UIT 存储基础培训 - 阵列技术
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储存(磁盘阵列柜)基础知识培训
磁盘阵列柜概述
▪ 磁盘阵列简称RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)，有 “价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。其原理是利用数组方式来作 磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列 主要针对硬盘，在容量及速度上，无法跟上CPU及内存的发展，提 出改善方法。磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速 度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所 产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。同时，在储存数据时 ，利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上 。 磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念，在数组中任 一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将故障硬盘内的 数据，经计算后重新置入新硬盘中。而磁盘阵列柜就是装配了众多 硬盘的外置的RAID 。
7
DAS：直接附加存储
▪ 的DAS(Driect Attached Storage—直接附件存储）是指将存储设备 通过SAS线缆或光纤通道直接连接到服务器上。
8
DAS：直接附加存储
▪ 存储直接连接到一台服务器上 • SCSI, SAS, iSCSI, FC • 块级别 I/O
▪ 内部磁盘 • 具备/不具备RAID保护
▪ 外部磁盘 • 存储系统 • 基于控制器的RAID引擎
9
内部 DAS
Application Server
Motherboard
Application Server
Motherboard SW
Application Server
储存(磁盘阵列柜)基础知识培训
磁盘阵列柜概述
▪ 磁盘阵列简称RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)，有 “价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。其原理是利用数组方式来作 磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列 主要针对硬盘，在容量及速度上，无法跟上CPU及内存的发展，提 出改善方法。磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速 度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所 产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。同时，在储存数据时 ，利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上 。 磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念，在数组中任 一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将故障硬盘内的 数据，经计算后重新置入新硬盘中。而磁盘阵列柜就是装配了众多 硬盘的外置的RAID 。
7
DAS：直接附加存储
▪ 的DAS(Driect Attached Storage—直接附件存储）是指将存储设备 通过SAS线缆或光纤通道直接连接到服务器上。
8
DAS：直接附加存储
▪ 存储直接连接到一台服务器上 • SCSI, SAS, iSCSI, FC • 块级别 I/O
▪ 内部磁盘 • 具备/不具备RAID保护
▪ 外部磁盘 • 存储系统 • 基于控制器的RAID引擎
9
内部 DAS
Application Server
Motherboard
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Motherboard SW
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存储磁盘阵列基础知识培训精品PPT课件
未定,可能会所有更新
信号兼容
与第一代兼容
可能与第二代兼容,
RAID简介
RAID简介
廉价磁盘冗余阵列（RAID）
▪ Redundant Arrays of Inexpensive Disks ▪ 是一种利用大量廉价磁盘进行磁盘组织的技术 ▪ 价格上，大量廉价的磁盘比少量昂贵的大磁盘合
算得多
▪ 性能上，使用大量磁盘可以提高数据的并行存取
速度
▪ 可靠性上，冗余数据可以存放在多个磁盘上，因
此一个磁盘的故障不会导致数据丢失
高性能
• 通过并行提高性能
– 负载平衡多个小的存取操作，提高以提高这种存取操 作的吞吐量
– 并行执行大的存取操作，以减少大的存取操作的响应 时间
• 通过在多个磁盘上对数据进行拆分来提高传输率
– 比特级拆分（Bit-level striping） • 将每个字节按比特分开，存储到多个磁盘上
磁盘失效，将影响整个数据。
▪RAID 0不可应用于需要数据高可用性的关键应用。
RAID 1
▪RAID 1通过磁盘镜像实现数据冗余，在两对分离的磁盘上产
生互为备份的数据。
▪RAID 1可以提高读的性能, 当原始数据繁忙时，可直接从镜像
拷贝中读取数据。
▪RAID 1是磁盘阵列中费用最高的, 但提供了最高的数据可用率。
SATA Vs PATA
串 行 AT A与 并 行 AT A的 技 术 特 征 对 比
技术特征
Serial ATA1.0(串行ATA)
Parallel ATA(并行ATA)
最高数据传输率
150 MB/s
133 MB/s
(SATA3.0中最高可达600MB/s) (这是ATA/133所能支持的最高值)
IT行业存储基础知识培训
RAID 0
数据条带化，无校验
RAID 1
数据镜像，无校验
RAID 2
海明码错误校验及校正（不常用）
RAID 3
数据条带化读写，校验信息存放于专用盘（不常用）
RAID 4
单次写数据采用单个硬盘，专用盘存放校验数据（不常用）
RAID 5
数据条带化，校验信息分布式存放
RAID 6
数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
可靠性
未使用将停顿!
