存储基础知识(RAID及磁盘技术)..
数据库存储的关键技术 raid
数据库存储的关键技术 raid一、RAID的概述RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）是一种数据存储技术，通过将多个磁盘组合起来形成一个逻辑上的单个磁盘，提高数据的可靠性和性能。
二、RAID的类型1. RAID 0：条带化存储，将数据分块存储到不同的物理磁盘上，提高读写速度。
但是如果其中一个磁盘损坏，则所有数据都无法恢复。
2. RAID 1：镜像存储，将数据同时写入两个物理磁盘中，当一个磁盘损坏时可以从另一个磁盘中恢复数据。
3. RAID 5：带奇偶校验的条带化存储，将数据分块存储到不同的物理磁盘上，并在每个块中加入奇偶校验信息。
当其中一个磁盘损坏时可以通过奇偶校验信息恢复数据。
4. RAID 6：带双重奇偶校验的条带化存储，与RAID 5类似但加入了额外的奇偶校验信息以提高容错能力。
三、RAID的实现方式1. 硬件RAID：使用专门设计的硬件卡来实现RAID功能，具有较高的性能和可靠性，但价格较高。
2. 软件RAID：使用操作系统提供的软件来实现RAID功能，成本较低但性能和可靠性不如硬件RAID。
四、RAID的应用场景1. 数据库服务器：数据库存储对数据的可靠性要求非常高，使用RAID 可以提高数据的容错能力和读写速度。
2. 大型文件服务器：大型文件服务器需要处理大量数据并保证数据的完整性，使用RAID可以提高读写速度和容错能力。
3. 视频监控系统：视频监控系统需要长期存储大量视频数据，并且要保证数据的完整性和可靠性，使用RAID可以提高容错能力和读写速度。
五、RAID的注意事项1. RAID并不是万无一失的，当多个磁盘同时损坏时仍然会导致数据丢失。
2. 在使用RAID时需要选择合适的类型和实现方式，并进行正确配置和管理。
3. 使用硬件RAID时需要注意兼容性问题，不同厂商的硬件卡可能存在兼容性问题。
4. 在进行磁盘更换时需要按照正确的步骤进行操作，否则可能会导致数据丢失。
IBM储存(磁盘阵列柜)基础知识培训
5
磁盘阵列柜的应用
由于磁盘阵列柜具有数据存储速度快、存储容量大等优点，所以磁盘阵列柜通 常比较适合在企业内部的中小型中央集群网存储区域进行海量数据存储。
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存储网络的架构
企业存储技术发展日新月异，早期大型服务器的DAS 技术（ Direct Attached Storage，直接附加存储，又称直连存储），后 来为了提高存储空间的利用及管理安装上的效率，因而有了SAN（ Storage Area Network，存储局域网络）技术的诞生，SAN 可 说是DAS 网络化发展趋势下的产物。早先的SAN 采用的是光纤通 道（FC，Fiber Channel）技术，所以在iSCSI出现以前，SAN 多半 单指FC 而言。一直到iSCSI 问世，为了方便区别，业界才分别以 FC-SAN和IP-SAN。 NAS（Network Attached Storage：网络附 属存储）是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数 据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。
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基本配置 Server
HBA
Fibre Channel SCSI Chip Controller
RAID sub-system
SCSI Chip Controller Ethernet to Client workstations Dual Controller RAID with only one controller in use (B not used in this example). This RAID system has four SCSI buses with five drives on each bus.
