鏡像基礎知識

1、鏡像基礎知識,目 錄,1、基本概念 2、區(qū)別：鏡像、備份、拷貝、復制、RAID1 3、存儲產品鏡像介紹 4、鏡像技術在其它廠商的應用,基本概念,為什么要用鏡像 主磁盤和鏡像磁盤 鏡像對 物理鏡像 邏輯鏡像 同步鏡像 異步鏡像 同步鏡像和異步鏡像區(qū)別,鏡像實現 RAID技術 鏡像過程 存儲虛擬化 存儲虛擬化方法 虛擬磁盤技術 鏡像層次模型,基本概念 為什么要用鏡像（一）,鏡像保護是一種軟件可用性功能，它保護數據避免由于故障或由于磁盤相關部件損壞而丟失。 系統(tǒng)在兩個獨立的磁盤單元上保存數據的兩個副本，所以數據受到保護。當磁盤相關部件發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以通過使用數據的鏡像副本繼續(xù)運行而不會中斷，直到

2、修復發(fā)生故障的部件為止。 鏡像還能提供增強的讀(寫)性能。因為讀請求服務可以從任意一個成員處提供。在許多性能度量和基準程序中，觀察到鏡像的時間開銷大約增加15到20。而一個存儲設備如果是鏡像的，它可提供的讀請求服務數目將增加一倍。,基本概念為什么要用鏡像（二）,使用磁盤鏡像增加I/O性能，異步讀取通過增加磁盤軸數量增加性能。,鏡像的異步讀取,基本概念 主磁盤和鏡像磁盤,主磁盤 客戶端正常讀寫數據的磁盤。 鏡像磁盤 主磁盤的副本。數據每次寫入主磁盤的同時，存儲控制器也會把數據寫入鏡像磁盤，因此鏡像磁盤保留了主磁盤的完整副本。,基本概念鏡像對,鏡像對：主磁盤和鏡像磁盤均連接到同一個存儲服務器，它們

3、被稱為鏡像對。 如果主磁盤發(fā)生故障，存儲服務器自動將數據訪問快速地切換到鏡像磁盤，整個過程無縫地進行，對客戶端沒有影響。,基本概念物理鏡像（一）,硬盤鏡像最簡單的形式是: 一個主機控制器帶二個互為鏡像的硬盤。 數據同時寫入二個硬盤，二個硬盤上的數據完全相同，因此一個硬盤故障時，另一個硬盤可提供數據。,硬盤鏡像簡圖,基本概念物理鏡像（二）,硬盤數據跨盤（Disk Spanning） 利用這種技術，幾個硬盤看上去像是1個大硬盤；這個虛擬盤可以把數據跨盤存儲在不同的物理盤上，用戶不需關心哪個盤上存有他需要的數據。 硬盤數據分段（Disk Striping） 數據分散存儲在幾個盤上。數據的第1段放在盤

4、0，第2段放在盤1，直至達到硬盤鏈中的最后1個盤，然后下1個邏輯段將放在硬盤0，再下1個邏輯段放在盤1，如此循環(huán)直至完成寫操作。 雙控（Duplexing） 這里指的是用2個控制器來驅動個硬盤子系統(tǒng)。個控制器發(fā)生故障，另1個控制器馬上控制硬盤操作。此外，如果編寫恰當的控制器軟件，可實現不同的硬盤驅動器同時工作。,基本概念物理鏡像（三）,容錯（Fault Tolerant） 具有容錯功能的機器有抗故障的能力。例如RAID 1鏡像系統(tǒng)是容錯的，鏡像盤中的一個出故障，硬盤子系統(tǒng)仍能正常工作。 主機控制器（Host Adapter） 指的是使主機和外設進行數據交換的控制部件（如SCSI控制器）。 熱修

