【课程条记】华为 HCIA-Cloud Computing 云盘算03：存储技能底子

存储技能底子

目次
存储技能底子
一、存储底子先容
1. 什么是存储
2. 存储发展进程
3. 主流硬盘范例
4. 存储组网范例
5. 存储形态简介
二、存储关键技能
1. RAID技能
2. 存储协议

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一、存储底子先容

1. 什么是存储

什么是存储：存储数据，如硬盘、内存条、光盘、U盘
在云盘算当中存储：存储介质、存储网络、存储体系、存储办理方案等
（1）在线存储：2个月内访问频率比力高的数据
（2）近线存储：2个月-2年的时间内访问频率的数据
（3）离线存储：2年大概2年以上都不访问的数据
2. 存储发展进程

存储发展进程
（1）1950s传统存储
（2）1980s外挂存储
（3）1990s存储网络
（4）本世纪分布式存储、云存储

存储发展进程-从附属于服务器到剥离成独立体系
（1）硬盘在服务器内部，范围性：

• 硬盘成为体系性能瓶颈
  
• 有限硬盘槽位，容量小
  
• 单硬盘存放数据，可靠性差
  
• 存储空间利用率低
  
• 本地存储，数据分散
  

（2）外部硬盘阵列
在逻辑上把几个物理磁盘串联在一起，其目标纯粹是为了增长磁盘的容量
办理标题：有限磁盘操槽位，容量小
（3）智能硬盘阵列
控制器中包罗RAID功能、大量Cache，同时使得磁盘阵列具有多种实用的功能，如进步数据的读写性能、数据的安全性等
办理标题：硬盘成为体系性能瓶颈；有限硬盘槽位，容量小；单硬盘存放数据，可靠性差，读写性能低

存储发展进程-从独立体系到网络共享存储
文件体系：利用硬盘前须要格式化的，格式化后才华利用，格式化硬盘的过程中安装上文件体系，文件体系提供了用户能够访问的界面
（1）SAN：文件体系在服务器上，提供LUN逻辑卷给服务器利用
（2）NAS：存储装备中就已经将LUN格式化并安装文件体系，通过访问存储装备的地点，利用NAS所提供的存储空间（共享文件夹）
办理标题：硬盘成为体系性能瓶颈；有限硬盘槽位，容量小；单硬盘存放数据，可靠性差，读写性能低；存储空间利用率低；数据无法共享
3. 主流硬盘范例

（1）机器硬盘的内部布局：接口、主板、磁头臂、磁头、主轴、盘片(盘片的布局：磁道、扇区)
（2）数据读写过程：接口--主板--磁头臂--盘片--磁道--扇区
（3）硬盘关键指标：

• 磁盘容量
  
• 转速(机器硬盘指标)
  
• 均匀访问时间=均匀寻道(磁道)时间+均匀等待时间
  
• 数据传输率
  
• IOPS
  

4. 存储组网范例

DAS存储简介
（1）配景：用户最早由于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DAS”
（2）毗连方式：FC(光纤)、SCSI、SAS
（3）访问方式：直连式存储与服务器主机之间的毗连通道通常采取SAS毗连
（4）提供快照、备份等功能

NAS存储简介
（1）配景：网络飞速发展，大量数据须要共享和交换，出现专用的NAS存储装备，成为数据共享与交换的焦点
（2）访问方式：多台前端服务器共享后端存储装备，后端NAS装备上的存储空间通过CIFS、NFS协议共享给前端主机，可同时对同一目次或文件举行并发读写
（3）文件体系位于后端存储装备
（4）NAS：网络附加存储，是一种将分布、独立的数据举行整合，会合化管理，以便于对不同主机和应用服务器举行访问的技能
（5）LUN逻辑卷，将LUN格式化并安装文件体系，再通过以太网接口提供给用户利用