资料仍然存在!
使用 RAID
RAID出现原因 一
提高容量
未使用 RAID
使用 RAID
硬盘容量
单块硬盘 容量
硬盘容量
= 单块硬盘容量 x N
RAID出现原因 二
一旦硬盘损坏，资料将丢失! 作业将停顿!
提升速度
未使用 RAID
使用 RAID
最小配置
1
2
4
3
性能
Highest
Lowest
RAID5<RAID10<RAID0
RAID1<RAID5< RAID10
特点
无容错
最佳的容错
最佳的容错
提供容错
磁盘利用率
100%
50%
50%
(N-1>/N
描述
不带奇偶效验的条带集
磁盘镜像
RAID0与RAID1的结合
带奇偶效验的 条带集
其中RAID3与RAID5的区别为：RAID3更适合于顺序存取，RAID5更适合于随机存取。需要根据具体的应用情况决定使用那种RAID级别。
热备与重构
在线操作特性 系统中需设置一个热添加的备份盘或用一个新的替代磁盘替代故障磁盘 当满足以下条件时开始数据自动重构 有一个热备份盘存在 独立于故障磁盘的所有磁盘都配置为冗余阵列(RAID1,3,5,0+1) 所有的操作都是在不中断系统操作的情况下进行的
数据条带化，无校验
RAID 1
数据镜像，无校验
RAID 2
海明码错误校验及校正（不常用）
RAID 3
数据条带化读写，校验信息存放于专用盘（不常用）
RAID 4
单次写数据采用单个硬盘，专用盘存放校验数据（不常用）
RAID 5
数据条带化，校验信息分布式存放
RAID 6
数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
可靠性
未使用将停顿!
资料仍然存在!
使用 RAID
RAID出现原因 一
提高容量
未使用 RAID
使用 RAID
硬盘容量
单块硬盘 容量
硬盘容量
= 单块硬盘容量 x N
RAID出现原因 二
一旦硬盘损坏，资料将丢失! 作业将停顿!
提升速度
未使用 RAID
使用 RAID
最小配置
1
2
4
3
性能
Highest
Lowest
RAID5<RAID10<RAID0
RAID1<RAID5< RAID10
特点
无容错
最佳的容错
最佳的容错
提供容错
磁盘利用率
100%
50%
50%
(N-1>/N
描述
不带奇偶效验的条带集
磁盘镜像
RAID0与RAID1的结合
带奇偶效验的 条带集
其中RAID3与RAID5的区别为：RAID3更适合于顺序存取，RAID5更适合于随机存取。需要根据具体的应用情况决定使用那种RAID级别。
热备与重构
在线操作特性 系统中需设置一个热添加的备份盘或用一个新的替代磁盘替代故障磁盘 当满足以下条件时开始数据自动重构 有一个热备份盘存在 独立于故障磁盘的所有磁盘都配置为冗余阵列(RAID1,3,5,0+1) 所有的操作都是在不中断系统操作的情况下进行的
存储基础知识培训
描述了中央存储设备，它可以通过网络连接到多 个客户端。
专用存储网络 (SAN)
学习如何为服务器提供高速数据传输，其目的是 使数据在多个服务器之间共享。
物件存储
介绍一种现代的思想方式，用于访问不同媒介的 对象存储。
备份与归档技术
备份和归档数据，为业务连续性和数据备份计划 提供更好的打击措施。
存储设备的分类
存储安全和可靠性的重要性
数据丢失
防病毒软件的使用，分层备份， 数据加密和MD5校验文件。
在安全的存储中运行业务 系统
了解业务计划的多个组件，以及 如何为存储设备实现基本SLA。
访问控制和可用性
审查访问控制策略，包括访问控 制列表和用户授权，并了解如何 通过混合系统提高可用性。
性能
介绍RS的性能数据，DPM和IOPS， 以及如何定义有效的SLA。
存储管理的方法份和恢复，以及数据安全性检查。
2
容量规划和分配
管理存储设备容量，例如为每个目的分配容量。
3
性能管理和优化
保持高效性能，保证SLA的遵守，以及现有环境的诊断。
存储性能优化技巧
• SSD架构的使用 • 闪存缓存技术 • I/O大小和排队算法 • 分层存储技术 • 缓存策略和调度算法
存储基础知识培训
欢迎大家来到存储基础知识培训，今天我们将会学习关于存储技术的全新领 域。
