《服务器RAID技术》PPT课件.ppt

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1、 信息存储技术 信息存储的技术n信息存储设备 目前，常用的信息存储设备有：目前，常用的信息存储设备有：p磁带、磁带库磁带、磁带库 p磁盘、磁盘阵列磁盘、磁盘阵列 p光盘、光盘塔、光盘库光盘、光盘塔、光盘库n信息存储设备-磁带库 n信息存储设备-磁带库p广义的磁带库产品包括自动加载磁带机和磁带库。p自动加载磁带机和磁带库实际上是将磁带和磁带机有机结合组成的。p自动加载磁带机是一个位于单机中的磁带驱动器和自动磁带更换装置，它可以从装有多盘磁带的磁带匣中拾取磁带并放入驱动器中，或执行相反的过程。它可以备份PB=106GB数量级的数据。p自动加载磁带机能够支持例行备份过程，自动为每日的备份工作装载新的

2、磁带。p一个拥有工作组服务器的小公司或分理处可以使用自动加载磁带机来自动完成备份工作。n信息存储设备-光盘库 n信息存储设备信息存储设备-光盘库光盘库p光盘库是一种带有自动换盘机构（机械手）的光盘网络共享设备。p光盘库一般由放置光盘的光盘架、自动换盘机构（机械手）和驱动器三部分组成。p光盘库一般配置有114台驱动器，可容纳 45690片光盘，每个盘仓可容纳15或50片光盘，分为智能热插拔式盘仓和普通盘仓，这样一是可方便光盘的存放和取用，二是直接构成了三级存储的近线和离线的搭配结构。p光盘库通过高速SCSI端口与网络服务器相联，光盘驱动器通过自身接口与主机交换数据。p用户访问光盘库时，自动换盘机

3、构首先将驱动器中的光盘取出并放置到盘架上的指定位置，然后再从盘架中取出所需的光盘并送入驱动器中。自动换盘机构（机械手）的换盘时间通常在秒级。n信息存储设备-磁盘阵列RAIDRAID 什么是什么是RAIDRAID？RAIDRAID技术是怎样实现数据保护的？技术是怎样实现数据保护的？RAIDRAID技术带给用户什么价值？技术带给用户什么价值？磁盘基本知识基本磁盘与动态磁盘基本磁盘如果要改变分区容量就会丢失全部基本磁盘如果要改变分区容量就会丢失全部数据（当然也有一些特殊的磁盘工具软件可数据（当然也有一些特殊的磁盘工具软件可以改变分区而不会破坏数据）。以改变分区而不会破坏数据）。比如比如？动态磁盘在不

4、重新启动计算机的情况下可更动态磁盘在不重新启动计算机的情况下可更改磁盘容量大小，而且不会丢失数据改磁盘容量大小，而且不会丢失数据PQMagicPQMagicPQMagic计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术SCSI SCSI、IDEIDE与与SATASATASCSI(Small Computer System Interface)SCSI(Small Computer System Interface)定义了一种输入定义了一种输入/输出总线和逻辑接口，主要目标是提供一种设输出总线和逻辑接口，主要目标是提供一种设备独立的机制

5、用来连接主机和访问设备。备独立的机制用来连接主机和访问设备。IDEIDE（Intergraded drive electronics)Intergraded drive electronics)曾经统治曾经统治PCPC大容量存储市场大容量存储市场2020余余年的接口技术。年的接口技术。SATA（Serial ATA）现在现在PCPC机使用的主流硬盘接口。机使用的主流硬盘接口。计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAIDRAID技术的定义技术的定义RAIDRAID Redundant Array of Independent

6、 DisksRedundant Array of Independent Disks RAIDRAID是是将将同同一一阵阵列列中中的的多多个个磁磁盘盘视视为为单单一一的的虚虚拟拟磁磁盘盘，数数据据是是以分段的方式顺序存放于磁盘阵列中。以分段的方式顺序存放于磁盘阵列中。RAIDRAID术语术语RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术Disk SpanningDisk Spanning Disk SpanningDisk Spanning 数数据据跨跨盘盘技技术术使使多多个个硬硬盘盘像像一一个个硬硬盘那

7、样工作盘那样工作 用用廉廉价价的的资资源源来来突突破破现现有有硬硬盘盘空空间间限制限制 最大限度的利用磁盘空间最大限度的利用磁盘空间 不能改善硬盘的可靠性和速度不能改善硬盘的可靠性和速度 JBOD(JBOD(J Just A ust A B Bunch unch OOf f D Disks)isks)1234File1 2 3 41200MB300MB400MB400MB100MBRAID技术及应用技术及应用RAIDRAID术语术语计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术Disk Striping Disk StripingD

8、isk Striping 将将数数据据按按照照一一定定大大小小分分成成多多个个数数据据块块，这这些些数数据据块块可可以以被被分分别存放在不同的物理盘上别存放在不同的物理盘上 系系统统在在从从特特定定硬硬盘盘读读取取数数据据时时可以通知下个目标盘准备数据可以通知下个目标盘准备数据 提高系统读写数据的性能提高系统读写数据的性能File1 2 3 41234RAIDRAID术语术语RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术Disk Mirroring Disk MirroringDisk Mirroring

