目錄

■存儲基礎

▲存儲系統層次結構

▲存儲介質選擇

▲硬盤接口

■傳統RAID技術

▲RAID數據組織及存取方式

▲RAID熱備與重構

▲常用RAID技術

■RAID2.0技術

▲RAID2.0技術優勢

■網絡存儲體系DAS/NAS/SAN

▲DAS (Direct Attached Storage)

▲FC SAN (Fiber Channel Storage Area Network)

▲IP SAN (IP Storage Area Network)

▲NAS(Network Attached Storage)

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■存儲基礎

▲存儲系統層次結構

存儲體系結構如下圖，分為寄存器、高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。

▲存儲介質選擇

機械硬盤的連續讀寫性很好，但隨機讀寫性能很差。因為磁頭移動至正確的磁道上需要時間，隨機讀寫時，磁頭不停的移動，時間都花在了磁頭尋道上，所以性能不高。

隨機讀寫頻繁的應用：小文件存儲（圖片）、數據庫、郵件服務器（關注IOPS）順序讀寫頻繁的應用：視頻監控、視頻編輯（關注吞吐量）

▲硬盤接口

串行外設接口(Serial Peripheral Interface，SPI)是一種同步外設接口，它可以使單片機與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。

機械硬盤接口：IDE、SATA、SAS、SCSI、FC,其中SATA和SAS目前應用最廣。

固態硬盤接口：M.2、U.2、SATA、mSATA、SAS、PCIE，其中家用級M.2接口應用很廣，企業級固態一般采用U.2、SAS和PCIE接口。

■傳統RAID技術

RAID(Redundant Array of Independent Disks)即獨立磁盤冗余陣列，RAID技術將多個單獨的物理硬盤以不同的方式組合成一個邏輯硬盤，從而提高了硬盤的讀寫性能和數據安全性。

▲RAID數據組織及存取方式

分塊：將一個分區分成多個大小相等的、地址相鄰的塊，這些塊稱為分塊，它是組成條帶的元素。

條帶深度：由一個或者多個分塊構成。

條帶：同一磁盤陣列中的多個磁盤驅動器上的相同“位置”（或者說是相同編號）的分塊。

▲RAID熱備與重構

熱備（HotSpare）：當冗余的RAID組中某個硬盤失效時，在不影響當前RAID系統的正常使用的情況下，用RAID系統中的備用硬盤自動頂替失效硬盤，及時保證RAID系統的冗余性。

熱備一般分為兩種：

全局式：備用硬盤為系統中所有的冗余RAID組共享

專用式：備用硬盤為系統中某一組冗余RAID組專用

▲常用RAID技術

在RAID基礎上可以按照不同容量創建邏輯卷，通過LUN（Logic Unit Number）來標識。

• RAID 0

沒有容錯設計的條帶硬盤陣列，以條帶形式將RAID組的數據均勻分布在各個硬盤中。

裸容量：12塊*2T=24T

有效容量：RAID0(12塊*2T)=24T

最少2塊，不允許壞硬盤。

• RAID 1 又稱鏡像（Mirror）

數據同時一致寫到主硬盤和鏡像硬盤。

裸容量：12塊*2T=24T

有效容量：RAID1(12塊*2T)=12T

最少2塊，最多允許壞一半硬盤。

• RAID 3

帶有校驗的并行數據傳輸陣列，數據條帶化分布在數據盤中，同時使用專用校驗硬盤存放校驗數據。

裸容量：12塊*2T=24T.

有效容量：RAID5(N-1)=22T

最少3塊，允許壞1塊硬盤。

• RAID 5

與RAID3機制類似，但校驗數據均勻分布在各數據硬盤上，RAID成員硬盤上同時保存數據和校驗信息，數據塊和對應的校驗信息保存在不同硬盤上。RAID5是最常用的RAID方式之一。