存储基础知识概述
硬盘驱动器
学习数据的物理存储和SLA规划。
固态硬盘
对于读/写操作和空间进行管理， 以及如何使其性能最佳。
云存储
通过数据同步，备份和灾难恢复 进行云平台的管理。
存储技术的种类
网络附加存储器 (NAS)
直接附加 网络附加 存储区域网络
专用存储网络 (SAN)
学习如何为服务器提供高速数据传输，其目的是 使数据在多个服务器之间共享。
物件存储
介绍一种现代的思想方式，用于访问不同媒介的 对象存储。
备份与归档技术
备份和归档数据，为业务连续性和数据备份计划 提供更好的打击措施。
存储设备的分类
存储安全和可靠性的重要性
数据丢失
防病毒软件的使用，分层备份， 数据加密和MD5校验文件。
在安全的存储中运行业务 系统
了解业务计划的多个组件，以及 如何为存储设备实现基本SLA。
访问控制和可用性
审查访问控制策略，包括访问控 制列表和用户授权，并了解如何 通过混合系统提高可用性。
性能
介绍RS的性能数据，DPM和IOPS， 以及如何定义有效的SLA。
存储管理的方法份和恢复，以及数据安全性检查。
2
容量规划和分配
管理存储设备容量，例如为每个目的分配容量。
3
性能管理和优化
保持高效性能，保证SLA的遵守，以及现有环境的诊断。
存储性能优化技巧
• SSD架构的使用 • 闪存缓存技术 • I/O大小和排队算法 • 分层存储技术 • 缓存策略和调度算法
存储基础知识培训
欢迎大家来到存储基础知识培训，今天我们将会学习关于存储技术的全新领 域。
存储基础知识概述
硬盘驱动器
学习数据的物理存储和SLA规划。
固态硬盘
对于读/写操作和空间进行管理， 以及如何使其性能最佳。
云存储
通过数据同步，备份和灾难恢复 进行云平台的管理。
存储技术的种类
网络附加存储器 (NAS)
直接附加 网络附加 存储区域网络
UIT_存储基础培训_-_网络存储.
应用层 表示层 会话层 FC-4: ULP Mapping 传输层 网络层 TCP / UDP 动态 IP 地址 10.77.77.77
以太网和TCP/IP
应用层 (i.e. POP3， SMTP， DNS， DHCP，FTP， WWW 协议)
光纤通道
高层协议 (ULP)
光纤通道可以在没有任何高层协议支持的条件 下生成所有网络地址(固定与动态) — 智能!
U_Port
FL_Port
交换机 2
NL_Port 节点
Fabric
光纤通道的帧格式
一个帧是在光纤通道连接中数据包的最小单位 (上层协议不可见).
帧
S O F 4 帧头 数据载荷
2148 字节
C E R O C F 4 4
24
最大 2112
Fibre Channel Frame
光纤通道地址
OSI模型
基于缓冲到缓冲 信用的流控制
交换机
节点 可用 N_Port 传输 F_Port
_端口
缓冲 缓冲 缓冲 buffer buffer buffer
智能 ASIC缓冲 每端口信用数量
• 动态缓冲池 • 完整和微型缓冲
当一个帧到达接收端口后， 端口会首先将其储存在共享动态缓冲池之中!
FC SAN的远程扩展
数据链路层
固定 MAC 地址 x‘00-00-0E-21-17-6B’
FC-3: 通用服务 动态 Native 地址 (8/24-bits) 固定 World-Wide Name (64-bits) FC-1: 8b/10b 编码
物理层
物理接口
FC-0:物理接口
固定与动态地址格式
厂商定义
固定地址 (64-位) WWN (类似于出生证明编号) 每个fabric设备 (HBA， 交换机， 存 储)都拥有一个(或多个)WWN地址 使用IEEE分配的地址格式
以太网和TCP/IP
应用层 (i.e. POP3， SMTP， DNS， DHCP，FTP， WWW 协议)
光纤通道
高层协议 (ULP)
光纤通道可以在没有任何高层协议支持的条件 下生成所有网络地址(固定与动态) — 智能!
U_Port
FL_Port
交换机 2
NL_Port 节点
Fabric
光纤通道的帧格式
一个帧是在光纤通道连接中数据包的最小单位 (上层协议不可见).
