磁盘阵列基础.ppt
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1、磁盘阵列技术介绍磁盘阵列技术介绍磁盘阵列技术介绍磁盘阵列技术介绍Disk Array Basic ConceptionDisk Array Basic Conception内 容 提 要I.磁盘阵列介绍II.RAID技术III.SCSI/SAS/SATA技术IV.光纤技术V.iSCSI技术VI.存储技术与架构I.磁盘阵列介绍什么是磁盘阵列?什么是磁盘阵列?什么是磁盘阵列?什么是磁盘阵列?WWWWhat is Disk Array?hat is Disk Array?hat is Disk Array?hat is Disk Array?为什么要使用磁盘阵列?为什么要使用磁盘阵列?为什么要使用磁
2、盘阵列?为什么要使用磁盘阵列?WWWWhy we use Disk Array?hy we use Disk Array?hy we use Disk Array?hy we use Disk Array?磁盘阵列有什么优点?磁盘阵列有什么优点?磁盘阵列有什么优点?磁盘阵列有什么优点?WWWWhat is advantages does Disk Array has?hat is advantages does Disk Array has?hat is advantages does Disk Array has?hat is advantages does Disk Array has?磁
3、盘阵列使用了哪些主要技术?磁盘阵列使用了哪些主要技术?磁盘阵列使用了哪些主要技术?磁盘阵列使用了哪些主要技术?WWWWhat kind of technology does Disk Array apply?hat kind of technology does Disk Array apply?hat kind of technology does Disk Array apply?hat kind of technology does Disk Array apply?什么是磁盘阵列?什么是磁盘阵列?Whats Disk Array?Whats Disk Array?磁盘阵列磁盘阵列Dis
4、k Array。即将多块物理硬盘通过特定的方法组合成为即将多块物理硬盘通过特定的方法组合成为 容量巨大的逻辑硬盘。容量巨大的逻辑硬盘。萌生磁盘阵列的最初想法:如何通过小容量硬盘而获得大容量的硬盘。目前磁盘阵列技术的发展方向:随着技术的发展和应用的复杂,对容量的追求不再是唯一的目标;稳定性、安全性、高效性和扩展性成为磁盘阵列的重要综合指标。为什么要使用磁盘阵列?为什么要使用磁盘阵列?Why we use Disk Array?Why we use Disk Array?要更大容量要更大容量TB级(级(1TB=1024GB)要更高效率要更高效率可达几十万可达几十万IOPS要更高可靠要更高可靠可做到
5、全部部件冗余可做到全部部件冗余,硬盘损坏也硬盘损坏也不丢失数据不丢失数据要更好扩展要更好扩展从几百从几百GB到几十到几十TB任意扩充任意扩充磁盘阵列有什么优点?磁盘阵列有什么优点?Whats advantages does Disk Array has?Whats advantages does Disk Array has?容量大:容量大:可将多至几百块硬盘串在一起使用,容量可达十几甚至上百可将多至几百块硬盘串在一起使用,容量可达十几甚至上百TB。高效率:高效率:因多个硬盘同时运转,所以速度较单块硬盘快很多。因多个硬盘同时运转,所以速度较单块硬盘快很多。并且有更好的并发读写效能。并且有更好的
6、并发读写效能。高可靠:高可靠:利用利用RAID技术,使结构有容错功能,做到硬盘损坏时不影响使用并技术,使结构有容错功能,做到硬盘损坏时不影响使用并可做到不断电维护,最大限度避免了因硬盘损坏引起的数据丢失和任务中断。可做到不断电维护,最大限度避免了因硬盘损坏引起的数据丢失和任务中断。易扩展:易扩展:从几块硬盘扩展到几十、上百块硬盘可以做到不断电扩展。从几块硬盘扩展到几十、上百块硬盘可以做到不断电扩展。磁盘阵列使用了哪些主要技术?磁盘阵列使用了哪些主要技术?What kind of technology does Disk Array apply?What kind of technology d