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SAN的组成
SAN由服务器，后端存储系统，SAN连接设备组成；
raid(独立冗余磁盘阵列)基础知识
raid(独立冗余磁盘阵列)基础知识RAID（独立冗余磁盘阵列）基础知识RAID（独立冗余磁盘阵列）是一种通过将多个磁盘驱动器组合在一起来提高数据存储性能和冗余性的技术。
RAID技术通过将数据分散存储在多个磁盘上，实现了数据的并行读写和冗余备份，从而提高了数据的可靠性和性能。
RAID技术的核心思想是将多个磁盘驱动器组合在一起，形成一个逻辑卷（Logical Volume），这个逻辑卷被操作系统看作是一个单独的磁盘。
RAID可以通过不同的方式组织磁盘驱动器，从而实现不同的性能和冗余级别。
常见的RAID级别包括RAID 0、RAID 1、RAID 5和RAID 10。
RAID 0是一种数据分布方式，它将数据均匀地分布在多个磁盘上，从而提高了数据的读写性能。
RAID 0的性能优势主要体现在读取速度方面，因为数据可以同时从多个磁盘上读取。
然而，RAID 0没有冗余备份机制，一旦其中一个磁盘发生故障，所有数据都将丢失。
RAID 1是一种数据冗余方式，它通过将数据在多个磁盘上进行镜像备份来提高数据的可靠性。
RAID 1的优势在于当一个磁盘发生故障时，系统可以从其他磁盘上读取数据，保证数据的完整性。
然而，RAID 1的缺点是存储效率较低，因为每个磁盘都需要存储完整的数据。
RAID 5是一种将数据和校验信息分布在多个磁盘上的方式，通过计算校验信息来实现数据的冗余备份。
RAID 5的优势在于能够提供较高的数据存储效率和较好的读取性能，同时具备一定的容错能力。
当一个磁盘发生故障时，可以通过校验信息恢复数据。
然而，RAID 5的写入性能相对较低。
RAID 10是RAID 1和RAID 0的结合，它将数据分散存储在多个磁盘上，并通过镜像备份提供冗余性。
RAID 10的优势在于能够提供较高的读取和写入性能，同时具备较好的容错能力。
然而，RAID 10的缺点是存储效率较低，因为每个磁盘都需要存储完整的数据。
除了上述常见的RAID级别外，还存在一些其他的RAID级别，如RAID 2、RAID 3、RAID 4和RAID 6等。
存储技术基础知识
存储技术基础知识2023/9/7CONTENTS目录04半导体存储03光学存储02磁性存储01存储基本概念05数据存力存储基本概念01存储的作用·存储系统是计算机最重要的组成部分之一，实现“记忆”的功能·存储系统负责对信息数据进行保存，可以支持写入和读取存储的类型（按类别）· 存储分为多种类型，内存(Memory) 和硬盘(Hard Disk)是最常见的两种· 内存有时候也叫运行内存(运存)。
它是CPU和硬盘之间的桥梁，暂时存放CPU中的运算数据存储的类型（按类别）· 关机或断电后，内存上的数据就没有了，属于易失性(VM)存储器· 硬盘比内存的容量更大，存放了大量的数据文件。
只要执行了保存(写入)操作，即便关机或断电，硬盘上的数据仍会继续存在，属于非易失性(NVM)存储器存储器的层次结构· 不同类型的存储器，根据性能和成本的权衡，应用于不同的位置。
· 性能越强的存储器，价格就越贵，会越离计算芯片 (CPU/GPU等)越近· 性能弱的存储器，可以承担一些对存储时延要求低，写入速度不敏感的需求，降低成本。
数据的类型存储技术分类(按介质)· 现代存储技术，主要分为三大类别，分别是: 磁性存储、光学存储以及半导体存储.磁性存储02磁存储时代磁带机存储器· 以磁带为存储介质，由磁带机及其控制器组成的存储设备，是计算机的一种辅助存储器· 磁带机由磁带传动机构和磁头等组成，能驱动磁带相对磁头运动，用磁头进行电磁转换，在磁带上顺序地记录或读出数据。
· 低成本的存储方式，经常用于冷数据的离线存储硬盘(HDD)的基本知识硬盘(磁性)的组成· 主流的硬盘，扇区密度是一致的，也就是说，越靠外侧，扇区数越多。
每个扇区的大小是4K字节，用一个逻辑块编号寻址 (LBA，Logical Block Addressing)· 以扇区为基础，一个或多个连续的扇区组成一个块，叫做物理块。
存储基础知识培训ppt课件
物理卷（RAID）
RAID、LUN的形成过程
物理磁盘
LUN
物理卷（RAID）
பைடு நூலகம்
