华为存储专题介绍PPT课件.pptx
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1、Version: V1.0(2013-5-15)IT IT通用技术专题通用技术专题存储存储目录目录1 1Click to add TitleClick to add Title4 4Click to add TitleClick to add TitleClick to add TitleClick to add Title2 2存储基础知识存储基础知识存储产品系统及软件概述存储产品系统及软件概述存储业界主要厂商介绍存储业界主要厂商介绍3 3存储基本解决方案介绍存储基本解决方案介绍p广义的存储定义CD、DVD、ZIP,磁带,硬盘等1、存储硬件系统(磁盘阵列,控制器,磁盘柜,磁带库等)2、存储软
2、件(备份软件;管理软件,快照,复制等增值软件)3、存储网络(HBA卡,光纤交换机,FC/SAS线缆等)4、存储解决方案(集中存储,归档,备份,容灾等)p狭义的存储定义存储是什么?存储是什么?存储是企业数据的存储是企业数据的“家家”nSAN存储发展历程:从附属于服务器,剥离成独立系统CPU硬盘RAMCPU硬盘RAMServerRAID功能SCSI卡ServerJBOD(Just Bound Of Disk)硬盘CPURAMServerSCSI卡控制器控制器硬盘在服务器内部时间外部硬盘阵列(DAS)智能硬盘阵列(DAS)40年代70年代70年代80年代80年代90年代90年代之后专业性多个多个应应
3、用服务器用服务器NASSAN应用服务器应用服务器文件系统文件系统应用服务器应用服务器文件系统文件系统文件系统文件系统RAIDRAIDnLAN存储数据网络(SAN&NAS)SCSI协议:协议: (Small Computer System Interface,小型计算机系统接口)是一种为小型机研制的接口技术,用于主机与外部设备之间的连接。SCSI-3是所有存储协议的基础,其它存储协议都用到SCSI的指令集。优点:与主机无关、多设备并行、高带宽。缺点:允许连接设备数量少、连接距离非常有限。FC协议:协议: FC是光纤通道(Fiber Channel)的简称,用于服务器与共享存储设备的连接,存储控制
4、器和驱动器之间的内部连接,是一种高性能的串行连接标准。其接口传输速率目前有4Gbps 、8Gbps几种标准。传输介质可以选择铜缆或光纤,传输距离远,支持多种互联拓扑结构。光纤通道是构建FC SAN的基础,是FC SAN系统的硬件接口和通信接口。iSCSI协议:协议: (Internet Small Computer System Interface)互联网小型计算机系统接口,是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准,可以理解为SCSI over IP。iSCSI可构成基于IP的SAN,为用户提供高速、低价、长距离的存储解决方案。iSCSI将SCSI命令封装到TCP/IP数据包中,使I/O数据
5、块可通过IP网络传输,是未来的发展之路。SAS协议:协议: (Serial Attached SCSI)即SCSI总线协议的串行标准,即串行连接SCSI;SAS采用串行技术以获得更高的扩充性,并兼容SATA盘。目前SAS的最高传输速率高达3Gpbs、6Gbps,支持全双工模式。存储主要协议存储主要协议磁盘阵列控制器服务器控制器控制器SASFCSCSIlDAS(Direct Attached Storage)l时间:70年代l背景:用户最早因为数据量的增多而产生存储的需求,从而产生最早最简单的存储架构直连附加存储DASl连接方式:FC,SCSI,SASl访问方式:直连式存储与服务器主机之间的连接
6、通道通常采用SCSI连接l链路速率:20MB/s、40MB/s、80MB/sl提供快照、备份等功能DASDAS起源起源NAS应用系统架构应用系统架构NFS,CIFS专用IP存储网络RAID文件系统文件系统NAS存储设备NFSNFSCIFSNASNAS起源(网络数据共享与交换需求)起源(网络数据共享与交换需求)NAS(Network Attached Storage)时间:90年代初背景:网络飞速发展,大量数据需要共享和交换,出现专用的NAS存储设备,成为数据共享与交换的核心访问方式:多台前端服务器共享后端存储设备,后端NAS设备上的存储空间通过CIFS(window系统)、NFS(Linux系