7、oes Disk Array apply?RAID技术技术:Redundant Arrays of Inexpensive Disks廉价磁盘冗余阵列技术,是磁盘阵列所使用的主要技术。可将硬盘根据可靠性和性能要求的不同分成若干级别。Data Striping技术技术:数据条带化技术。是RAID技术的基本概念。Redundant技术技术:冗余容错技术。在盘阵中可做到冗余的有:电源、风扇、控制器、内存等都利用冗余技术,大大增加了部件可靠性。Hot Swap技术技术:热插拔技术。由于盘阵要求连续工作不停顿,所以热插拔技术的应用避免了因维护造成的停机,大大提高了产品的可靠性。II.RAID技术技术Da
8、ta Strip技术Data Striping即数据条带化即数据条带化,是将一个完整的数据文件分成若干块依次写入不同的硬盘,即增加了可靠性又充分利用了各个硬盘的读写能力将速度发挥到最大。这是磁盘阵列RAID结构的基本设计思想。RAID技术从某种角度来说,可以理解为Data Striping的高级应用。RAID增加了Parity DiskParity Disk(奇偶校验盘)。该盘存有数据的校验记录,用于恢复数据。根据RAID LevelRAID Level(RAID级别)的不同又有几种运用方式:RAID 0RAID 0RAID 0+1RAID 0+1RAID 1RAID 1RAID 3RAID
9、3RAID 5RAID 5RAID 6RAID 6RAID 10RAID 10RAID 30RAID 30RAID 50RAID 50RAID 60RAID 60RAID LevelRAID 0技术技术:RAID-0RAID-0只用到只用到Data StripingData Striping,就是把数据分散成以 sector为单位写入磁盘內。优优点点:由于阵列中的硬盘在同一时间共同分担每笔数据的写入及读取操作,所以RAID-0RAID-0执执行行效率效率远超过远超过一个硬盘一个硬盘或其它或其它RAIDRAID形式形式。缺缺点点:RAID-0RAID-0沒沒有有容容错错功功能能(Fault-To
10、lerance)(Fault-Tolerance),也就是说当阵列中的任一个硬盘故障,整个阵列也因数据的不完整而造成资料损毀。应应用用:以 RAID-0 的执行效率來看较适用于顺序且大数据量的连续存储环境,但由于缺乏容错能力,所以在市场上较少为人所应用。RAID-0 磁盘阵列有效之数据容量为 N x N x 单块硬盘单块硬盘容量容量(N:硬盘数)RAID 1技技术术:就是大家熟悉的“Disk Mirroring”,使用两块相同容量的硬盘,系统一次写入2份相同的数据到这两个硬盘內,而系统可使用的只是一个硬盘的容量(RAID RAID 1 1 基基本本上上並並沒沒有有用到用到“Data Strip
11、ingData Striping”的技的技术术)。优点优点:RAID 1 提供了相当好的效率,因为 mirrored 的两个硬盘数据皆相同,系统可以有效率的选择从哪一个硬盘来读取数据会比较快,另一方面,容錯(Fault-Tolerance)功能也是相当重要的原因,由于两个硬盘数据相同,故当其中一个硬盘损毀,另一个可以继续接著工作。缺缺点点:需要比需求容量多一倍的硬盘,费用较高。RAID1 磁盘阵列有效的数据容量为(N/2)x 单块单块硬盘硬盘容量容量(N:硬盘数)RAID 3技技术术:RAID-3 运用了与RAID-0相同的技术,最大的差別是它多多了了一一块块硬硬盘盘来来储储存存ParityP
12、arity的的资资料料,目地是为了系统的容错功能(Fault-Tolerance)。何何谓谓 ParityParity?:当数据分散成以Sector为单位并写入磁盘阵列中,RAID-3会把这些片段数据以 XORXOR 的逻辑运算方式计算出一个值-Parity Data,然后再將此Parity值储存到专属的Parity硬盘內,其最主要的作用就在于当磁盘阵列中的某一个硬盘出了问题,系统仍可依照Parity的计算模式继续工作。等待硬盘修复后(或更换一个新硬盘),此时便可依照 Parity 硬盘中的 XOR 数据与阵列中其它硬盘內的数据,重建出这个原本出问题的硬盘数据,这就是系统容错能力。优优点点:适
13、用在顺序且大数据量的连续存储,以及Single-User的环境上,如 CAD/CAM系统,Image Processing,Audio/Video Data.等,通过“Data Striping”,在转速相同的硬盘阵列中可以达到相当好的效率。缺缺点点:因为每次的 I/O 读取动作都必须由每一个硬盘在同一时间來处理,所以以效率來看並不适用于 Multi-I/O,Multi-Users的环境中。RAID 3 磁盘阵列有效的数据容量为(N-1)x 单块硬盘的单块硬盘的容量容量(N:硬盘数)RAID 5技技术术:与RAID-3相同,只是将Parity分散于所有RAID结构的硬盘中,不需要专门的 Par