帧
S O F 4 帧头 数据载荷
2148 字节
C E R O C F 4 4
24
最大 2112
Fibre Channel Frame
光纤通道地址
OSI模型
基于缓冲到缓冲 信用的流控制
交换机
节点 可用 N_Port 传输 F_Port
_端口
缓冲 缓冲 缓冲 buffer buffer buffer
智能 ASIC缓冲 每端口信用数量
• 动态缓冲池 • 完整和微型缓冲
当一个帧到达接收端口后， 端口会首先将其储存在共享动态缓冲池之中!
FC SAN的远程扩展
数据链路层
固定 MAC 地址 x‘00-00-0E-21-17-6B’
FC-3: 通用服务 动态 Native 地址 (8/24-bits) 固定 World-Wide Name (64-bits) FC-1: 8b/10b 编码
物理层
物理接口
FC-0:物理接口
固定与动态地址格式
厂商定义
固定地址 (64-位) WWN (类似于出生证明编号) 每个fabric设备 (HBA， 交换机， 存 储)都拥有一个(或多个)WWN地址 使用IEEE分配的地址格式
储存磁盘阵列柜基础知识培训
储存磁盘阵列柜基础知识培训一、储存磁盘阵列柜的原理储存磁盘阵列柜是通过将多个硬盘组合在一起，通过磁盘阵列控制器实现数据的存储和管理。
它可以通过不同的RAID级别来提供不同的数据保护和性能特性，比如RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6等。
通过数据条带化和容错机制，可以实现数据的备份和恢复，并提高数据的可靠性和安全性。
二、储存磁盘阵列柜的工作模式储存磁盘阵列柜的工作模式分为基本模式和高级模式两种。
基本模式是指将多个硬盘组合在一起，通过RAID控制器实现数据的条带化和容错，并提高数据的可靠性和安全性。
高级模式是在基本模式的基础上，通过缓存、快照、异步复制等技术实现数据的高速访问和高效管理，进一步提高了系统的稳定性和可用性。
三、储存磁盘阵列柜的优缺点储存磁盘阵列柜的优点包括：1）提供更高的存储容量和更快的数据传输速度，满足了大容量、高速度的数据存储需求；2）通过RAID技术提供数据的条带化和容错，提高了数据的可靠性和安全性；3）支持多种RAID级别和不同的工作模式，能够满足不同用户的需求。
其缺点包括：1）成本较高，需要大量的硬盘和专用的磁盘阵列控制器；2）复杂的配置和管理，需要专业的技术人员进行操作和维护；3）对电源和散热要求较高，需要额外的设备保障系统的稳定运行。
四、储存磁盘阵列柜的应用场景储存磁盘阵列柜广泛应用于企业级数据中心和大型存储系统中，特别适合于对数据可靠性、存储容量和传输速度有较高要求的场景。
比如金融、电信、互联网、大数据等行业，都需要大容量、高速度和可靠性的数据存储系统来支撑业务的正常运行。
此外，储存磁盘阵列柜也适用于科学计算、医疗影像、视频监控等领域，能够满足大规模数据处理和高性能计算的需求。
总之，储存磁盘阵列柜作为一种高性能、高可靠性的数据存储设备，具有重要的应用价值和广阔的市场前景。
通过了解其基础知识，可以更好地理解其工作原理和优缺点，为推动其在各行业的应用和发展提供有力的支持。
存储基础培训ppt课件
Block Diagram
Server / Servers or
Switch / Switches or
Zones on one Switch
RAID Controller A
PowerPC
Drive Channels
CPU
SAS
CH 0 CH 1
Host Channels
4G FC
PCI-X #1
存储基础培训
16
DAS (Direct Attached Storage)
文件服务器
应用服务器
LAN 数据库服务器
数据流 存储设备
数据流 存储设备
数据流 存储设备
• 存储设备直接连接到服务器； • 传统的、最常见的连接方式，容易理解、规划和实施；
• 没有独立操作系统，不能提供跨平台的文件共享，各平台下数据需分别存储；
从数据保护时间上分为：CDP技术分为真CDP（True CDP）和准CDP（Near CDP）两类
存储基础培训
39
备份、快照、复制、CDP
存储基础培训
40
Archive(归档)
将相对不重要的数据转移到速度较慢并且价格便宜的存 储介质上，是一种最原始却最为有效的节约成本的方式。数 据归档集成了数据迁移、管理、收集、保存以及介质管理等 功能 ，主要用于长久保存数据和文件以备日后查询取用。
CBM (缓存备份模块) • BBU + Flash 备份模块 • Cache Safe 技术
• Cache safe技术可在突然断电的情况下将缓存中数据永 久保存在Flash SSD中，不受传统的72小时保护机制限制.