7、统)协议共享给前端主机,可同时对同一目录或文件进行并发读写文件系统位于后端存储设备链路速率:1Gbps、10GbpsFC链路磁盘阵列FC SAN控制器FC交换机服务器FC SANFC SAN起源(由起源(由DASDAS到到FC SANFC SAN)FC SAN(Fiber Channel Storage Area Network)时间:90年代中后期背景:为解决DAS扩展性差的问题,将存储设备网络化,可以同时连接上百台服务器连接方式:FC光纤,使用专用的FC交换机访问方式:后端一台存储设备的存储空间可以划分为多个LUN,每一个LUN只能属于一台前端服务器链路速率:2Gbps、4Gbps、8Gb
8、ps提供快照、容灾等高级数据保护功能IP链路磁盘阵列iSCSI存储控制器以太网交换机服务器IP SANIP SAN起源(由起源(由FC SANFC SAN到到IP SANIP SAN)IP SAN(IP Storage Area Network) 时间:2001年 背景:为解决FC-SAN在价格及管理上的诸多门坎而产生连接方式:采用以太网作为连接链路,以太网交换机访问方式:后端一台存储设备的存储空间可以划分为多个LUN,每一个LUN只能属于一台前端服务器链路速率:1Gbps、10Gbps提供快照、容灾等高级数据保护功能 iSCSI 被看好的原因可以采用非常成熟的IP网络管理工具和基础建设IP网
9、络使用普遍,可为企业节省大笔建设、管理及人事成本三种存储组网,各有优劣SAN与NAS并不是两种互相竞争的技术,二者通常相互补充以提供对不同类型数据的访问。SAN针对海量的面向数据块的数据传输海量的面向数据块的数据传输,而NAS则提供文件级的数据访问和共享服务文件级的数据访问和共享服务。越来越多的数据中心采用SAN+NAS的方式实现数据整合、高性能访问以及文件共享服务。DASNASFC-SANIP-SAN传输类型SCSI、FC、SASIPFCIP数据类型块级文件级块级块级典型应用任何文件服务器数据库应用视频监控优点易于理解兼容性好易于安装成本低高扩展性、高性能高可用性高扩展性成本低缺点难管理,扩
10、展性有限存储空间利用率不高性能较低对某些应用不适合较昂贵,配置复杂互操作性问题性能较低GE/10GEFCoEFCCIFSNFS块块DatabasesDigital mediaApplicationsFile services文件文件FTPHTTPNAS和SAN的融合统一存储SAN、NAS、iSCSI控制器l时间:21世纪初l背景:为解决多种存储架构带来的管理、高TCO问题,支持多种传输协议,同时满足不同需求的统一存储设备应运而生l同时支持不同传输协议,以单一系统满足企业各式各样的存储需求统一的管理界面,简化系统管理l前后端均为系统内部链接,整体运行效率高l模块化的架构,灵活配置,成本可控;轻松
11、扩容,保护用户投资,降低整体TCO统一存储:一种网络存储架构,它既支持基于文件的NAS存储,又支持基于块的SAN存储。磁盘阵列SCSI协议FC协议iSCSI协议接口技术SCSI光纤通道IP接口类型并行串行串行适配器SCSI卡FC HBAiSCSI HBA或以太网卡目前最大速率320MB/s4/8Gb/s1/10Gb/s管理简单复杂简单兼容性好较差好优点与主机无关多设备并行,高带宽高带宽、低时延、传输距离长高可靠、高扩展、易管理、标准化、无距离限制,广域存储缺点连接设备少;传输距离短;单I/O控制器,有单点故障成本高、缺少统一标准,传输距离有限其他协议:其他协议:SAS协议、协议、AOE协议、协
12、议、Infiniband协议等协议等存储主要协议对比存储主要协议对比硬盘类型5.25 英寸3.5 英寸2.5 英寸1.8 英寸机械硬盘(HDD)固态硬盘(SDD)ATA/IDESATA/NL SASSCSISASFC桌面级企业级桌面级硬盘主要针对家庭个人应用,应用在台式PC、笔记本等领域;企业级硬盘针对企业级应用,主要应用在服务器、存储磁盘阵列、图形工作站等。容量:容量:相比桌面级硬盘,企业级硬盘具备更大的存储容量,当前单硬盘最大容量可达4TB性能:性能:主要体现在转速、缓存、平均寻道时间等可靠性:可靠性:企业级硬盘具有更高的平均无故障时间(MTBF),一般来说桌面级硬盘的平均无故障时间大部分
13、都在50万左右小时,企业级的都在100万以上。硬盘类型硬盘类型SATASASNL-SASSSD主流转速(RPM)7,20015,000/10,0007200NA串行/并行串行串行串行串行主流容量(TB)1T/2T/3T0.3T/0.6T2T/3T/4T0.1T/0.2T/0.4TMTBF(h)1,200,0001,600,0001,200,0002,000,000备注由ATA硬盘发展而来,采用串行方式传输,SATA 2.0支持300MB/s, SATA3.0实现600MB/s最高数据传输率.SAS专为满足高性能企业需求而设计,并且兼容SATA硬盘。能够提供3.0Gbit/s的传输率,规划到12