14、ity硬盘,每个硬盘都记录着其它阵列中硬盘的 Parity数据,若当阵列中某一个硬盘损坏时,便很容易地可由其它硬盘來修复重建数据以达到系统容错能力。可在同一时间內执行多个 I/O 动作,提高了整体 Read/Write 的效率,也正好符合Multi-I/O,Multi-User 的环境。优优点点:RAID-5的技术可以说是综合了以上所有不同RAID技术的优点。是在磁盘阵列技术上相当具有潜力的架构,越來越多的使用者将他们的网络主机或数据库系统架构在 RAID-5 的基础上,因为它将是储存技术的主流。RAID 5 磁盘阵列有效的数据容量为(N-1)x 单块硬盘容量单块硬盘容量(N:硬盘数)RAID
15、 6A RAID 6 array is essentially an extension of a RAID 5 array with a second independent distributed parity scheme.Data and parity are striped on a block level across multiple array members,just like in RAID 5,and a second set of parity is calculated and written across all the drives.As larger disk
16、arrays are considered,it is desirable to use stronger codes that can tolerate multiple disk failureRAID 6Minimum Disks Required4CapacityN-2RedundancyYesWithstands two drive failures,or one disk failure and bad blocks on another driveRAID 10/30技技术术:RAID 10、30技术相当于RAID 1或3加RAID 0组合而成,数据写入前先做RAID 1或RAI
17、D 3,再藉由“Data Striping”技术,通过RAID 0将逻辑磁盘組合成一个大容量之逻辑磁盘,达到更高数据容错保护机制,即为RAID 10或RAID 30。RAID 50技术技术:RAID 50就是以RAID 0技术将两个(含)以上相同容量之RAID 5逻辑磁盘組合成另一个大容量之逻辑磁盘,当数据要写入時,会先將数据做RAID 0“Data Striping”分散在各个RAID 5逻辑磁盘,再由各个RAID 5逻辑磁盘依其技术特性写入实体硬盘內。优点:优点:此种技术可以整合多个逻辑磁盘获得更大容量的磁盘空间,亦可得到更高的数据安全机制。缺点:缺点:必须花費较高的成本(每一个RAID
18、5逻辑磁盘所能使用的磁盘空间为 N 1)。技技术术:Just a Bunch Of Disks即是將每一个硬盘视为一个独立的逻辑磁盘,与主机之间的数据传输需通过磁盘阵列控制器运算处理,缺点是无法提供数据容錯功能。在磁盘阵列中,在磁盘阵列中,JBOD指没有控制器的裸机箱。指没有控制器的裸机箱。JBODNRAID技技术术:NRAID即Non-RAID。此技术只是將所有硬盘虚拟成一个大容量逻辑磁盘机(容量等于所有硬盘空间总和),且不具备RAID或“Data Striping”特性,因此也无法达到容錯及提高效率等功能。RAID Level 总结总结RIAD 0Data StripingRAID 1Di
19、sk MirroringRAID(0+1)Data Striping&MirroringRAID 3Data Striping&Parity(Additional Drive Dedicated)RAID 5Striping&Rotating Parity(Dispersing)RAID 6RAID 10A pair of RAID 1&Data StripingRAID 30A pair of RAID 3&Data Striping RAID 50A pair of RAID 5&Data Striping-Higher CostRAID 60NRAIDNon-RAID-One Logic
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