存储基础培训
14
典型中端磁盘阵列扩展
UIT存储基础培训PPT(共46页)
✓ 三、管理的文件系统接口 （1）命令接口： （2）程序接口：
文件系统层次模型
File System Driver体系结构（本地）
应用程序接口
用户态
I/O管理器
文件系统驱动程序
核心态
存储设备驱动 物理磁盘
物理设备
File System Driver体系结构（远程）
客户端
应用程序 用户态 核心态
I/O管理器
服务器端
用户态 核心态 远程FSD（服务器）
本地FSD
远程FSD(重定向器）
存储设备驱动
物理磁盘 物理设备
存储分配方法（文件物理组织）
连续分配（磁带，磁盘都可采用）
✓ 每个顺序文件分配一组相邻盘块。 ✓ 特点：简单
（1）顺序访问容易且速度快，因磁头移动距离小， （2）要求连续空间，一段时间后需整理磁盘以消除外部
n
Logical Partition 逻辑分区
LV逻辑卷
(Logical Volume)
LV逻辑卷的意义
创建了逻辑卷后，可 以在上面创建文件系 统，还可以直接是裸 设备，用于数据库软 件的数据存取等
逻辑卷空间不足，只 要卷组中还有足够的 PP数量，那么逻辑卷 空间都可以动态增大
逻辑卷LV与文件系统
limhai
App-data oracle
Mount点
逻辑卷策略 -- 镜像mirror
镜像mirror，类似于RAID1，可以实现逻辑卷中逻辑分区的镜像，在 独立的不同硬盘中保存两个或三个副本，从而保证硬盘出错时数据 不受损坏而且是可用的
镜像的调度策略
✓ Parallel(并行)：每个副本的写请求是同时进行的，当更新时间最长的副本完成后，
文件系统层次模型
File System Driver体系结构（本地）
应用程序接口
用户态
I/O管理器
文件系统驱动程序
核心态
存储设备驱动 物理磁盘
物理设备
File System Driver体系结构（远程）
客户端
应用程序 用户态 核心态
I/O管理器
服务器端
用户态 核心态 远程FSD（服务器）
本地FSD
远程FSD(重定向器）
存储设备驱动
物理磁盘 物理设备
存储分配方法（文件物理组织）
连续分配（磁带，磁盘都可采用）
✓ 每个顺序文件分配一组相邻盘块。 ✓ 特点：简单
（1）顺序访问容易且速度快，因磁头移动距离小， （2）要求连续空间，一段时间后需整理磁盘以消除外部
n
Logical Partition 逻辑分区
LV逻辑卷
(Logical Volume)
LV逻辑卷的意义
创建了逻辑卷后，可 以在上面创建文件系 统，还可以直接是裸 设备，用于数据库软 件的数据存取等
逻辑卷空间不足，只 要卷组中还有足够的 PP数量，那么逻辑卷 空间都可以动态增大
逻辑卷LV与文件系统
limhai
App-data oracle
Mount点
逻辑卷策略 -- 镜像mirror
镜像mirror，类似于RAID1，可以实现逻辑卷中逻辑分区的镜像，在 独立的不同硬盘中保存两个或三个副本，从而保证硬盘出错时数据 不受损坏而且是可用的
镜像的调度策略
✓ Parallel(并行)：每个副本的写请求是同时进行的，当更新时间最长的副本完成后，
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优点 数据分布式存储在连续的硬 盘上，具有较高的读速率， 适合大文件连续读操作的应
A
B
C
D
……
用
异或运算 缺点 如果有一个硬盘损坏，数据 的有效性没有影响 A0 B0 C0 D0 校验盘是整个硬盘阵列系统 的瓶颈 有数据盘故障时，每次读操 作时都需要进行校验计算， 读性能大幅度下降 最小 硬盘数 3
RAID级别 —— RAID 1
RAID 1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘
数据 A B C D E
……
优点
提供了很高的数据安全性和可用性 100％的数据冗余 设计、使用简单 不作校验计算，CPU占用资源少
A B C D =
A B C
缺点
空间利用率只有1/2
P=A0 XOR A1
异或运算
A0 数据盘
A或运算进行 奇偶校验得到校验位P
United Information Technology Co., Ltd.