RAID3和RAID5均采用奇偶校驗。

• RAID6

• RAID 10

將鏡像和條帶進行兩級組合的RAID級別，第一級是RAID1鏡像對，第二級為RAID0。RAID 10也是一種應用比較廣泛的RAID級別。

• RAID 50

將RAID5和RAID0進行兩級組合的RAID級別， 最低一級是RAID5，第二級為RAID0。

RAID級別	RAID?0	RAID1	RAID5	RAID6	RAID10
可靠性	最低	高	較高	高	高
冗余類型	無	鏡像冗余	校驗冗余	校驗冗余	鏡像冗余
空間利用率	100%	50%	(N-1)/N	(N-2)/N	50%
性能	最高	最低	較高	較高	高
允許壞盤數量	0	N/2	1	2	N/2

有幾塊校驗盤，就最多允許壞幾塊盤。

■RAID2.0技術

▲RAID2.0技術優勢

快速重構：在傳統RAID的重構中，故障盤的數據只能向一個熱備盤上重構寫。在RAID2.0的重構中，由于熱備空間是分散在多個盤上的，避免了對單熱備盤的寫瓶頸，因此重構速度很快。

硬盤負載均衡：LUN的數據被均勻分散到陣列內所有的硬盤上，可以防止局部硬盤過熱，提升可靠性。

最大化盤資源利用率

• 性能上：LUN基于資源池創建，多盤讀寫，LUN的讀寫性能大大提升。
• 容量上：資源池中的硬盤數量不受限于RAID級別，免除傳統RAID環境下有些RAID組空間利用率高而有些RAID組空間利用率低的狀況，并借助智能精簡配置，提升硬盤的容量利用率。

提升存儲管理效率：基于RAID2.0技術，無需花費過多的時間做存儲預規劃，只需簡單地將多個硬盤組合成存儲池，設置存儲池的分層策略，從存儲池劃分LUN即可；當需要擴容存儲池，只需插入新的硬盤，系統會自動的調整數據分布，讓數據均衡的分布到各個硬盤上；當需要擴容LUN時只需輸入想要擴容的LUN大小，系統會自動從存儲池中劃分所需的空間，并自動調整LUN的數據分布，使得LUN數據更加均衡的分布到所有的硬盤。

■網絡存儲體系DAS/NAS/SAN

▲DAS (Direct Attached Storage)

背景：用戶最早因為數據量的增多而產生存儲的需求，從而產生最早最簡單的存儲架構直連附加存儲DAS。

連接方式：FC、SCSI、SAS

訪問方式：直連式存儲與服務器主機之間的連接通道通常采用SCSI連接。

鏈路速率：20MB/s、40MB/s、80MB/s、320M/s

提供快照、備份等功能。

▲FC SAN (Fiber Channel Storage Area Network)

背景：為解決DAS擴展性差的問題，將存儲設備網絡化，可以同時連接上百臺服務器。

連接方式：FC光纖，使用專用的FC交換機【2G/4G/8G/16G】

訪問方式：后端一臺存儲設備的存儲空間可以劃分為多個LUN，每一個LUN只能屬于一臺前端服務器。

鏈路速率：2Gbps、4Gbps、8Gbps

提供快照、容災等高級數據保護功能。

▲IP SAN (IP Storage Area Network)

時間：2001年

背景：為解決FC-SAN在價格及管理上的諸多門坎而產生連接方式：采用以太網作為連接鏈路，以太網交換機。

訪問方式：后端一臺存儲設備的存儲空間可以劃分為多個LUN，每一個LUN只能屬于一臺前端服務器。

鏈路速率：1Gbps、10、40、100Gbps

提供快照、容災等高級數據保護功能。

iSCSI被看好的原因

1. 可以采用非常成熟的IP網絡管理工具和基礎建設；
2. IP網絡使用普遍，可為企業節省大筆建設、管理及人事成本。

▲NAS(Network Attached Storage)

背景：網絡飛速發展，大量數據需要共享和交換，出現專用的NAS存儲設備，成為數據共享與交換的核心。

訪問方式：多臺前端服務器共享后端存儲設備，后端NAS設備上的存儲空間通過CIFS(window 系統）、NFS（Linux系統）協議共享給前端主機，可同時對同一目錄或文件進行并發讀寫。

文件系統位于后端存儲設備。

鏈路速率：1Gbps、10Gbps

至此，本文的內容就結束了。