5、復（Hot Fix） 指用一個硬盤熱備份來替換發(fā)生的故障的硬盤。要注意故障盤并不是真正地被物理替換了。用作熱備份的盤被加載上故障盤原來的數據，然后系統(tǒng)恢復工作。 熱補（Hot Patch） 具有硬盤熱備份，可隨時替換故障盤的系統(tǒng)。,基本概念物理鏡像（四）,熱備份（Hot Spare） 與CPU系統(tǒng)電連接的硬盤，它能替換下系統(tǒng)中的故障盤。與冷備份的區(qū)別是，冷備份盤平時與機器不相連接，硬盤故障時才換下故障盤。 平均數據丟失時間（MTBDLMean Time Between Data Loss） 發(fā)生數據丟失的事件間的平均時間。 平均無故障工作時間（MTBFMean Time Between Fai

6、lure或MTIF） 設備平均無故障運行時間。 系統(tǒng)重建（Reconstruction or Rebuild） 一個硬盤發(fā)生故障后，從其它正確的硬盤數據和奇偶信息恢復故障盤數據的過程。 恢復時間（Reconstruction Time） 為故障盤重建數據所需要的時間。,基本概念邏輯鏡像,在物理資源之上劃分成邏輯資源，在對邏輯資源作鏡像。 我司的IX1000，IV5000等產品都是物理鏡像和邏輯鏡像的雙層鏡像保護下的高可靠性存儲產品。,基本概念同步鏡像（一）,概念 當客戶端需要寫入數據時，設備會同時把數據寫入主磁盤和鏡像磁盤，因此，鏡像磁盤保留主磁盤的精確、完整的副本。,基本概念同步鏡像（二）,

7、同步鏡像I/O請求的操作流程,流程 鏡像產生一對鏡像I/O, 并將它們發(fā)往一對磁盤。 每個磁盤單獨地響應這 個請求，標有響應搜集 的進程收到來自兩個磁 盤響應后再將它們發(fā)送 給所接收的原有I/O。,性能 采用同步鏡像時，要求主磁盤和鏡像磁盤的性能相近，否則可能會影響系統(tǒng)性能。,基本概念同步鏡像（三）,IX1000同步鏡像,基本概念異步鏡像（一）,概述 當客戶端需要寫入數據時，存儲服務器先把數據寫入Cache（專用緩存資源），而不用等待主磁盤和鏡像磁盤的確認信息，然后存儲服務器把Cache里的數據寫入主磁盤和鏡像磁盤。,基本概念異步鏡像（二）,數據流 鏡像操作部分缺少了響應搜集成分，鏡像器產生的

8、I/O，并將它們發(fā)送到鏡像磁盤。,異步鏡像的數據流,基本概念異步鏡像（三）,過程 配置異步鏡像時，必須創(chuàng)建一個Cache，將其與主磁盤關聯。 完成鏡像添加后，存儲設備將同步主磁盤和鏡像磁盤，這個過程不會影響客戶端讀寫操作。 同步完成后，客戶端的數據先寫入Cache，然后這些數據在后臺被寫入到主磁盤及鏡像磁盤。如果要提供進一步的保護，也可以對Cache進行鏡像。,異步鏡像,基本概念同步鏡像與異步鏡像的區(qū)別（一）,緩存 同步鏡像無緩存 異步鏡像有緩存,基本概念同步鏡像與異步鏡像的區(qū)別（二）,速度 同步鏡像（稍慢） 數據隨機寫入 每一I/O事務需等待主磁盤和鏡像磁盤都完成，確認信息方可釋放 異步鏡像

9、（快） 數據順序寫入Cache，再由Cache隨機寫入磁盤 系統(tǒng)只需等待Cache確認信息,基本概念同步鏡像與異步鏡像區(qū)別（三）,使用場合 同步鏡像 當數據一致性對商業(yè)應用非常關鍵時，并且數據丟失去幾乎不可忍受時，適合采用同步鏡像模式。 異步鏡像 該模式適用于對速度要求比較高的場合。,基本概念同步鏡像與異步鏡像區(qū)別（四）,寫操作 同步鏡像 是指“寫”操作會同時在主磁盤和鏡像磁盤上完成。 異步鏡像 雖然同時將“寫”命令和數據同時發(fā)送給原始磁盤和鏡像磁盤，但原始磁盤的“寫”操作完成后并不需要等待鏡像磁盤完成“寫”操作，鏡像磁盤的“寫”操作可以通過數據復制進程異步完成。,基本概念鏡像實現（一）,一般

