【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 邏輯數(shù)據(jù)備份 (logicalpdatapredundancy)，而產(chǎn)生了 RAIDp理論。研究初期，便宜 (Inexpensive)的磁盤(pán)也是主要的重點(diǎn)，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，大量便宜磁盤(pán)組合并不能適用于現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境，后來(lái) Inexpensive 被改為 independence，許多獨(dú)立的磁盤(pán)組。 磁盤(pán)陣列，時(shí)事所趨：自有 PC以來(lái)，硬盤(pán)是最常使用的儲(chǔ)存裝置。但在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)中，跟 CPU與 RAM來(lái)比，硬盤(pán)的速度是 PC中最弱的設(shè)備之一。所以，為了加 速計(jì)算機(jī)整體的數(shù)據(jù)流量，增加儲(chǔ)存的吞吐量，進(jìn)階改進(jìn)硬盤(pán)數(shù)據(jù)的安全，磁盤(pán)陣列的設(shè)計(jì)因應(yīng)而生。硬盤(pán)隨著科技的日新月異，現(xiàn)在其容量已達(dá) 80GB以上，轉(zhuǎn)速到了 2萬(wàn)轉(zhuǎn)，甚至 25000轉(zhuǎn)，而且價(jià)格實(shí)在是很便宜，再加現(xiàn)在企業(yè)流行，人力資源規(guī)畫(huà) (EnterprisepResourcepPlanning： ERP)是每個(gè)公司建構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)。所以，利用局域網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，服務(wù)器所使用的硬盤(pán)顯得非常重要，除了容量大、速度快之外，穩(wěn)定更是基本要求?；诖艘颍疟P(pán)陣列開(kāi)始廣泛的應(yīng)用在個(gè)人計(jì)算機(jī)上。 磁盤(pán)陣列其樣式有三種，一是外接式 磁盤(pán)陣列柜、二是內(nèi)接式磁盤(pán)陣列卡，三是利用軟件來(lái)仿真。外接式磁盤(pán)陣列柜最常被使用大型服務(wù)器上，具可熱抽換 (HotpSwap)的特性，不過(guò)這類(lèi)產(chǎn)品的價(jià)格都很貴。內(nèi)接式磁盤(pán)陣列卡，因?yàn)閮r(jià)格便宜，但需要較高的安裝技術(shù)，適合技術(shù)人員使用操作。另外利用軟件仿真的方式，由于會(huì)拖累機(jī)器的速度，不適合大數(shù)據(jù)流量的服務(wù)器。由上述可知，現(xiàn)在 IDE磁盤(pán)陣列大行其道的道理； IDE接口硬盤(pán)的穩(wěn)定度與效能表現(xiàn)已有很大的提升，加上成本考量，所以采用 IDE接口硬盤(pán)來(lái)作為磁盤(pán)陣列的決解方案，可說(shuō)是最佳的方式 。 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計(jì) 7 在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中，磁盤(pán)陣列是一種把 若干硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器按照一定要求組成一個(gè)整體，整個(gè)磁盤(pán)陣列由陣列控制器管理的系統(tǒng)。磁帶庫(kù)是像自動(dòng)加載磁帶機(jī)一樣的基于磁帶的備份系統(tǒng)，磁帶庫(kù)由多個(gè)驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)槽、機(jī)械手臂組成，并可由機(jī)械手臂自動(dòng)實(shí)現(xiàn)磁帶的拆卸和裝填。 它能夠提供同樣的基本自動(dòng)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，但同時(shí)具有更先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)。掌握網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備的安裝、操作使用也是網(wǎng)管員必須要學(xué)會(huì)的。在架構(gòu)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)時(shí)，對(duì)無(wú)線(xiàn)路由器、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)橋接器 AP、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡、天線(xiàn)等無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)產(chǎn)品進(jìn)行安裝、調(diào)試和應(yīng)用操作。 