14、.0Gbit/s带有SAS接口的“企业级SATA驱动器”。适用于在一个此盘阵列系统中实现分级存储,简化了磁盘阵列系统的设计固态硬盘(Solid State Disk)用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同,在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。 主流硬盘类型主流硬盘类型硬盘关键指标硬盘关键指标硬盘容量(硬盘容量(Vo
15、lumeVolume) 容量的单位为兆字节(MB)或千兆字节(GB)。影响硬盘容量的因素有单碟容量和碟片数量。转速(转速(Rotational speedRotational speed)硬盘的转速指硬盘盘片每分钟转过的圈数,单位为RPM(Rotation Per Minute)。一般硬盘的转速都达到5400RPM/7200RPM。SCSI接口硬盘转速可达1000015000RPM。平均访问时间平均访问时间* *(Average Access TimeAverage Access Time)平均寻道时间平均等待时间。数据传输率(数据传输率(Date Transfer RateDate Tran
16、sfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度,单位为兆字节每秒(MB/s)。硬盘数据传输率包括内部传输率和外部传输率两个指标。IOPS(IOPS(Input/OutputInput/Output Per Second) Per Second) 即每秒的输入输出量(或读写次数),是衡量磁盘性能的主要指标之一。随机读写频繁的应用,如OLTP(Online Transaction Processing),IOPS是关键衡量指标。另一个重要指标是数据吞吐量(Throughput),指单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量顺序读写的应用,如电视台的视频编辑,视频点播等则更关注吞吐量指
17、标。 RAID基本概念定义 RAID (Redundant Array of Independent Disks)即独立磁盘冗余阵列,RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘,从而提高了硬盘的读写性能和数据安全性。RAID 0数据条带化,无校验RAID 1数据镜像,无校验RAID 3数据条带化读写,校验信息存放于专用硬盘RAID 5数据条带化,校验信息分布式存放RAID 6数据条带化,分布式校验并提供两级冗余RAID 0+1先做RAID 0,后做RAID 1,同时提供数据条带化和镜像RAID 10类似于RAID 0+1,区别在于先做RAID 1,后做RAID 0RAID
18、50先做RAID 5,后做RAID 0,能有效提高RAID 5的性能n同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别:n根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别:RAIDRAID基本概基本概念念数据组织及存取方式数据组织及存取方式数据组织形式数据组织形式分块分块:将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块,这些块称为分块。它是组成条带的元素。条带条带:同一磁盘阵列中的多个磁盘驱动器上的相同“位置”(或者说是相同编号)的分块。分块条带硬盘0硬盘2硬盘1硬盘3分条分条RAID基本概念热备、重构n热备(HotSpare)的定义: 当冗余的RAID组中某个硬盘失效时,在不干扰当前RAID
19、系统的正常使用的情况下,用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘,及时保证RAID系统的冗余性。n热备一般分为两种:全局式:备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享专用式:备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用热备重构数据盘A1A0P热备盘A0A1PXOR重构故障数据盘校验盘A2A2XOR数据盘更换RAIDRAID基本概念基本概念逻逻辑卷辑卷 在RAID的基础上可以按照指定容量创建一个或多个逻辑卷,通过LUN(Logic Unit Number)来标识物理磁盘RAID逻辑卷RAIDLUN1LUN2LUN3分割RAID级别RAID0,RAID1 没有容错设计的条带硬盘阵列,以条带