分割
卷（Volume）
在LUN映射给主机的“物理硬盘”，对于主机系统来说就是一个“卷”，没有格式化的卷我们称为裸设备（裸卷），卷上创建一个或多个分区（如C盘，D盘等等），通过格式化以后创建文件系统（FAT32、NTFS、ext2/3/4等）VOLUME相对于主机是一个逻辑设备。
控制器
磁盘柜
磁盘电缆
磁盘阵列是把多个磁盘组成阵列（Array） ，以单一磁盘使用。磁盘阵列所利用的不同的技术，称为RAID level，不同的level 针对不同的系统及应用，以解决数据存储的安全、性能和容量的问题。阵列控制器是介于主机和磁盘之间的控制单元，配置有专门为I/O进行过优化的处理器以及一定数量的缓存（cache）。控制器上的CPU和cache共同实现对来自主机系统I/O请求的操作和对磁盘阵列的RAID管理。阵列上的cache则作为I/O缓冲池，大大提高磁盘阵列的读写响应速度，显著改善磁盘阵列的性能。传统磁盘阵列大多采用双控制器设计，从而充分体现了磁盘阵列的高可用特性。双控制器可配置成active-active或active-standby的工作模式，并且支持热插拔功能，能够实现简单的无单点故障，为用户提供的7*24不间断业务。 在配置了CPU和cache的磁盘阵列中，部分高端产品还可以运行基于磁盘阵列的存储软件，提供比较全面的基于磁盘阵列的解决方案。
常见磁盘阵列
光纤通道（FC）
HBA卡
WWN（World Wide Name）
SAN交换设备—交换机
FC交换机，内部为Fabric拓扑，每端口独占带宽，理论上可以连接1600万个设备
RAID技术知识普及介绍
RAID技术知识普及介绍一、RAID 简介RAID 是Redundant Array of Inexpensive Disks 的缩写，直译为“ 廉价冗余磁盘阵列” ，也简称为“ 磁盘阵列” 。
后来RAID 中的字母I 被改作了Independent ，RAID 就成了“ 独立冗余磁盘阵列” ，但这只是名称的变化，实质性的内容并没有改变。
RAID 就是以多个磁盘组成并行工作的磁盘阵列的方式来提高数据存取的速度和安全两方面的能力。
RAID 技术最初都是建立在SCSI 系统基础上，后来Promise 公司第一次提出并研发了基于IDE 硬盘的RAID 产品，从而能以较低价格提供更高的性能和安全保证。
同时，RAID 系统的优点也是相当明显的。
首先，RAID 成本低，功耗小，传输速率高。
在RAID 中，可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用RAID 可以达到单个的磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。
这也是RAID 最初想要解决的问题。
因为当时CPU 的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率无法大幅提高，所以需要有一种方案解决二者之间的矛盾。
RAID 最后成功了。
此外，RAID 可以提供容错功能。
这是使用RAID 的第二个原因，因为普通磁盘驱动器无法提供容错功能，如果不包括写在磁盘上的CRC （循环冗余校验）码的话。
RAID 和容错是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错功能之上的，所以它提供更高的安全性。
最后，RAID 比起传统的大直径磁盘驱动器来，在同样的容量下，价格要低许多。
正是这些优点使得RAID 技术迅速普及，并成为2001 年的一个热点。
RAID 技术经过不断的发展，现在已拥有了从RAID 0 到 6 七种基本的RAID 级别。
另外，还有一些基本RAID 级别的组合形式，如RAID 1+0 （RAID 0 与RAID 1 的组合），RAID 5+0 （RAID 0 与RAID 5 的组合）等。
存储基础知识考试题答案
存储基础知识考试题答案1. 下列关于磁带存储的说法中，正确的是：磁带存储是一种顺序访问存储介质，适合用于大容量、大流量的数据存储。
它的存储介质是磁性的带状介质，数据按照顺序存储在磁带上。
因此，在访问数据时，需要按照顺序进行读取，不适合随机读写。
2. RAID技术中，下面哪一种级别提供了数据冗余和更高的读写性能：RAID 5级别提供了数据冗余和更高的读写性能。