9、 将将相相同同的的数数据据同同时时写写入入多多个硬盘中个硬盘中 当当某某个个物物理理硬硬盘盘失失效效时时，提供数据资料的保护能力提供数据资料的保护能力 降低系统写数据的性能降低系统写数据的性能File1 2 3 412341234RAIDRAID术语术语RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术Hot Swap（右边图的（右边图的含义？）含义？）Hot SwapHot Swap 处处于于运运行行状状态态的的磁磁盘盘阵阵列列子子系系统统当当出出现现单单个个物物理理盘盘失失效效的的情情况况时时，采采用用新

10、新硬硬盘盘将将失失效效物物理理盘盘在在线线替替换换，同同时时保保证证系系统统稳稳定运行定运行 只只有有RAIDRAID级级别别为为1 1、3 3、5 5、1010、3030、5050的阵列才提供该功能。的阵列才提供该功能。123412412541234RAIDRAID术语术语RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术Parity ParityParity 来来自自多多个个物物理理磁磁盘盘上上的的数数据据通通过过异异或或(XOR)(XOR)操操作作运运算算产产生生的的冗冗余奇偶数据余奇偶数据 当当单单个

11、个硬硬盘盘失失效效时时，这这些些冗冗余余数数据据能能够够通通过过与与其其它它物物理理磁磁盘盘上上的的数数据据进进行行异异或或(XOR)(XOR)操操作作而而恢恢复复由由于于硬硬盘盘失失效效而而丢丢失失的的数数据据 产生的冗余数据可以被存放于一个专作奇偶校验用的硬盘上，产生的冗余数据可以被存放于一个专作奇偶校验用的硬盘上，也可以将这些奇偶校验数据分散分布在磁盘阵列的全部硬盘也可以将这些奇偶校验数据分散分布在磁盘阵列的全部硬盘中中 产生和存储奇偶校验数据需要一些额外的操作，目前产生奇产生和存储奇偶校验数据需要一些额外的操作，目前产生奇偶校验数据有两种方式：硬件生成和软件计算。偶校验数据有两种方式：

12、硬件生成和软件计算。RAIDRAID术语术语RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术*RAID Levels RAID 0 RAID0RAID0 StripingStriping 数数据据以以分分段段（1K 1K-8M 8M ByteByte）的的方方式式放放在在磁磁盘盘阵阵列列中中，没没有有校校验验数据。数据。没没有有容容错错能能力力，同同一一通通道道4 4个个1GB1GB的的硬硬盘盘做做RAID0RAID0的的效效率率是是1 1个个4GB4GB硬硬盘的盘的3-3.53-3.5倍；倍；RAIDRA

13、ID技术的实现技术的实现RAID技术及应用技术及应用A0A0A1A1A2A2A3A3A4A4A5A5A6A6A7A74N-24N-24N-14N-14N4N4N-34N-3.磁盘磁盘0 0磁盘磁盘2 2磁盘磁盘3 3磁盘磁盘1 1计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID 0系统的工作原理 计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID Levels RAID 1RAID1RAID1 MirroringMirroring 使磁盘读取的效率增加，使磁盘读

14、取的效率增加，但写入的效率降低但写入的效率降低 通过数据直接备份具有容错能力通过数据直接备份具有容错能力RAIDRAID技术的实现技术的实现RAID技术及应用技术及应用A0A0A0A0A1A1A1A1N NN N.磁盘磁盘0 0磁盘磁盘1 1计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术 RAID 1工作原理图示 计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID Levels RAID 3 RAID3RAID3 Striping with Dedicated Par

15、ity DriveStriping with Dedicated Parity Drive 有校验数据，提供数据容错能力有校验数据，提供数据容错能力 当单个硬盘失效时，会产生奇偶盘当单个硬盘失效时，会产生奇偶盘I/OI/O瓶颈效应瓶颈效应A2A2P1P1A3A3A5A5P2P24N-24N-24N-14N-14N-34N-3.磁盘磁盘0 0磁盘磁盘1 1磁盘磁盘2 2磁盘磁盘3 3P1P1A0A0A1A1P2P2A4A4PNPNRAIDRAID技术的实现技术的实现RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理

16、技术RAID-3工作原理计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID Levels RAID 5 RAID5RAID5 Striping with Distributed ParityStriping with Distributed Parity 有校验数据，提供数据容错能力有校验数据，提供数据容错能力 校校校校验验验验值值值值分分散散在在各各个个盘盘的的不不同同位位置置，相相当当程程度度的的分分散散了了负负载载，故故有有较较好好的的性性能能，尤尤其其是是对对小小型型数数据据。RAID5RAID5适适用用于于银银行行和和