磁盤(pán)陣列的主流結(jié)構(gòu)： 磁盤(pán)陣列作為獨(dú)立系統(tǒng)在主機(jī)外直連或通 過(guò)網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)相連。磁盤(pán)陣列有多各端口可以被不同主機(jī)或不同端口連接。一個(gè)主機(jī)連接陣列的不同端口可提升傳輸速度 。 和目前 PC用單磁盤(pán)內(nèi)部集成緩存一樣，在磁盤(pán)陣列內(nèi)部為加快與主機(jī)交互速度，都帶有一定量的緩沖存儲(chǔ)器。主機(jī)與磁盤(pán)陣列的緩存交互，緩存與具體的磁盤(pán)交互數(shù)據(jù)。在應(yīng)用中，有部分常用的數(shù)據(jù)是需要經(jīng)常讀取的，磁盤(pán)陣列根據(jù)內(nèi)部的算法，查找出這些經(jīng)常讀取的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在緩存中，加快主機(jī)讀取這些數(shù)據(jù)的速度，而對(duì)于其他緩存中沒(méi)有的數(shù)據(jù)，主機(jī)要讀取，則由陣列從磁盤(pán)上直接讀取傳輸給主機(jī)。對(duì)于主機(jī)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，只寫(xiě)在緩存中，主機(jī)可以 立即完成寫(xiě)操作。然后由緩存再慢慢寫(xiě)入磁盤(pán)。 RAID技術(shù)將一個(gè)個(gè)單獨(dú)的磁盤(pán)以不同的組合方式形成一個(gè)邏輯硬盤(pán)，從而提高了磁盤(pán)讀取的性能和數(shù)據(jù)的安全性。不同的組合方式用 RAID級(jí)別來(lái)標(biāo)識(shí)。 RAID級(jí)別 RAID技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已擁有了從 RAID 0 到 5等 6種明確標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別的 RAID 級(jí)別。另外，其他還有 10（ RAID 1與 RAID 0的組合）、 01（ RAID 0與 RAID 1的組合）、 30（ RAID 3與 RAID 0的組合）、 50（ RAID 0與 RAID 5的組合）等。不同 RAID 級(jí) 別代表著不同的存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)成本，下面將介紹如下 RAID級(jí)別： 0、 0 10。 RAID0也稱(chēng)為條帶化（ stripe），將數(shù)據(jù)分成一定的大小順序的寫(xiě)道陣列的磁盤(pán)里， RAID0可以并行的執(zhí)行讀寫(xiě)操作，可以充分利用總線(xiàn)的帶寬，理論上講，一個(gè)由 N個(gè)磁盤(pán)組成的 RAID0 系統(tǒng)，它的讀寫(xiě)性能將是單個(gè)磁盤(pán)讀取性能的 N倍。 且磁盤(pán)空間的存儲(chǔ)效率最大（ 100％） RAID0有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：不提供數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無(wú)法恢復(fù)。 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計(jì) 8 如圖所示：系統(tǒng)向 RAID0系統(tǒng)（四個(gè)磁盤(pán)組成）發(fā)出的 I/O數(shù)據(jù)請(qǐng)求被轉(zhuǎn)化為 4項(xiàng)操作，其中的每一項(xiàng)操作都對(duì)應(yīng)于一塊物理硬盤(pán)。通過(guò)建立 RAID 0，原先順序的數(shù)據(jù)請(qǐng)求被分散到四塊硬盤(pán)中同時(shí)執(zhí)行。從理論上講，四塊硬盤(pán)的并行操作使同一時(shí)間內(nèi)磁盤(pán)讀寫(xiě)速度提升了 4倍。 但由于總線(xiàn)帶寬等多種因素的影響，實(shí)際的提升速率會(huì)低于理論值，但是，大量數(shù)據(jù)并行傳輸與串行傳輸比較，性能必然大 幅提高。 RAID0應(yīng)用于對(duì)讀取性能要求較高但所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為非重要數(shù)據(jù)的情況下。 