SAN存储简介
（1）SAN：存储区域网络，是通过专用高速网将一个或多个网络存储装备和服务器毗连起来的专用存储体系
（2）FC-SAN简介

• 配景：为办理DAS扩展性差的标题，将存储装备网络化，可以同时毗连上百台服务器
  
• 毗连方式：FC光纤，利用专用的FC交换机
  
• 访问方式：后端一台存储装备的存储空间可以分别为多个LUN，供前端服务器利用
  
• 提供快照、容灾等高级数据掩护功能
  

（3）IP-SAN简介

• 配景：为办理FC-SAN在代价及管理上的诸多门槛而产生
  
• 毗连方式：采取以太网作为毗连链路，以太网交换机
  
• 访问方式：后端一台存储装备的存储空间可以分别为多个LUN，供前端服务器利用
  
• 提供快照、容灾等高级数据掩护功能
  
• iSCSI被看好的原因：可以采取非常成熟的IP网络管理工具和底子创建；IP网络利用普遍，可为企业节流大笔创建、管理及人事资本
  

三种存储组网总结对比
（1）DAS

• 传输范例：SCSI、FC、SAS
  
• 数据范例：块级
  
• 典范应用：任何
  
• 长处：易于明白，兼容性好
  
• 缺点：难管理，扩展性有限，存储空间利用率不高
  

（2）NAS

• 传输范例：IP
  
• 数据范例：文件级
  
• 典范应用：文件服务器
  
• 长处：易于安装，资本低
  
• 缺点：性能较低，对某些应用不适合
  

（3）SAN
FC-SAN

• 传输范例：FC
  
• 数据范例：块级
  
• 典范应用：数据库应用
  
• 长处：高扩展性、高性能、高可用性
  
• 缺点：较昂贵，设置复杂，组网兼容性标题
  

IP-SAN

• 传输范例：IP
  
• 数据范例：块级
  
• 典范应用：视频监控
  
• 长处：高扩展性，资本低
  
• 缺点：性能较低
  

5. 存储形态简介

会合式存储：全部数据会合在一个存储体系中
（1）会合式存储体系，即整个存储是会合在一个体系中的。企业级的存储装备一样寻常都是会合式存储。但会合式存储并不是一个单独的装备，是会合在一套体系当中的多个装备
以华为公司的存储为例，整个存储体系大概须要几个机柜来存放。会合式存储技能架构可以分别为SAN和NAS，此中SAN又可以细化为FC-SAN、IP-SAN
（2）会合式存储最大的特定就是摆设布局简单，无需考虑如何对服务举行多个节点的摆设，也就不消考虑多个节点之间的分布式协作标题
（3）华为会合式存储中的一个控制框只能控制32个硬盘框，存储体系上限24个控制框

分布式存储：也是一个存储体系，由多台服务器组合而来，存储性能会比力高
（1）分布式存储体系，是将数据分散存储在多台独立的服务器上。分布式网络存储体系采取可扩展的体系布局，利用多台存储服务器分担存储负荷，它不但进步了体系的可靠性、可用性和存取服从，还易于扩展。随着分布式存储越来越普及，现在一些对性能要求比力高的应用也开始利用分布式存储，比如金融体系的数据库

存储业务范例
（1）块存储

• 协议层：iSCSI/FC
  
• 直接访问，开销最小，服从最高
  
• 资本高，扩展困难
  
• 场景：企业数据库，Oracle等
  

（2）文件存储

• 协议层：NFS/CIFS
  
• 更易管理，更易与应用对接
  
• 具备一定扩展性，但限定较多
  
• 场景：企业内部应用整合，文件共享等
  

（3）对象存储

• 协议层：HTTP/REST/S3
  
• 对象桶用于存放对象的一个空间，没有巨细限定；对象，包罗了Key、数据、元数据、ID等其他信息
  
• 布局扁平，近乎无穷的容量扩展
  
• 更加智能的自管理特性
  
• 业界尺度互联网协议，跨地区传输本事
  
• 场景：面向互联网服务的存储，归档、备份等
  

二、存储关键技能

1. RAID技能

RAID的根本概念
磁盘阵列，将多个硬盘组合成一个逻辑硬盘，进步了存储性能和冗余功能(安全性/可靠性)
独立磁盘冗余阵列，RAID技能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，从而进步了硬盘的读写性能和数据安全性

RAID的组合
根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别：
（1）RAID 0：数据条带化，无校验
   先写满一个分条，再写下一个分条
  最少须要两块硬盘构成，性能方面是最好的，但是不答应出现故障硬盘，否则数据彻底丢失
  （2）RAID 1：数据镜像，无校验
   最少须要两块硬盘构成，安全性方面是最好的，空间上的利用率比力低，答应N-1块硬盘的破坏出现
  （3）RAID 3：数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘
   数据安全性得到进步而且存储性能也得到了提升，最少须要三块硬盘构成，答应故障硬盘数量只有一块
  （4）RAID 5：数据条带化，校验信息分布式存放
   数据安全性得到进步而且存储性能也得到了提升，最少须要三块硬盘构成，答应故障硬盘数量只有一块
  （5）RAID 6：数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
   RAID 6 DP工作原理
  DP：就是在RAID 3所利用的一个行XOR校验硬盘的底子上又增长了一个硬盘用于存放斜向的XOR校验信息硬盘(横向校验盘为各个数据盘中横向数据的校验信息；斜向校验盘为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据校验信息)
  