10、來說，鏡像是在硬件架構的基礎上由軟件實現 的，通常可在系統(tǒng)的三個位置上實現： 卷管理器 磁盤控制器 主機總線適配器,基本概念鏡像實現（二）,卷管理器： 作為服務器的軟件組件， 它是在文件系統(tǒng)和主機總 線適配器驅動程序之間構 架的單獨一層。 其主要目的是把服務器掛 載的物理磁盤驅動器虛擬 化，以更方便的形式提供 給文件系統(tǒng)使用。,卷管理器中實現的鏡像I/O路徑,基本概念鏡像實現（三）,磁盤控制器： 磁盤控制器除了完成數據塊的移 動、拷貝、計算等特殊功能外， 還帶有功能強大的通用處理器。 磁盤控制器是一些較大型服務器 實現數據鏡像和RAID最為常用的 位置。,在磁盤子系統(tǒng)中實現的鏡像I/O路徑,基

11、本概念鏡像實現（四）,主機總線適配器： 一些供應商開發(fā)了一種既可 以提供傳統(tǒng)主機總線適配器 的格式轉換功能，又能實現 多I/O總線接口以及RAID和數 據鏡像算法的主機總線適配 器。,主機控制器中磁盤實現的I/O路徑,基本概念RAID技術（一）,獨立冗余磁盤陣列最初叫做廉價冗余磁盤陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks），它是由多個小容量、獨立的硬盤組成的陣列，而陣列綜合的性能可以超過單一昂貴大容量硬盤（SLED）的性能。 由于是對多個磁盤并行操作，所以RAID磁盤子系統(tǒng)與單一磁盤相比它的輸入輸出性能得到了提高。服務器會把RAID陣列看成一個單一的存儲單

12、元，并對幾個磁盤同時訪問，所以提高了輸入輸出的速率。,基本概念RAID技術（二）,鏡像是在硬件架構的基礎上由軟件實現的； 兩份（或多份）數據拷貝寫入； 選擇其中一個磁盤（主磁盤）讀出數據； 具體實現根據鏡像分類不同有所區(qū)別（如物理鏡像，邏輯鏡像和同步、異步鏡像）。,基本概念鏡像過程,磁盤鏡像,基本概念存儲虛擬化,存儲虛擬化 存儲虛擬化是物理存儲的邏輯表示方法，是在服務器與存儲之間設置的一個抽象層，服務器被綁定到邏輯抽象層上。 把物理設備和服務器所能看見的存儲設備視圖分開. 提供一個統(tǒng)一的邏輯存儲空間給服務器,服務器所能看見的是一個邏輯的存儲空間,而不知道實際物理存儲設備的位置,路徑和每個設備的

13、具體特點. 存儲虛擬化的實現可以根據實現方式分三種: 基于服務器或主機 基于存儲設備 基于存儲網絡,基本概念存儲虛擬化,基于主機或服務器的存儲虛擬化實現 通常稱為邏輯卷管理(logical volume manager); 磁盤上的物理塊或邏輯單元號(LUN)被映射成邏輯卷號; 邏輯卷管理軟件把多個不同的磁盤陣列映射成一個虛擬的邏輯塊空間; 當存儲需求增加時,邏輯管理軟件能把部分邏輯空間映射到新增的磁盤陣列,因此邏輯卷管理可以在不斷運行的情況下,增加或減少物理存儲設備,基本概念存儲虛擬化方法,存儲虛擬化方法,說明： 采用不同RAID策略，將物理磁盤劃分成若干相同大小的邏輯元，通過邏輯單元構成虛

