HC1109102-HCNA-Storage V2-BSSN-第二章 存儲與應(yīng)用環(huán)境

修訂記錄課程編碼適用產(chǎn)品產(chǎn)品版本課程版本ISSUEHC1109102V2.0開發(fā)/優(yōu)化者時間審核人開發(fā)類型（新開發(fā)/優(yōu)化）翟柏清2013.07新開發(fā)本頁不打印HC1109102

存儲與應(yīng)用環(huán)境學(xué)習(xí)完本課程后，您將能夠：了解存儲的應(yīng)用環(huán)境了解機械硬盤以及SSD硬盤結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)原理了解主機應(yīng)用環(huán)境目標

目錄存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲介質(zhì)主機與應(yīng)用主機的內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境主機內(nèi)部I/O流程各個環(huán)節(jié)共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)存儲的內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境。文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動存儲設(shè)備上層業(yè)務(wù)應(yīng)用操作系統(tǒng)I/O請求調(diào)用接口地址映射SCSI指令傳統(tǒng)內(nèi)置存儲遇到的問題硬盤成為整個系統(tǒng)的性能瓶頸有限的硬盤槽位，難滿足大容量需求單個硬盤存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可靠性難以保證存儲空間利用率低本地存儲，數(shù)據(jù)分散，難以共享可擴展性不夠總線結(jié)構(gòu)，而非網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可連接的設(shè)備受到限制增加容量時，需停機傳統(tǒng)內(nèi)置存儲接口接口接口處理器硬盤內(nèi)存硬盤網(wǎng)絡(luò)存儲應(yīng)用環(huán)境網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)各層構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，決定了數(shù)據(jù)存儲的可靠性、性能和安全性。主機、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接存儲設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

目錄存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲介質(zhì)2.1 機械硬盤2.2SSD硬盤主機與應(yīng)用機械硬盤的結(jié)構(gòu)盤片主軸接口磁頭組件控制電路磁頭驅(qū)動機構(gòu)機械硬盤的磁頭技術(shù)機械部分電子部分盤片主軸驅(qū)動磁頭盤片磁性材料電纜線圈SN被磁化的粒子盤片的功能分布磁頭磁頭臂磁頭在不同位置啟停區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)盤片主軸盤片的邏輯結(jié)構(gòu)磁道Track柱面Cylinder扇區(qū)Sector磁頭Head0號磁頭1號磁頭2號磁頭3號磁頭4號磁頭5號磁頭0號磁道1號磁道0號柱面1號柱面硬盤主要參數(shù)硬盤容量（Volume）轉(zhuǎn)速（Rotationalspeed）緩存（Cache）硬盤容量轉(zhuǎn)速平均訪問時間平均訪問時間由以下兩項構(gòu)成：平均尋道時間（AverageSeekTime）平均等待時間（AverageLatencyTime）尋道時間DiscTracksSeek等待時間DataBlockLatency數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率（DataTransferRate）內(nèi)部傳輸率(InternalTransferRate)外部傳輸率(ExternalTransferRate)DiscTracksSeekInternalExternal硬盤IOPS和ThroughputIOPSIOPS(Input/OutputPerSecond)即每秒的輸入輸出量(或讀寫次數(shù))，是衡量磁盤性能的主要指標之一。ThroughputThroughput吞吐量,指單位時間內(nèi)可以成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量。對于大量順序讀寫的應(yīng)用，如電視臺的視頻編輯，視頻點播VOD(VideoOnDemand)，則更關(guān)注吞吐量指標。硬盤常用接口——ATA接口ATA(Advanced

Technology

Attachment)高級技術(shù)附加裝置ATA硬盤也經(jīng)常稱為IDEIntegrated

Drive

Electronics硬盤ATA接口為并行ATA技術(shù)硬盤常用接口——SCSI接口SCSI(SmallComputerSystemInterface)小型計算機系統(tǒng)接口。硬盤常用接口——SATA接口SATA：SerialATA(SerialATA)串行ATASATA采用串行方式進行數(shù)據(jù)傳輸，接口速率比IDE接口高，最低為150MBps，并且第二代（SATAⅡ）300MBps接口硬盤已經(jīng)形成商用，規(guī)劃內(nèi)的最高速率可達600MBpsSATA硬盤采用點對點連接方式，支持熱插拔，即插即用硬盤SAS接口SAS(SerialAttachedSCSI)