RAID1稱(chēng)為鏡像（ mirror），它將數(shù)據(jù)完全一致的分別寫(xiě)到工作磁盤(pán)和鏡像磁盤(pán)，因此它的磁盤(pán)空間利用率為 50％，在數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)時(shí)間會(huì)有影響，但是讀的時(shí)候沒(méi)有任何影響， RAID0提供了最佳的數(shù)據(jù)保護(hù)，一旦工作磁盤(pán)發(fā)生故障，系統(tǒng)自動(dòng)從鏡像磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)，不會(huì)影響用戶(hù)工作。 RAID1應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)極為重視的應(yīng)用。 RAID2稱(chēng)為糾錯(cuò)海明碼磁盤(pán)陣列，陣列中序號(hào)為 2N的磁盤(pán)（第 6?? ）作為校驗(yàn)盤(pán)，其余的磁盤(pán)用于存放數(shù)據(jù)，磁盤(pán)數(shù)目越多，校驗(yàn)盤(pán)所占比率越少。 RAID2在大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)額情況下性能很高， RAID2的實(shí)際應(yīng)用很少。 RAID3采用一個(gè)硬盤(pán)作為校驗(yàn)盤(pán)，其余磁盤(pán)作為數(shù)據(jù)盤(pán)，數(shù)據(jù)按位或字節(jié)的方式交叉的存取到各個(gè)數(shù)據(jù)盤(pán)中。不同磁盤(pán)上同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)做異或校驗(yàn)，并把校驗(yàn)值寫(xiě)入到校驗(yàn)盤(pán)中。 RAID3系統(tǒng)在完整的情況下讀取時(shí)沒(méi)有任何性 能上的影響，讀性能與 RAID0 一致，卻提供了數(shù)據(jù)容錯(cuò)能力，但是，在寫(xiě)時(shí)性能大為下降，因?yàn)槊恳淮螌?xiě)操作，即使是改動(dòng)某個(gè)數(shù)據(jù)盤(pán)上的一個(gè)數(shù)據(jù)塊，也必須根據(jù)所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)來(lái)重新計(jì)算校驗(yàn)值寫(xiě)入到校驗(yàn)盤(pán)中，一個(gè)寫(xiě)操作包含了寫(xiě)入數(shù)據(jù)塊，讀取同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)塊，計(jì)算校驗(yàn)值，寫(xiě)入校驗(yàn)值等操作，系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)大為增加。 當(dāng) RAID3中有數(shù)據(jù)盤(pán)出現(xiàn)損壞，不會(huì)影響用戶(hù)讀取數(shù)據(jù)，如果讀取的數(shù)據(jù)塊正好在損壞的磁盤(pán)上，則系統(tǒng)需要讀取所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)塊，然后根據(jù)校驗(yàn)值重新構(gòu)建數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性能受到影響。 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計(jì) 9 RAID3的校驗(yàn)盤(pán)在系統(tǒng)接受大量的寫(xiě)操作時(shí)容易形成性能瓶頸，因而適用于有大量讀操作如 web系統(tǒng)以及信息查詢(xún)等應(yīng)用或持續(xù)大塊數(shù)據(jù)流（例如非線(xiàn)性編輯）的應(yīng)用。 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)發(fā)展趨勢(shì) 隨著社會(huì)信息化的深入，信息量迅猛增長(zhǎng)，信息的重要性也日益顯著。作為信息的載體，現(xiàn)代存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)具備資源整合、數(shù)據(jù)共享、分散存儲(chǔ)、集中管理、快速配置、高可用性等特點(diǎn)；它能夠抵御來(lái)自系統(tǒng)外部或內(nèi)部的非法操作；還應(yīng)能夠隨著存儲(chǔ)容量的增長(zhǎng)線(xiàn)性擴(kuò)展它們的性能。為滿(mǎn)足以上需求，信息的存儲(chǔ)模式正全面轉(zhuǎn)向 “ 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ) ” 。人們把網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)稱(chēng)為信息技術(shù)發(fā)展的第三次浪潮（前兩次分別是 PC 和網(wǎng)絡(luò)）。 