17、股股市的联机交易系统（市的联机交易系统（OLTPOLTP）。）。A1A1A2A2A4A4A5A5A6A64N-24N-24N-14N-14N-34N-3.磁盘磁盘0 0磁盘磁盘1 1磁盘磁盘2 2磁盘磁盘3 3P1P1A7A74N4N.磁盘磁盘4 4P1P1A0A0P2P2PNPNA3A3RAIDRAID技术的实现技术的实现RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术*RAID-5工作原理计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID

18、-5 正常时计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID-5受损时计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID 5 XOR RAID 5 XOR 复原复原复原复原 计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID Levels RAID 10RAIDRAID技术的实现技术的实现RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络

19、管理技术计算机网络管理技术RAID 1+0工作原理图示 计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术软软RAID与硬与硬RAID RAIDRAID也有全软、半软半硬与全硬之分。全软也有全软、半软半硬与全硬之分。全软RAIDRAID就是指就是指RAIDRAID的所有功能都是的所有功能都是操作系统操作系统操作系统操作系统(OS)(OS)与与与与CPUCPU来完成来完成，没有第三方的控制，没有第三方的控制/处理处理(业界称其为业界称其为RAIDRAID协处理器协处理器)与与I/OI/O芯片。这样，有关芯片。这样，有关RAIDRAID的所

20、有任的所有任务的处理都由务的处理都由CPUCPU来完成，可想而知这是效率最低的来完成，可想而知这是效率最低的一种一种RAIDRAID。由于全软。由于全软 RAID RAID是在操作系统下实现是在操作系统下实现RAIDRAID，不能保护系统盘不能保护系统盘不能保护系统盘不能保护系统盘，亦即系统分区不能参与实现，亦即系统分区不能参与实现RAIDRAID。有些操作系统，有些操作系统，RAIDRAID的配置信息存在系统信息中，而的配置信息存在系统信息中，而不是存在磁盘上，当系统崩溃，需重新安装时，不是存在磁盘上，当系统崩溃，需重新安装时，RAIDRAID的信息也会丢失。尤其是全软的信息也会丢失。尤其是

21、全软RAID 5RAID 5是是CPUCPU的增强方的增强方式，会导致式，会导致30%-40%30%-40%的的I/OI/O功能降低，所以在服务器中功能降低，所以在服务器中不建议使用全软不建议使用全软RAIDRAID。计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术磁盘磁盘CACHECACHERAIDRAID卡提高磁盘读写性能的另一手段是：磁盘卡提高磁盘读写性能的另一手段是：磁盘CACHECACHE。CPUCPU系统系统CACHECACHEMemoryMemoryMemory Memory 控制器控制器RAID CPU RAID CP

22、U 磁盘磁盘CACHECACHESCSISCSI控制器控制器SCSISCSI硬盘硬盘RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术磁盘磁盘CACHECACHE的两大工作：的两大工作：磁盘磁盘I/OI/O从磁盘读从磁盘读从磁盘读从磁盘读写入磁盘写入磁盘写入磁盘写入磁盘首先从首先从首先从首先从CACHECACHECACHECACHE读读读读首先往首先往首先往首先往CACHECACHECACHECACHE写写写写无无CACHECACHE有有CACHECACHE预读预读预读预读回写回写回写回写RAID技术及应用技

23、术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID技术如何实现数据保护数据镜像数据镜像数据镜像数据镜像100%数据备份数据备份磁盘有效空间利用磁盘有效空间利用50%数据校验：无数据校验：无硬盘数目：硬盘数目：2读写性能：读性能提高读写性能：读性能提高RAID1RAID1RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID技术如何实现数据保护技术如何实现数据保护数据镜像数据镜像数据镜像数据镜像+分段分段分段分段100%数据备份数据备

24、份磁盘有效空间利用磁盘有效空间利用50%数据校验：无数据校验：无硬盘数目：硬盘数目：4读写性能：均有性能提高读写性能：均有性能提高RAID10RAID10RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID技术如何实现数据保护技术如何实现数据保护数据校验数据校验数据校验数据校验数据分段存储数据分段存储磁盘有效空间利用磁盘有效空间利用n/n+1数据校验：校验数据存在数据校验：校验数据存在专门校验盘专门校验盘硬盘数目：硬盘数目：3（最少）（最少）读写性能：均有提高读写性能：均有提高RAID3RAID3RAI

25、D技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID技术如何实现数据保护技术如何实现数据保护数据校验数据校验数据校验数据校验数据分段存储数据分段存储磁盘有效空间利用磁盘有效空间利用n/n+1数据校验：校验数据均匀数据校验：校验数据均匀分布在各个磁盘上分布在各个磁盘上硬盘数目：硬盘数目：3（最少）（最少）读写性能：均有提高读写性能：均有提高RAID5RAID5RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术RAID RAID 技术的价值技术的价值提高系统提高系统I/OI/O性能性能数据安全保护数据安全保护可可 管管 理理 性性磁盘磁盘cache预读预读回写回写数据镜像数据镜像数据校验数据校验磁盘阵列集中管理磁盘阵列集中管理管理软件管理软件磁盘分段磁盘分段RAID1、10RAID3、5、30、50RAID技术及应用技术及应用计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术计算机网络管理技术*