RAID 5通过将数据和奇偶校验信息分布在多个磁盘上，实现数据冗余，并且通过并行读取和写入操作提高了磁盘阵列的读写性能。
3. 下列关于SSD固态硬盘的说法中，不正确的是：SSD固态硬盘是一种使用NAND闪存芯片作为存储介质的存储设备，具有高速读写、低功耗、无噪音等优点。
与传统磁盘相比，SSD没有机械结构，可以提供更好的抗震性能。
但是，SSD的寿命相对较短，主要原因是闪存芯片的擦写次数有限。
4. 在存储系统中，下列说法中，正确的是：存储系统包括主存储器（内存）、辅助存储器（外存）和输入输出设备。
其中，主存储器是计算机与处理器直接交互的部分，用于存放正在运行的程序和数据。
而辅助存储器则用于存储长期存储的数据和程序，例如硬盘、磁带等。
5. 下列关于块存储和文件存储的说法中，不正确的是：块存储将数据分成固定大小的块进行存储，每个块都有唯一的地址。
块存储适合对数据进行快速存取和处理。
与之相对的是文件存储，文件存储以文件为单位进行存取，基于文件的存取方式更适合用户对数据的操作和管理。
6. 在存储系统中，下列关于SAN和NAS的说法中，正确的是：SAN（Storage Area Network）和NAS（Network Attached Storage）都是存储网络技术。
SAN通过高速通道将存储设备连接到计算机，提供高性能的存储资源。
而NAS则通过网络连接将存储设备作为文件服务器提供给用户。
两者主要区别在于SAN更适合用于大规模的存储共享、应用服务器集群等场景，而NAS则更适合用于文件共享和备份恢复。
存储基础知识(RAID及磁盘技术).. 共50页
RAID6 P+Q
• RAID6 P+Q会根据公式计算出P和Q的值，当有 两个数据同时丢失时，仍可以计算出原数据
条带1 条带2 条带3 条带4 条带5
RAID 0 RAID 1 RAID 2 RAID 3 RAID 4 RAID 5 RAID 6
数据条带化，无校验 数据镜像，无校验 海明码错误校验及校正（不常用） 数据条带化读写，校验信息存放于专用盘（不常用） 单次写数据采用单个硬盘，专用盘存放校验数据（不常用） 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
高可用性
磁盘利用率较高(N-1),没有固定的校验盘，奇偶校验信息均匀分
布在阵列所属的所有磁盘中
随机读写性能高允许在同一组内并发进行多个写操作
• 缺点
异或较验影响存储性能
应用 文件及应用服务器 数据库服务器 Web, E-mail 局域网服务器
RAID6（Double parity drive）高级数据保护
• CPU运算速度飞速 提高，数据读写速 度不应该成为计算 机系统处理的瓶颈
Total request execution time
速度 N x 单块硬盘的速度
RAID基本概念 ——条带
大数据块写入RAID时会被分成多个数据块并行写入多块硬盘， 这些大小一致的数据块就称为条带。同时数据读取时会并行从 多块硬盘读取条带数据，最后完整输出。
存储基础知识
RAID技术
RAID基本概念——定义
RAID （Redundant Array of Independent Disks）即独立磁盘冗 余阵列，RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑 硬盘，从而达到提升存储容量、读写性能和数据安全性的目的。根据不 同的组合方式可以分为不同的RAID级别
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• RAID可以多个硬盘按照指定容量创建一个或多个逻辑卷，便通过
LUN（Logic Unit Number）来标识。一个逻辑卷对于主机来说 就是一块硬盘（物理卷）
逻辑卷
LUN1
逻辑卷
LUN2
LUN3
物理卷
物理卷
RAID10
RAID5
多个物理卷上创建1个逻辑卷
多个物理卷上创建2个逻辑卷
特点：较高的数据冗余性能；超强的数据保护能力，可以应付多颗盘同 时出错； 优点：允许在同一组内并发进行多个写操作 缺点：计算校验地址占用较多的处理时间；较低的写入速率。
RAID6 P+Q
•
RAID6 P+Q会根据公式计算出P和Q的值，当有 两个数据同时丢失时，仍可以计算出原数据
磁盘1 条带1 条带2 数据1a 数据2d
I/O 2