串行連接SCSISAS是一種點對點、全雙工、雙端口的接口SAS專為滿足高性能企業(yè)需求而設(shè)計，實現(xiàn)與SATA的互操作，為企業(yè)用戶帶來前所未有的靈活性和低成本速率每路600MSAS具有高性能、高可靠性、強大的擴展性能FC硬盤采用FC-AL(FiberChannelArbitratedLoop）光纖通道仲裁環(huán)FC-AL是一種雙端口的串行存儲接口FC-AL支持全雙工工作方式FC-AL利用類似SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環(huán)拓撲結(jié)構(gòu)，一個控制器能訪問126個硬盤硬盤常用接口——FC接口硬盤常用接口——NLSASNLSAS采用SAS接口、SATA盤體，也叫近線SAS。類別時效性容量性能訪問速度成本在線即時服務(wù)小高快高近線非即時的較大低較快低離線大低慢低SAS、NL-SAS與SATA的應(yīng)用比較SASNL-NASSATA優(yōu)勢高可能性高性能原生支持SCSI支持雙端訪問高級容錯技術(shù)原生支持SCSI支持雙端訪問高級容錯技術(shù)大容量低功耗大容量低功耗推薦場景業(yè)務(wù)量大訪問頻率較高以小數(shù)據(jù)塊居多數(shù)據(jù)較為離散的高/中端用戶更適合大數(shù)據(jù)塊業(yè)務(wù)壓力不大的用戶使用適合大數(shù)據(jù)塊業(yè)務(wù)壓力不大的用戶使用

目錄存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲介質(zhì)2.1機械硬盤2.2SSD硬盤主機與應(yīng)用SSD簡介SSD硬件結(jié)構(gòu)原理無高速旋轉(zhuǎn)部件，性能高，功耗低多通道并發(fā)，通道內(nèi)Flash顆粒復(fù)用時序支持TCQ/NCQ，一次響應(yīng)多個IO請求典型響應(yīng)時間低于0.1msDDR內(nèi)存?zhèn)溆秒娫碨AS接口FLASH6Gbps多通道并發(fā)SSD控制器SSD架構(gòu)框圖SSD性能優(yōu)勢響應(yīng)時間短機械硬盤的機械特性導(dǎo)致大部分時間浪費在尋道和機械延遲上，數(shù)據(jù)傳輸效率受到嚴重制約。讀寫效率高機械硬盤在進行隨機讀寫操作時，磁頭不停地移動，導(dǎo)致讀寫效率低下，而SSD通過內(nèi)部控制器計算出數(shù)據(jù)的存放位置，直接進行存取操作，故效率高。SSD技術(shù)性能優(yōu)勢VSIP/FCSAN傳統(tǒng)HDD存儲系統(tǒng)SSD存儲系統(tǒng)尋道時間I/OI/O機械延遲時間SSD功耗優(yōu)勢2塊250塊20004000SSDFCHDD約400倍100K讀IOPS功耗對比熱圖對比功耗(W)SSD硬盤機械硬盤SSD的環(huán)境適應(yīng)優(yōu)勢SSD不含高速旋轉(zhuǎn)的機械結(jié)構(gòu)部件，可經(jīng)得住嚴苛的環(huán)境考驗，以華為SSD硬盤為例：HSSD可承受振動加速度16.4G，機械硬盤一般為0.5G以下HSSD抗沖擊1500G，機械硬盤一般為70G左右HSSD使用專用設(shè)備做過如下測試：靜壓試驗、跌落試驗、隨機振動試驗、沖擊試驗、碰撞試驗SSD在存儲中的應(yīng)用訪問頻率

數(shù)據(jù)分布ACBSSD介質(zhì)

FC/SAS磁盤

SATA/NL-SAS/磁帶

A級應(yīng)用：以高并發(fā)隨機讀寫為主，如數(shù)據(jù)庫應(yīng)用；B級應(yīng)用：順序讀寫的大容量文件、圖片、流媒體等；C級應(yīng)用：已備份數(shù)據(jù)為主，或極少使用的數(shù)據(jù)。