RAID基本概念3——重建（Rebuild）
A0
XOR
XOR
故障 更换
A0
数据盘
A1
数据盘
A2
数据盘
Write-back 回写
Write-through 直写
后端总线
后端总线
磁盘
United Information Technology Co., Ltd.
控制器的缓存保护技术
三种常见控制器Cache保护设计
FC或IP(GE) 缓存(Cache)
FC或IP(GE)
FC或IP(GE) 缓存(Cache) CPU 后端总线 CPU
A0 B0 C0 数据 D0 A1 B1 C1 E1 A2 B2 D2
……
异或运算
A0 A1 A2
B0 B1 B2 P3 B4
C0 C1 P2 C3 C4
D0 P1 D2 D3 D4
P0 E1 E2 E3 E4
校验信息Px 分布式存储
A3 P4
United Information Technology Co., Ltd.
体系结构设计 缓存技术 RAID技术 主机通道连接技术 快照技术 复制技术
United Information Technology Co., Ltd.
XX公司
常见阵列体系结构
光纤通道主机 端口
CPU
高速缓存
光纤通道 后端环路 ... ...
光纤通道主机 端口
CPU
高速缓存
RAID 2
RAID 3 RAID 4 RAID 5 RAID 6
海明码错误校验及校正
数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘 单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘 数据条带化，校验信息分布式存放 数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
United Information Technology Co., Ltd.
RAID级别 —— RAID 6
RAID 6 是带有两个独立分布式奇偶校验方案的独立数据硬盘 （Independent data disks with two independent distributed parity schemes）。广义上讲，能够允许两个硬盘同时失效的RAID级别统称为 RAID 6，狭义上讲，特指Intel的RAID P+Q技术。硬盘空间利用率为(N2)/N，N为RAID6阵列硬盘总数 RAID 6技术：
A1
B1 C1 D1 数据盘
A2 B2 C2 D2
PA
PB
PC PD 校验盘
United Information Technology Co., Ltd.
RAID级别 —— RAID 4
RAID 4是带有共享校验硬盘的独立数据盘（ Independent data disks with shared parity disk），与RAID 3类似，不同在于对数据访问是每 次一个盘，而RAID 3是每次一个条带，RAID4的读写性能较差，目前 较少使用
United Information Technology Co., Ltd.
RAID基本概念1——条带
分条
条带
硬盘0
United Information Technology Co., Ltd.
硬盘1
硬盘2
硬盘3
RAID基本概念2——校验
两个数字之间的XOR运算定义是：
1 XOR 1 = 0 1 XOR 0 = 1 0 XOR 1 = 1 0 XOR 0 = 0
相对于单个硬盘，无法提高写性能
D E
硬盘数
2
E
United Information Technology Co., Ltd.
RAID级别 —— RAID 3
RAID 3即带有校验的并行数据传输阵列（Paralleled transfer with parity），数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验 数据
RAID3、RAID4、RAID5区别
RAID 3是与RAID 4类似，在每组盘中使用单一的校验盘，但是RAID 3 中条带划分较小，使得每一个操作都要跨越阵列中所有的磁盘。例如， 一个块数据中的第一个字节可能在第一个盘上，第二个字节在第二个盘 上，诸如此类。 RAID 3经常处于磁头同步状态以减少等待时间，RAID 3适于单一大文件以高数据率进行读写的应用，诸如超级计算机和图形 图像处理。 对于多用户并行发起众多互不相关磁盘操作的应用则不适 宜。作为对比， RAID 4盘组中的每一个数据盘都可以同时满足一个单 独用户的请求。 RAID 5与RAID 4类似，但与RAID 4拥有独立校验盘不同，RAID 5在阵 列中所有磁盘上存储校验信息。RAID 5的主要的优势在于它可以防止 校验盘本身成为读写瓶颈。主要的缺点是不能方便的将一块新磁盘添加 到现有的RAID组中。
RAID 5
该热备盘由系统中两个RAID组共享，可自动顶替任何一个RAID中的一个 失效硬盘
United Information Technology Co., Ltd.
RAID级别 —— RAID 0
RAID0即没有容错设计的条带硬盘阵列（Striped Disk Array without Fault Tolerance），以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中
A
B
数据 C D E
F
G
H ……
优点
极高的读写效率 速度快，由于不存在校验， 所以不占用CPU资源 部署简单 无冗余，通常和其他RAID 级别混合使用
A E I
B F J
C G K
D H L
缺点
最小 硬盘数 2
不适合用于关键数据环境
United Information Technology Co., Ltd.