I/O 2 (Disk 2)
• CPU运算速度飞速 提高，数据读写速 度不应该成为计算 机系统处理的瓶颈
节省时间
Total request execution time
速度 @ N x 单块硬盘的速度
RAID基本概念 ——条带
大数据块写入RAID时会被分成多个数据块并行写入多块硬盘， 这些大小一致的数据块就称为条带。同时数据读取时会并行从 多块硬盘读取条带数据，最后完整输出。 条带无疑会大幅度提升整体读写效率。
磁盘2 数据1b 数据2e
磁盘3 数据1c P2
磁盘4 P1 Q2
磁盘5 Q1 数据2f
条带3
条带4 条带5
数据3g
P4 Q5
P3
Q4 数据5m
Q3
数据4j 数据5n
数据3h
数据4k 数据5o
数据3i
数据4l P5
RAID 级别比较
项目 最小配置 性能 特点 磁盘利用 率 描述 RAID0 1 Highest 无容错 100% RAID1 2 Lowest 最佳的 容错 50% 磁盘镜 像 RAID10 4 RAID5<RAID10 <RAID0 最佳的容错 50% RAID0与RAID1 的结合 RAID5 、RAID3 3 RAID1<RAID5< RAID10 提供容错 (N-1)/N 带奇偶效验的 条带集
缺点
• 部署成本低 • 共享网络（IP网络复用，提高
IP-SAN 网络利用率） • 维护简便 • 适合远距离传输
• 传输效率低（正常 IP 网
络利用率不足50%）
• 传输安全性低 • 传输延时无保障 • 一般占用大量主机资源
FC-SAN
• • • • • •
传输效率高 传输安全性高 传输延时极小 占用主机资源少 技术成熟 应用范围最广的专业存储架构
• 优点
高可用性 磁盘利用率较高(N-1) 并行I/O传输，顺序读性能较高 校验盘成为性能瓶颈 每次读写牵动整个组，每次只能完
成一次I/O
应用
流媒体服务器
图像编辑 视频编辑
• 缺点
RAID 5 (条带技术+分布式校验)
原理：RAID5 将所有校验的数 据分别存贮在所有的硬盘上, 每一个硬盘的不同地方既存贮 数据，也存贮校验数据。当某 块硬盘出现故障时，其它硬盘 可以通过校验数据将故障的硬 盘的数据重新恢复出来。
NAS
•
iSCSI
iSCSI也叫IP SAN 多应用于PC服务器平台、Windows（SQL Server、
Exchange）、Linux、小型数据库
RAID控制
SAN/iSCSI
磁盘读写
存储架构适用分类
SAN: NAS:
• • • •
提供可用性、可管理性和扩展性 数据库/ERP/OLTP 灾难恢复 数据仓储
RAID 0 条带存储(St块，并把它们写到阵列上不
同的硬盘上，这种技术又称“Stripping” （即将数据条带化），RAID0在读写时是 以并行的方式对各硬盘同时进行操作。
应用
优点
磁盘空间利用率最高 在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的
缓存：是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存
分条
条带
硬盘0
硬盘1
硬盘2
硬盘3
RAID基本概念 ——重建（Rebuild）
某块硬盘出现故障后，一旦将其更换为正常硬盘，RAID便会通过其他硬盘 数据计算出坏盘上原有的数据，再将数据重建回新添硬盘上。
A0
XOR
XOR
故障 更换
A0
数据盘
A1
数据盘
A2
数据盘
P
校验盘
RAID基本概念——物理卷和逻辑卷
SAN- 存储局域网络
Client 1
Server A Application A Disks for Server A
Local Area
Client 2
SAN Disks for Server B
Network
Server B Application B
Disks for Server C
Client 3
• 部署成本较高 • 需要专属网络
• DAS
优点: 成本低，对于小型用户来说，易于维护 缺点: 性能不高，系统停机多，资源无法共享，多系统环境下的
• NAS • SAN
管理成本增加
优点: 方便，文件级的数据共享，集中化管理 缺点: 需要贡献文件系统，安全性无法保障，性能一般，磁盘级
单块硬盘 容量
硬盘容量 = 单块硬盘容量 x N
一旦硬盘损坏，资料将丢失! 作业将停顿!