存儲(chǔ)從主機(jī)中分離出來(lái)成為獨(dú)立的存儲(chǔ)系統(tǒng)，把獨(dú)立的存儲(chǔ)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的用戶(hù)設(shè)備用網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，用戶(hù)便可以方便地使用像瀏覽器這樣的客戶(hù)端軟件（或像使用本地硬盤(pán)一樣）進(jìn)訪(fǎng)問(wèn)和管理，這就是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的核心思想是存儲(chǔ)與主機(jī)的分離，而此前則是以計(jì)算機(jī)為核心，存儲(chǔ)只是計(jì)算機(jī)（或服務(wù)器）的外設(shè)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)提供了前提。 NAS（ Network Attached Storage，附網(wǎng)存儲(chǔ)）和 SAN（ StorageArea Network，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)）是兩種主要的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，NAS 與 SAN 的融合同 IP 存儲(chǔ)（ IP Storage）、存儲(chǔ)虛擬化（ StorageVirtualization）一起被看作是未來(lái)存儲(chǔ)發(fā)展的趨勢(shì)。 第 2 章 DAS 存儲(chǔ) DAS 存儲(chǔ)簡(jiǎn)介 DAS即直連方式存儲(chǔ)，英文全稱(chēng)是 Direct Attached Storage。中文翻譯成 “ 直接附加存儲(chǔ) ” 。顧名思義，在這種方式 中，存儲(chǔ)設(shè)備是通過(guò)電纜（通常是 SCSI接口電纜）直接到服務(wù)器的。 I/O（輸入 /輸入）請(qǐng)求直接發(fā)送到存儲(chǔ)設(shè)備。 DAS，也可稱(chēng)為 SAS（ ServerAttached Storage，服務(wù)器附加存儲(chǔ)）。它依賴(lài)于服務(wù)器，其本身是硬件的堆疊，不帶有任何存儲(chǔ)操作系統(tǒng)。 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計(jì) 10 早期企業(yè)數(shù)據(jù)量較少時(shí)，購(gòu)買(mǎi)的服務(wù)器中可能內(nèi) /外置帶有 SCSI接口的磁帶驅(qū)動(dòng)器 (或磁帶機(jī) )，這種服務(wù)器主要是用在 UNIX(Solaris、 AIX或 HP UNIX)環(huán)境下，使用 SUN、 IBM或 HP等廠商的服務(wù)器，數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)主要依靠磁帶來(lái)完成，當(dāng)時(shí)存儲(chǔ)的 最大數(shù)據(jù)容量在 12G。 在 windows 系統(tǒng)備份數(shù)據(jù)采用外置移動(dòng)硬盤(pán)，容量多達(dá)幾百個(gè) G，隨之 USB和 IEEE1394接口的移動(dòng)硬盤(pán)解決方案應(yīng)運(yùn)而生，使用最新的 Serial ATA(串行 )作為移動(dòng)硬盤(pán)的傳輸接口，理論傳輸速度能達(dá)到 1500Mbps,比起目前最快的 ，甚至是 IEEE1394 的速度最快上許多，在利用 SATA設(shè)備可熱插拔的技術(shù)后讓 SATA移動(dòng)硬盤(pán)能象 USB/1394 移動(dòng)硬盤(pán)一樣使用。 基于硬件的 RAID系統(tǒng)是從主機(jī)之外獨(dú)立地管理 RAID 子系統(tǒng)，并且它在主機(jī)處把每一組 RAID 陣列只顯示為一個(gè)磁盤(pán)。硬件 raid實(shí)現(xiàn)分為兩種：一種是內(nèi)置 (或集成 )raid控制器，一種是外置raid控制器。內(nèi)置 raid控制器通常是常用的卡件的形式插接在計(jì)算機(jī)主板上，集成 raid控制器則是由主板廠商直接把控制芯片集成在主板上，近來(lái)高端主板集成 raid控制器幾乎成了標(biāo)準(zhǔn)配置。 根據(jù) raid控制器以及連接模式不同， raid控制器都配有不同數(shù)量的緩存，當(dāng)然緩存越多，控制器的性能就越好了，價(jià)格也就比較貴了。軟件 RAID 在操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)各類(lèi) RAID 級(jí)別，因?yàn)樗恍枰嘿F的 RAID控制器卡，軟件 RAID 提供了最廉價(jià)的解決方法。它還可以用在較便宜的 IDE 磁盤(pán)以及 SCSI 磁盤(pán)。