网关是一种在 IP 网络上建立通信信道的技术方法。整个过程包括：接收关于要在至少两个端点之间建立的所需通信信道的端点信息，其中的端点信息包括至少两个端点中的一个公共 I

43、P 地址；且在两个公共 IP 地址之间创立穿插连接；以及向其中至少两个端点提供穿插连接 ID。4 2.4.4 共享文件系统 1 集群文件系统 ClusterFS 集群文件系统架构后端存储采用 DAS，每个存储效劳器直连各自的存储系统，通常为一组 SATA 磁盘，然后由集群文件系统统一管理物理分布的存储空间而形成一个单一命名空间的文件系统。实际上，集群文件系统是将RAID、Volume、File System 的功能三者合一了。目前的主流集群文件系统一般都需要专用元数据效劳或者分布式的元数据效劳集群，提供元数据控制和统一名字空间，当然也有例外，如无元数据效劳架构的 GlusterFS。NAS 集

44、群上安装集群文件系统客户端，实现对全局存储空间的访问，并运行 NFS/CIFS效劳对外提供 NAS 效劳。NAS 集群通常与元数据效劳集群或者存储节点集群运行在一样的物理节点上，从而减少物理节点部署的规模，当然会对性能产生一定的影响。与 SAN 架构不同，集群文件系统可能会与 NAS 效劳共享TCP/IP 网络，互相之间产生性能影响，导致 I/O 性能的抖动。简单地说，集群cluster就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提供一组网络资。这些单个的计算机系统就是集群的节点node。一个理想的集群是，用户从来不会意识到集群系统底层的节点，在他/她们看来，集群是一个系统，而非多个计算机系统。并且

45、集群系统的管理员可以随意增加和删改集群系统的节点。13 将多台同构或异构的计算机连接起来协同完成特定的任务就构成了集群系统。集群并不是一个全新的概念，其实早在七十年代计算机厂商 Digital equipment 公司和 Tandem 计算机公司和研究机构就开场了对集群系统的研究和开发。由于主要用于科学工程计算，所以这些系统并不为大家所熟知。直到 Linu_ 集群的出现，集群的概念才得以广为传播。集群系统主要分为高可用High Availability集群，简称 HA 集群，和高性能计算High Perfermance Computing集群，简称 HPC 集群。集群系统主要分为两种：高可用性

46、集群和高性能集群。2 网络文件系统 NFS 网络文件系统work File System，NFS是由 SUN 公司研制的 UNI_表示层协议pressentation layer protocol，能使使用者访问网络上别处的文件就像在使用自己的计算机一样。NFS 是基于 UDP/IP 协议的应用，其实现主要是采用远程过程调用 RPC 机制，RPC 提供了一组与机器、操作系统以及低层传送协议无关的存取远程文件的操作。RPC 采用了 _DR 的支持。_DR 是一种与机器无关的数据描绘编码的协议，他以独立与任意机器体系构造的格式对网上传送的数据进展编码和解码，支持在异构系统之间数据的传送。其具有的特

47、点为：提供透明文件访问以及文件传输； 容易扩大新的资或软件，不需要改变现有的工作环境； 高性能，可灵敏配置。网络文件系统NFS是文件系统之上的一个网络抽象，来允许远程客户端以与本地文件系统类似的方式，来通过网络进展访问。虽然 NFS 不是第一个此类系统，但是它已经开展并演变成 UNI_ 系统中最强大最广泛使用的网络文件系统。NFS 允许在多个用户之间共享公共文件系统，并提供数据集中的优势，来最小化所需的存储空间。2.4.5 共享存储架构 从整体架构来看，集群 NAS 由存储子系统、NAS 集群机头、客户端和网络组成。根据所采用的后端存储子系统的不同，可以把集群 NAS 分为三种技术架构，即 SAN 共享存储架构、集群文件系统架构和 pNFS/NFSv4.1 架构。这种架构后端存储采用 SAN，所有 NAS 集群节点通过光纤连接到 SAN，共享所有的存储设备，通常采用 SAN 并行文件系统