20、条带形式形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中 又称镜像镜像(Mirror),数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘RAID0RAID1EDCBAEDCBAABCDE=数据数据LHDKGCJFBIEAAB C D EF G HRAID级别 RAID3,RAID5P4A3A2A1A0B4P3B2B1B0C4C3P2C1C0D4D3D2P1D0E4E3E2E1P0异或运算A0 B0 C0 D0 A1 B1 C1 E1 A2 B2 D2数据D0C0B0A0D1C1A1B1D2C2A2B2PDPCPAPBABCD异或运算数据盘校验盘 带有校验的并行数据传输阵列,数据条带化分布在数据盘中,同时使用专用校验
21、硬专用校验硬盘盘存放校验数据 与RAID 3机制类似,但校验数据均匀分布在各数据硬盘上,RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息,数据块和对应的校验信息保存在不不同硬盘同硬盘上。RAID 5是最常用的RAID方式之一RAID3RAID5RAID级别 RAID 6原理示例 A1A3A2A4A7A10A8A5A9A13A6A15A11A12A16异或运算A1A2A3A4A5A6A7A9横向校验盘:P1P4为各个数据盘中横向数据横向数据的校验信息例:P1=A1 XOR A2 XOR A3 XOR A4斜向校验盘:DP1DP4为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据斜向数据的校验信息例:DP1=A1 XOR
22、 A6 XOR A11 XOR A16P1P2P3P4横向校验盘横向校验盘斜向校验盘斜向校验盘数据盘数据盘A8DP1DP2DP3DP4A14DP5RAID组合级别 RAID 10,RAID50 将镜像和条带进行两级组合的RAID级别,第一级是第一级是RAID1镜像对,第二级为第二级为RAID 0。RAID10也是一种应用比较广泛的RAID级别 将RAID5和RAID 0进行两级组合的RAID级别,最低一级是最低一级是RAID 5,第二级第二级为为RAID 0RAID1RAID1RAID0RAID5RAID5RAID0AB C D EF G HP13F1A2P02A1A0B2B1P01B0P03
23、C1C0P00A0B0D0E0 A1C0D1F0B1C1D2P12D1D0E2E1P11E0F0P10硬盘0硬盘1硬盘2硬盘3硬盘4硬盘5异或运算LHDKGCJFBIEA常见常见RAIDRAID级别的比较级别的比较RAID级别级别RAID0RAID1RAID5RAID6RAID10可靠性最低高较高最高高冗余类型无镜像冗余校验冗余校验冗余镜像冗余可用空间100%50%(N-1)/N(N-2)/N50%性能最高最低较高较高高物理硬盘存储池PoolChunkCKG主机看见LUN多种类型硬盘同时存放于存储池每个硬盘空间被切分成精细粒度的块Chunk(64MB)来自不同硬盘上的Chunk组成CKGLUN
24、可在短时间内创建成功,无需预先分配资源ExtentCKG被切分成更细粒度的空间(256KB64MB)分级不分级Vloume不分级多个Extent组成Volume华为RAID2.0+: 两层虚拟化1 1Click to add TitleClick to add Title4 4Click to add TitleClick to add TitleClick to add TitleClick to add Title2 2存储基础知识存储基础知识存储产品系统及软件概述存储产品系统及软件概述存储业界主要厂商介绍存储业界主要厂商介绍3 3存储基本解决方案介绍存储基本解决方案介绍目录控控制框制框硬
25、硬盘盘扩扩展框展框=+控控制框和硬盘框分制框和硬盘框分离离存储阵列系存储阵列系统统控控制器和硬盘框一制器和硬盘框一体体硬盘框硬盘框控制器模块控制器模块=+存储阵列系存储阵列系统统n概述:存储阵列是把多个硬盘组成一个阵列,当作单一硬盘使用,它将数据以分段(概述:存储阵列是把多个硬盘组成一个阵列,当作单一硬盘使用,它将数据以分段(striping)的方式储存在不)的方式储存在不同硬盘中,存取数据时,阵列中的相关磁盘一起动作,大幅减低数据存取时间,同时有更佳的空间利用率。常同硬盘中,存取数据时,阵列中的相关磁盘一起动作,大幅减低数据存取时间,同时有更佳的空间利用率。常见阵列形式(以华为为例),主要有
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