使用非常的快速 CPU，軟件 RAID 的某些性能有可能超出硬件 RAID。 JBOD也是目前存儲(chǔ)領(lǐng)域中一類(lèi)重要的存儲(chǔ)設(shè)備。 JBOD可以在基于并行 SCSI電纜的直接附加存儲(chǔ)中使用，或在一般情況下，在具有 Fibre Channel 接口的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中使用。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器插在一個(gè)內(nèi)部總線(xiàn)上，將服務(wù)器與 JBOD系統(tǒng)之間的外部總線(xiàn)電纜簡(jiǎn)化成單條電纜連接。 JBOD也支持熱插拔磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，即可以在不影響數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和服務(wù)器操作的同時(shí)增加或者替 換磁盤(pán)。使用 SCSI磁盤(pán)的 JBOD，各磁盤(pán)之間組成一個(gè)封閉的 SCSI菊花鏈，為主機(jī)提供了并行 SCSI連接。使用 Fibre Channel 磁盤(pán)的 JBOD可以提供 1～ 2個(gè) Fibre Channel 接口，在內(nèi)部形成一個(gè)共享環(huán)段。 DAS還可以構(gòu)成基于磁盤(pán)陣列的雙機(jī)高可用系統(tǒng)，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)高可用的要求。兩臺(tái)主機(jī)共同連接一個(gè)磁盤(pán)陣列，在主機(jī)上通過(guò) SCSI接口將磁盤(pán)陣列連接起來(lái)，或者在主機(jī)上安裝光端模塊，通過(guò)光纖連接到磁盤(pán)陣列上。磁盤(pán)陣列和主機(jī)相連后，可以選擇出一部分硬盤(pán)作為主機(jī)的外置硬盤(pán)，不能被共享。 這樣存儲(chǔ) 方式主要用于雙機(jī)熱備上，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，企業(yè)里一些重要的數(shù)據(jù)保護(hù)都是采用這種方式，確保 “ 萬(wàn)無(wú)一失 ” 。后來(lái)隨著服務(wù)器和備份軟件成本的下降，在 LINUX和 WINDOWS 平臺(tái)也可以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備了，以這種 DAS方式實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)目前廣泛地存在企業(yè)中，也是 DAS在企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中具體應(yīng)用的集中表現(xiàn)。 DAS 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 浙江傳媒學(xué)院本科生畢業(yè)論文 SAN 和 NAS 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的研究和設(shè)計(jì) 11 典型 DAS結(jié)構(gòu)如圖所示： 對(duì)于多個(gè)服務(wù)器或多臺(tái) PC的環(huán)境，使用 DAS方式設(shè)備的初始費(fèi)用可能比較低，可是這種連接方式下，每臺(tái) PC或服務(wù)器單獨(dú)擁有自己的存儲(chǔ)磁盤(pán)，容量的再分配困難；對(duì)于整個(gè)環(huán)境下的存儲(chǔ)系統(tǒng)管理，工作煩瑣而重復(fù)，沒(méi)有集中管理解決方案。所以整體的擁有成本（ TCO）較高。 DAS 存儲(chǔ) 方案設(shè)計(jì) DAS的方案設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，通常情況下，用 SCSI電纜或光纖把服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)物理連接，（實(shí)現(xiàn)的前提是服務(wù)器上必須有 SCSI接口或 FC接口，及安裝接 口的驅(qū)動(dòng)程序），物理連接完成后，首先啟動(dòng)陣列，啟動(dòng)時(shí)陣列自動(dòng)初始化和引導(dǎo)陣列自檢，這些過(guò)程完成后，用戶(hù)就可以根據(jù)自己的需要設(shè)置 RAID的級(jí)別及 RAID的初始化，這個(gè)過(guò)程完成后用戶(hù)就可以象使用本地硬盤(pán)一樣地使用這個(gè)大容量邏輯磁盤(pán)，可以對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行分區(qū)、格式化和共享等操作。此時(shí)，存