14、擬化后的邏輯資源。,基本概念虛擬磁盤技術（一）,卷的三個層次： 物理磁盤 虛擬磁盤 邏輯卷 要建立卷，首先要根據不同的RAID策略，采用一塊或者多塊物理磁盤組成虛擬盤，然后在虛擬磁盤之上劃出需要的空間建立卷。,存儲虛擬化,基本概念虛擬磁盤技術（二）,物理磁盤 是單個的物理磁盤設備，用來進行數據的讀寫。 虛擬磁盤 包含多個物理磁盤，并被作為一個實體來進行數據的讀寫。 邏輯卷（Logical Volume） 由邏輯磁盤形成的虛擬盤，也可稱為磁盤分區(qū)。,基本概念虛擬磁盤技術（三）,邏輯卷(續(xù)) 一個卷可以跨多個物理磁盤，也可以由一個或者多個虛擬磁盤組成。并且可以被終端用戶直接訪問，就好像它是一個單獨

15、的存儲設備一樣，而不用考慮虛擬磁盤的類型。用戶還隨時可以增加卷的容量。當用戶增加卷的容量時，虛擬磁盤將會賦予更多的空間給該卷。 卷鏡像技術(邏輯資源鏡像) 管理員可以在存儲服務器上為已有的生產數據卷添加鏡像，鏡像卷占用與源卷大小一樣的空間。管理員為卷創(chuàng)建鏡像后，鏡像卷會從源卷上進行數據拷貝和遷移。當源卷的數據改變時，變化也會同步地寫入到鏡像卷。當源卷發(fā)生故障時，鏡像卷會繼續(xù)工作，保持業(yè)務的連續(xù)性，反之亦然。 卷鏡像是卷這一層面的概念。 卷鏡像是對卷的鏡像，對卷的實際大小和內容進行復制，跟虛擬磁盤無關。 卷鏡像功能讓用戶可以創(chuàng)建實時的，同步的數據的物理拷貝。 用途：測試、只讀共享訪問、備份。,基

16、本概念虛擬磁盤技術（三）,基于策略的卷管理技術 當創(chuàng)建卷時，根據卷使用的方法和場合來選擇合適的策略。 主要的策略有： 基本策略 鏡像策略 條帶策略 鏡像條帶策略,基本概念虛擬磁盤技術（四）,策略特性 當你創(chuàng)建卷時，這些策略設置一些特性，這些特性包括： RAID級別支持的級別包括基本、RAID0、RAID1和RAID10 條帶成員的數量在鏡像或者條帶集中可以有2到16個成員(IX5000) 條帶成員大小條帶的每個成員的大小 強制冗余當創(chuàng)建卷時，強制策略選擇歸屬于不同磁盤控制器的磁盤，從而避免單點故障 條帶大小限制設置最小和最大的條帶大小。如果在RAID10虛擬磁盤上的空閑區(qū)域上的條帶大小多于最大

17、條帶大小，那么它將不能用于創(chuàng)建指定類型的卷。,卷鏡像功能讓用戶可以創(chuàng)建實時的，同步的數據的物理拷貝。 RAID是基于磁盤級別的拷貝，是整塊磁盤的鏡像，而且同一RAID組的磁盤必須是相同。 而卷鏡像是卷一級別的，同步的數據大小只是卷的大小，而不是整塊磁盤。而且卷鏡像可以在采用不同策略的卷之間進行。例如：可以為一個采用RAID10策略的卷加一個采用RAID0策略的鏡像。,基本概念虛擬磁盤技術（五）,物理鏡像(RAID1)和邏輯(卷)鏡像的區(qū)別,基本概念虛擬磁盤技術（六）,卷鏡像功能在實際中有很大的用途。例如要更換磁盤或者磁盤柜時，可以將卷鏡像到別的磁盤上，從而保證了部件更換操作不會中斷業(yè)務的運行。