前端总线
系统缓存 读缓存 写缓存 CPU CPU CPU
前端总线
系统缓存 读缓存 写缓存 CPU
后端总线
后端总线
United Information Technology Co., Ltd.
控制器缓存镜像
1、主机数据写入缓存； 2、缓存数据进行异或 运算，产生校验数据； 3、将校验数据添加到 缓存；
RAID组合方式 — 级别扩展
同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别
RAID 0+1
先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像
RAID 10
类似于RAID 0+1，区别在于先做RAID 1，后做RAID 0
RAID 50
先做RAID 5，后做RAID 0，能有效提高RAID 5的性能
United Information Technology Co., Ltd.
RAID 3/4/5的读和写
读操作：多磁盘同时读取数据 写操作：更新数据之前，需要将条带中其他部分数据读出并重新计算 校验值，新数据和校验数据同时被写更新。
RAID3
RAID 4 / 5
United Information Technology Co., Ltd.
UIT 存储基础
技术中心 郭镭
United Information Technology Co., Ltd.
第四章
阵列技术
磁盘阵列体系结构 RAID技术 阵列与主机链接 快照与复制
United Information Technology Co., Ltd.
磁盘阵列
什么是磁盘阵列：磁盘阵列是一种采用RAID技术、冗余技术和在线 维护技术制造的一种高性能、高可用的磁盘存储设备。 磁盘阵列核心技术：
通常的中档控制器设计 单个或集群的双控制器 前端主机端口，后端光纤环路 镜像的高速缓存
United Information Technology Co., Ltd.
矩阵式高端阵列体系结构
高端企业级磁盘阵列
CHIP Cross Bar ACP
光纤通道
...
CHIP 光纤通道 CHIP 高速
A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 C0
……
异或运算
A0
A1 A2 A3
B0 B1 B2 B3
C0 C1 C2 C3 数据盘
D0 D1 D2 D3
P0
P1
P2 P3 校验盘
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RAID级别 —— RAID 5
RAID 5与RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上， RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息 保存在不同硬盘上。RAID 5是最常用的RAID方式之一。
A
B
C
D
……
用
异或运算 缺点 如果有一个硬盘损坏，数据 的有效性没有影响 A0 B0 C0 D0 校验盘是整个硬盘阵列系统 的瓶颈 有数据盘故障时，每次读操 作时都需要进行校验计算， 读性能大幅度下降 最小 硬盘数 3
RAID级别 —— RAID 1
RAID 1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘
数据 A B C D E
……
优点
提供了很高的数据安全性和可用性 100％的数据冗余 设计、使用简单 不作校验计算，CPU占用资源少
A B C D =
A B C
缺点
空间利用率只有1/2
P=A0 XOR A1
异或运算
A0 数据盘
A或运算进行 奇偶校验得到校验位P
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RAID基本概念3——重建（Rebuild）
A0
XOR
XOR
故障 更换
A0
数据盘
A1
数据盘
A2
数据盘
Write-back 回写
Write-through 直写
后端总线
后端总线
磁盘
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控制器的缓存保护技术
三种常见控制器Cache保护设计
FC或IP(GE) 缓存(Cache)
FC或IP(GE)
FC或IP(GE) 缓存(Cache) CPU 后端总线 CPU
A0 B0 C0 数据 D0 A1 B1 C1 E1 A2 B2 D2
……
异或运算
A0 A1 A2
B0 B1 B2 P3 B4
C0 C1 P2 C3 C4
D0 P1 D2 D3 D4
P0 E1 E2 E3 E4
校验信息Px 分布式存储
A3 P4
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体系结构设计 缓存技术 RAID技术 主机通道连接技术 快照技术 复制技术
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XX公司
常见阵列体系结构
光纤通道主机 端口
CPU
高速缓存
光纤通道 后端环路 ... ...