RAID出现原因 三
提升速度
未使用 RAID
使用 RAID
Software setup Access Time Data Transfer Software Completion
I/O 1 I/O 1 (Disk 1)
Storage Area Network (SAN)存储区域网络应用光纤技术
的SAN网络，传输介质为光纤，性能最高，目前使用较广
ISCSI(IP-SAN)
iSCSI-利用TCP/IP协议连接存储设备,可以理解为SCSI over IP,是将SCSI命 令封装到TCP/IP数据包中,通过IP网络传输SCSI数据。
数据无法共享／集中，复杂系统的成本大，维护难，扩容受限
优点: 集中化的管理，高性能，减少停机时间，安全保障高 缺点: 成本昂贵、系统复杂。磁盘阵列的兼容性限制了设备选择
空间及资源共享。
机械硬盘
机械式硬盘结构
盘片 (Media)
主轴马达 (Spindle Motor) 磁头
磁头停放区 (Parking Zone)
传动部件
基座(Base Plate)
接口
机械式硬盘主要指标（一）
容量：指硬盘能存储的数据量大小，以字节为基本单位
单碟容量：硬盘都是由一个或几个盘片组成的，单碟容
量就是指包括正反两面在内的单个盘片的总容量
转速：即主轴马达转动速度，单位为RPM（Round
Minute)，即每分钟盘片转动圈数
Per
镜象阵列条带 分布奇偶阵列条带
分布奇偶条带
容错性 冗余类型 热备盘选项
没有 没有 没有
有 复制 有
有 奇偶位 有
有 复制 有
有 奇偶位 有
有 两种奇偶位 有
需要的磁盘数
一个或多个
只需2个
三个或更多
只需4个
不小于6的偶数（6，8， 10，12，14，16）（因 为RAID5最少3个，再做 镜像，就是6个）
• 优点
高可用性
布在阵列所属的所有磁盘中 随机读写性能高允许在同一组内并发进行多个写操作
应用
磁盘利用率较高(N-1),没有固定的校验盘，奇偶校验信息均匀分
文件及应用服务器 数据库服务器 Web, E-mail 局域网服务器
• 缺点
异或较验影响存储性能
RAID6（Double parity drive）高级数据保护
媒体编辑 图像编辑 需要高带宽的应用
缺点
无冗余功能，如果一个磁盘损坏，则所有 的数据都无法使用 不适合关键业务
RAID 1 镜像/双工
原理：即每个工作盘都有一个镜像盘， 每次写数据时必须同时写入镜像盘，读 数据时只从工作盘读出，一旦工作盘发 生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读 出数据。当更换故障盘后，数据可以重 构，恢复工作盘正确数据
• 优点
数据安全性相对其它RAID级，是
应用
• 缺点
最好的
财务
金融 需要高数据可用性的应用
磁盘利用率只有50%，是所有
RAID上磁盘利用率最低的一个级 别
RAID 3 (条带分布+专用盘校验)
原理：使用至少三块硬盘配置， 在其中的一块硬盘上存贮专用的 校验数据，当某块硬盘出现故障 时，其它硬盘可以通过校验数据 将有故障的硬盘的数据重新恢复 出来。 特点：数据以位或字节的方式存 于各盘（分散记录在组内相同扇 区的各个硬盘上）
•
• • •
易于安装和管理，低价位,
文件服务器集中/更换 PDM/CAD 文件共享
目标应用:
目标应用:
DAS: 只适用于小型商务
IP-SAN与FC-SAN比较
• •
IP-SAN适用环境：异地间的数据交换及容灾，备份，非关键应用的集中存储。 FC-SAN适用环境：关键应用的集中存储、备份及容灾。
优点
不带奇偶 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。