18、 卷鏡像還可以進行剝離操作：可以為卷建立一個或者多個鏡像，然后將鏡像剝離成新的卷。這些剝離的一個或多個拷貝可以用于測試，或者作為新的數據卷的源數據，還可以設置成只讀方式供多個主機共享訪問。 一個典型的應用是鏡像卷來備份：先做一個鏡像卷，然后剝離鏡像，用鏡像出來的卷作備份的數據源。這樣，保證了數據備份隨時可以進行，而不需要影響正常的工作卷的性能,卷鏡像的作用,基本概念鏡像層次模型,物理磁盤,物理鏡像層（RAID）,邏輯抽象層,邏輯鏡像層,鏡像層次模型,邏輯卷(LUN),虛擬磁盤(磁盤陣列),目 錄,1、基本概念 2、區(qū)別：鏡像、備份、拷貝、復制、RAID1 3、存儲產品鏡像介紹 4、鏡像技術在其

19、它廠商的應用,首先了解衡量各種數據保護手段,衡量各種數據保護手段的有效指標包括RTO、RPO。 RTO（Recovery Time Object）：恢復時間目標。 是指信息系統(tǒng)從災難狀態(tài)恢復到可運行狀態(tài)所需的時間，用來衡量容災系統(tǒng)的業(yè)務恢復能力。 RPO（Recovery Point Object）：恢復點目標。 是指業(yè)務系統(tǒng)所允許的在災難過程中的最大數據丟失量，用來衡量容災系統(tǒng)的數據冗余備份能力。,區(qū)別鏡像,數據雖然存在兩個物理設備中，但是OS和邏輯層次只識別一個邏輯的設備。兩個設備中數據時刻保持同步。 鏡像也分為同步鏡像、異步鏡像。 對于軟故障要與快照技術結合，來保障RTO和RPO最小。,

20、區(qū)別備份,一般是指利用備份軟件，把數據從磁盤備份到磁帶進行離線保存。 最新的備份技術也支持磁盤到磁盤的備份，也就是把磁盤作為備份數據的存放介質，以加快數據的備份和恢復速度，即D2D。,區(qū)別拷貝,即COPY。無增量的捕捉機制，每次都要完全拷貝。 手工進行，無法自動化配置，容易出錯。 某些系統(tǒng)文件，如在線數據庫文件無法拷貝。 RTO大，RPO大。,區(qū)別 復制（一）,是指利用復制軟件把數據從一個設備復制到另一個設備或者一個設備的一個磁盤復制到另一個磁盤，生成一個數據副本。 這個數據副本是數據處理系統(tǒng)直接可以訪問的，不需要進行任何的數據恢復操作，這一點是復制與D2D備份的明顯區(qū)別。,區(qū)別復制（二）,復

21、制可以分為同步復制和異步復制。 同步、異步指的是數據同步的方式。 同步方式的安全性和時效性很好，但會影響系統(tǒng)性能和帶寬。 異步方式相對于同步方式對系統(tǒng)性能和帶寬影響較小，但安全性比同步方式稍低。 對于軟故障與快照技術結合，來保障RTO和RPO最小。,區(qū)別RAID1,RAID1是基于物理磁盤級的鏡像技術。 硬盤鏡像（RAID1）是容錯磁盤陣列技術最傳統(tǒng)的一種形式，在工業(yè)界中相對地最被了解，它最重要的優(yōu)點是百分之百的數據冗余。,RAID1,綜合區(qū)別鏡像、備份、拷貝、復制,目 錄,1、基本概念 2、區(qū)別：鏡像、備份、拷貝、復制、RAID1 3、存儲產品鏡像介紹 4、鏡像技術在其它廠商的應用,目前存儲