目錄存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲介質(zhì)主機與應(yīng)用3.1 主機硬件系統(tǒng)3.2主機軟件系統(tǒng)3.3 主機管理主機核心組件CPU存儲設(shè)備I/O設(shè)備CPU的組成CPU由運算器、控制器和寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成。存儲器運算器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)信號控制信號CPU的指令集CICS指令集IntelX86架構(gòu)的CPURISC指令集PowerPC處理器、SPARC處理器EPIC指令集Intel的安騰ItaniumCPUCPU的指令集CICS指令集IntelX86架構(gòu)的CPURISC指令集PowerPC處理器、SPARC處理器EPIC指令集Intel的安騰ItaniumCPU內(nèi)存分類SDRDDRDDR2DDR3存儲設(shè)備硬盤磁帶光盤硬盤：是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成磁帶：是一種用于記錄聲音、圖像、數(shù)字或其他信號的載有磁層的帶狀材料，是產(chǎn)量最大和用途最廣的一種磁記錄材料光盤：光盤以光信息做為存儲物的載體軟盤：軟盤的讀寫通過軟盤驅(qū)動器完成Flash存儲：一種不揮發(fā)的內(nèi)存器件軟盤Flash存儲I/O設(shè)備用戶－主機主機－主機主機－外存什么是總線?計算機總線是計算機內(nèi)部各個組件之間，或者在不同的計算機之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓餐?。CPU緩存內(nèi)存南橋I/O控制器網(wǎng)絡(luò)適配器存儲網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)總線主機總線I/O總線北橋什么是PCI-E總線?Intel在2001年春季的IDF上，正式公布了旨在取代PCI總線的第三代I/O技術(shù)，最后卻被正式命名為PCI-Express，Express意思是高速、特別快的意思。PCI-E的優(yōu)勢熱挺拔熱交換雙通道高速率兼容PCI多點虛擬通道點對點獨享帶寬優(yōu)勢

目錄存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲介質(zhì)主機與應(yīng)用3.1 主機硬件系統(tǒng)3.2主機軟件系統(tǒng)3.3 主機管理邏輯卷管理器邏輯卷管理器（LogicalVolumeManage,LVM）邏輯卷（LogicalVolume）卷組（VolumeGroup）物理卷（PhysicalVolume）LVLVPVPVPVVG文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)：是指把文件存儲于硬盤時所必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及硬盤數(shù)據(jù)的管理方式。

文件分區(qū)表文件地址文件地址主機：文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)文件系統(tǒng)功能文件系統(tǒng)功能管理空間文件名映射文件操作文件共享存儲方法操作系統(tǒng)的主要功能進程管理（Processingmanagement）內(nèi)存管理（Memorymanagement）網(wǎng)絡(luò)通訊（Networking）安全機制（Security）用戶界面（Userinterface）驅(qū)動程序（Devicedrivers）主機存儲應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用接口硬盤文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動FC網(wǎng)卡FC驅(qū)動網(wǎng)卡驅(qū)動存儲設(shè)備主機

目錄存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲介質(zhì)主機與應(yīng)用3.1 主機硬件系統(tǒng)3.2主機軟件系統(tǒng)3.3 主機管理IPMIIPMI是智能型平臺管理接口（IntelligentPlatformManagementInterface）的縮寫，是管理基于Intel結(jié)構(gòu)的企業(yè)系統(tǒng)中所使用的外圍設(shè)備采用的一種工業(yè)標準。1998年Intel、DELL、HP及NEC共同提出IPMI規(guī)格2001年IPMI從1.0版改版至1.5版2004年Intel發(fā)表了IPMI2.0的規(guī)格IPMI的工作原理IPMI的核心是一個專用芯片/控制器(叫做服務(wù)器處理器或基板管理控制器(BMC))，其并不依賴于服務(wù)器的處理器、BIOS或操作系統(tǒng)來工作，是一個單獨在系統(tǒng)內(nèi)運行的無代理管理子系統(tǒng)。CPU內(nèi)存BMC主板BMCIP查看登錄BMC配置界面虛擬媒體虛擬媒體功能將客戶端的物理光驅(qū)或是ISO文件虛擬成服務(wù)器的內(nèi)置光驅(qū)來使用。服務(wù)器系統(tǒng)啟動選項系統(tǒng)第一啟動設(shè)備選項信息，包括：硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)/可拔插移動設(shè)備、PXE(Pre-bootExecutionEnvironment)及未配置。該設(shè)置為一次生效，系統(tǒng)在下次啟動后該設(shè)置將失效。管理網(wǎng)口配置遠程控制服務(wù)器上下電

思考題硬盤的主要構(gòu)件有哪些？固態(tài)硬盤有哪些優(yōu)勢？常見的文件系統(tǒng)有哪些？

總結(jié)存儲的應(yīng)用環(huán)境機械硬盤與SSD硬盤結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)原理主機應(yīng)用環(huán)境機架服務(wù)器刀片服務(wù)器高密服務(wù)器參考架構(gòu)及解決方案1U2SRH12882U2SRH22852U2SRH22882U4SRH24852U4SRH24884U4SRH58858U8SRH5885刀片服務(wù)器E6000融合架構(gòu)刀片服務(wù)器E90002U2/4NodesX600044U8