光纤通道主机 端口
CPU
高速缓存
RAID 2
RAID 3 RAID 4 RAID 5 RAID 6
海明码错误校验及校正
数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘 单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘 数据条带化，校验信息分布式存放 数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
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RAID级别 —— RAID 6
RAID 6 是带有两个独立分布式奇偶校验方案的独立数据硬盘 （Independent data disks with two independent distributed parity schemes）。广义上讲，能够允许两个硬盘同时失效的RAID级别统称为 RAID 6，狭义上讲，特指Intel的RAID P+Q技术。硬盘空间利用率为(N2)/N，N为RAID6阵列硬盘总数 RAID 6技术：
A1
B1 C1 D1 数据盘
A2 B2 C2 D2
PA
PB
PC PD 校验盘
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RAID级别 —— RAID 4
RAID 4是带有共享校验硬盘的独立数据盘（ Independent data disks with shared parity disk），与RAID 3类似，不同在于对数据访问是每 次一个盘，而RAID 3是每次一个条带，RAID4的读写性能较差，目前 较少使用
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RAID基本概念1——条带
分条
条带
硬盘0
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硬盘1
硬盘2
硬盘3
RAID基本概念2——校验
两个数字之间的XOR运算定义是：
1 XOR 1 = 0 1 XOR 0 = 1 0 XOR 1 = 1 0 XOR 0 = 0
相对于单个硬盘，无法提高写性能
D E
硬盘数
2
E
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RAID级别 —— RAID 3
RAID 3即带有校验的并行数据传输阵列（Paralleled transfer with parity），数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验 数据
RAID3、RAID4、RAID5区别
RAID 3是与RAID 4类似，在每组盘中使用单一的校验盘，但是RAID 3 中条带划分较小，使得每一个操作都要跨越阵列中所有的磁盘。例如， 一个块数据中的第一个字节可能在第一个盘上，第二个字节在第二个盘 上，诸如此类。 RAID 3经常处于磁头同步状态以减少等待时间，RAID 3适于单一大文件以高数据率进行读写的应用，诸如超级计算机和图形 图像处理。 对于多用户并行发起众多互不相关磁盘操作的应用则不适 宜。作为对比， RAID 4盘组中的每一个数据盘都可以同时满足一个单 独用户的请求。 RAID 5与RAID 4类似，但与RAID 4拥有独立校验盘不同，RAID 5在阵 列中所有磁盘上存储校验信息。RAID 5的主要的优势在于它可以防止 校验盘本身成为读写瓶颈。主要的缺点是不能方便的将一块新磁盘添加 到现有的RAID组中。
RAID 5
该热备盘由系统中两个RAID组共享，可自动顶替任何一个RAID中的一个 失效硬盘
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RAID级别 —— RAID 0
RAID0即没有容错设计的条带硬盘阵列（Striped Disk Array without Fault Tolerance），以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中
A
B
数据 C D E
F
G
H ……
优点
极高的读写效率 速度快，由于不存在校验， 所以不占用CPU资源 部署简单 无冗余，通常和其他RAID 级别混合使用
A E I
B F J
C G K
D H L
缺点
最小 硬盘数 2
不适合用于关键数据环境
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前端总线
系统缓存 读缓存 写缓存 CPU CPU CPU
前端总线
系统缓存 读缓存 写缓存 CPU
后端总线
后端总线
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控制器缓存镜像
1、主机数据写入缓存； 2、缓存数据进行异或 运算，产生校验数据； 3、将校验数据添加到 缓存；
RAID组合方式 — 级别扩展
同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别
RAID 0+1
先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像
RAID 10
类似于RAID 0+1，区别在于先做RAID 1，后做RAID 0
RAID 50
先做RAID 5，后做RAID 0，能有效提高RAID 5的性能
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RAID 3/4/5的读和写
读操作：多磁盘同时读取数据 写操作：更新数据之前，需要将条带中其他部分数据读出并重新计算 校验值，新数据和校验数据同时被写更新。
RAID3
RAID 4 / 5
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UIT 存储基础
技术中心 郭镭
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第四章
阵列技术
磁盘阵列体系结构 RAID技术 阵列与主机链接 快照与复制
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磁盘阵列
什么是磁盘阵列：磁盘阵列是一种采用RAID技术、冗余技术和在线 维护技术制造的一种高性能、高可用的磁盘存储设备。 磁盘阵列核心技术：
通常的中档控制器设计 单个或集群的双控制器 前端主机端口，后端光纤环路 镜像的高速缓存
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矩阵式高端阵列体系结构
高端企业级磁盘阵列
CHIP Cross Bar ACP
光纤通道
...
CHIP 光纤通道 CHIP 高速
A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 C0
……
异或运算
A0
A1 A2 A3
B0 B1 B2 B3
C0 C1 C2 C3 数据盘
D0 D1 D2 D3
P0
P1
P2 P3 校验盘
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RAID级别 —— RAID 5
RAID 5与RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上， RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息 保存在不同硬盘上。RAID 5是最常用的RAID方式之一。