22、產品主要有X1000/EX1000/EX800/IV5000 IX1000 物理上可以作物理級鏡像，邏輯資源上支持同步鏡像功能 EX1000 物理上可以作物理級鏡像，邏輯資源上不支持鏡像功能 EX800 物理上可以作物理級鏡像，邏輯資源上不支持鏡像功能 IV5000(IX5000) 支持物理上的磁盤鏡像和邏輯資源上的同步和異步鏡像功能,存儲產品鏡像功能介紹產品,存儲產品鏡像功能介紹功能,卷（物理卷）都是建立在一定的RAID基礎(IX5000叫虛擬磁盤)之上，然后邏輯卷（SAN/NAS資源）又建立在物理卷之上。 IV5000的鏡像是軟件級別的RAID1，有異步鏡像（開啟了SafeCache）和同

23、步鏡像兩種。 IX1000上面的RAID管理里面的RAID是硬件級別的RAID，可以創(chuàng)建RAID0/1/10/5/1n/10n/50幾種策略的RAID，但是不能設置條帶的大小，只能夠選擇成員。 IX1000的功能和IV5000差不多（少了SafeCache等幾個功能），也可以創(chuàng)建鏡像（mirror）。 IX5000目前只支持創(chuàng)建基本策略/RAID0/RAID1/RAID10，是硬件級別的RAID，可以設置條帶大小，也可以選擇成員，策略非常靈活。,存儲產品鏡像功能介紹 IX1000鏡像介紹（一）,IX1000支持邏輯資源上的同步鏡像功能支持如下操作: 添加鏡像 查看鏡像狀態(tài) 交換鏡像 鏡像同步

24、提升鏡像磁盤 刪除鏡像,存儲產品鏡像功能介紹 IX1000鏡像介紹（二）,添加鏡像 IX1000支持為單個或多個SAN/NAS資源添加鏡像，還支持為現有的快照資源、緩存資源或者副本磁盤添加鏡像。 查看鏡像狀態(tài) 在Console上選擇已添加鏡像的某個SAN/NAS資源的“常規(guī)”頁簽，可以看到其鏡像配置的當前狀態(tài)。 交換鏡像 鏡像交換操作即反轉主磁盤和鏡像磁盤的角色。對主磁盤執(zhí)行維護或需要移除主磁盤時，需要執(zhí)行該操作。,存儲產品鏡像功能介紹 IX1000鏡像介紹,鏡像同步 是同步主磁盤和鏡像磁盤中的數據。 提升鏡像磁盤 提升鏡像磁盤操作可以從“鏡像對”中剝離鏡像磁盤，并把它提升為一個獨立的邏輯資源

25、，供給客戶端訪問。當對主磁盤執(zhí)行重大系統(tǒng)維護或升級時，就可以提升鏡像磁盤供給應用服務器訪問，這樣就對主磁盤起到“安全網”的作用。 刪除鏡像 用戶可以通過“刪除鏡像”操作取消鏡像并刪除鏡像磁盤。,存儲產品鏡像功能介紹 IV5000鏡像介紹,同步鏡像,正常情況下，數據的寫入按照如下過程： 應用通知應用服務器“I/O完成”服務器向IV5000發(fā)起第一個IO請求； IV5000同時向主磁盤和鏡像磁盤發(fā)起IO請求； 主磁盤/鏡像磁盤處理IO操作，處理完成后，通知IV5000“I/O完成”； IV5000等待主磁盤和鏡像磁盤的“I/O完成”確認信息，然后通知應用服務器“I/O完成”； 應用服務器得到“I/O完成”確認信息，然后發(fā)起第2個I/O請求,存儲產品鏡像功能介紹 IV5000鏡像介紹,異步鏡像,正常情況下，數據的寫入按照如下過程： 應用服務器向IV5000發(fā)起第一個IO請求； IV5000向緩存資源發(fā)起IO請求； 緩存資源處理IO操作，處理完成后，通知IV5000“I/O完成”； IV5000收到的“I/O完成”確認信息，通知應用服務器“I/O完成”； 應用服務器得到“I/O完成”確認信息，然后發(fā)起第