  基于RAID 3的横向校验盘的底子上再加入一个斜向校验盘，就提供了两级冗余掩护，最少须要4块硬盘构成，答应出现的故障硬盘数量两块
  提供性能方面提供和数据安全性的提供，但是做XOR是相对而比力斲丧性能的，平凡场景下是不会利用RAID 6
  （6）RAID 2.0技能先容
   传统RAID技能
  

• 业务克制风险高
  
• 业务规复时间长
  
• 存储体系存在性能瓶颈
  

  
  RAID 2.0：增强型RAID技能，有效办理了机器硬盘容量越来越大，重构一块机器硬盘所需时间越来越长，传统RAID组重构窗口越来越大而导致重构期间又故障一块硬盘而彻底丢失数据风险的标题
  

• 硬盘数据负载平衡
  
• 坏盘数据快速规复
  
• 数据快速读写
  

  硬盘域--存储池--热备空间--LUN--CK--CKG--Extent
  

• 硬盘域：一种大概多种硬盘范例构成，可以创建多个硬盘域，硬盘域之间相互隔离
  
• CK：将硬盘域中的空间分别为多个巨细的物理空间CK，利用块级假造化技能实现
  
• 存储池：由一种大概多种不同的CK构成，可以创建多个存储池
  
• CKG：存储池中类似范例CK构成，根据RAID计谋(RAID级别)组合出来
  
• Extent：会将CKG再次分别，分别为更小的单位Extent逻辑空间，默认4MB
  
• LUN：逻辑卷，由一种大概多种范例的Extent构成的，映射给主机用于数据读写
  

  
  RAID 2.0+：在RAID 2.0的底子上提供了更细粒度(可以达几十KB粒度)的资源颗粒，形成存储资源的尺度分配及采取单位，类似盘算假造化中的假造机，我们称之为假造块技能
  
  华为RAID 2.0+：是华为针对传统RAID的缺点，操持的一种满意存储技能假造化架构发展趋势的全新的RAID技能，其传统固定管理模式为两层假造化管理模式，在底层块级假造化硬盘管理的底子之上，通过一系列Smart服从提升软件，实现了上层假造化的高效资源管理
  同时采取两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别：
（1）RAID 0+1：先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像
（2）RAID 10：类似于RAID 0+1，区别在于先做RAID 1，后做RAID 0

• 性价比，利用方面会更加便捷
  

（3）RAID 50：先做RAID 5，后做RAID 0，能有效进步RAID 5的性能

RAID的数据组织情势
硬盘的条带化：将硬盘空间按照设定的巨细分为多个条带，数据写入时也按照条带的巨细来分别数据模块
（1）条带：硬盘中单个大概多个一连的扇区构成一个条带，是构身分条的元素
（2）分条：同一硬盘阵列中的多硬盘驱动器上的类似“位置”(大概说是类似编号)的条带
（3）分条深度：分条的存储容量巨细

RAID的数据掩护方式
方法一：镜像

• 在另一块冗余的硬盘上生存数据的副本
  

方法二：奇偶检验算法(XOR)

• XOR运算广泛地利用在数字电子和盘算机科学中
  
• XOR校验的算法，类似为假(0)，相异为真(1)
  
• 根据磁盘阵列分条中物理盘的条带做与运算，存储在校验物理盘中
  

RAID的热备和重构概念
热备的界说
（1）热备硬盘，能够在磁盘阵列运行过程中，去帮助出现故障硬盘做顶替的工作。但是是没办法长时间的替代RAID磁盘工作的，必须在有效时间更换一个全新的硬盘，也就是重构
（2）当冗余的RAID组中某一个硬盘失效时，在不干扰当前RAID体系正常利用的情况下，用RAID体系中别的一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，实时包管RAID体系的冗余性

热备一样寻常分为两种
（1）全局热备

• 备用硬盘能够提供给全部RAID体系支持顶替的工作
  
• 备用硬盘为体系中全部的冗余RAID组共享
  

（2）专用热备

• 备用硬盘只能针对某个RAID组支持顶替的工作
  
• 备用硬盘为体系中某一组冗余RAID组专用
  

2. 存储协议


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