存储基础知识

存储的发展历程

什么是存储：

存储：就是根据不同的应用环境通过采取合理、安全、有效的方式将数据保存到某些截止上并能保证有效的访问。

当前存储的主要体系结构有三种：DAS、NAS、SAN。

存储发展历程的两个推动力：

1. 业务上的需求
2. 技术上的不断提升

早期的存储：

服务器与存储一体：

1. CPU主频较低
2. 内存比较小
3. 硬盘容量也不大
4. 业务要求也没那么多

存储发展趋势：

• 重复数据删除
• SSD固态硬盘
• 云存储
• 虚拟化环境的保护
• 一体化应用存储设备
• 非结构化数据存储与管理
• 备份容灾

存储与应用环境

主机内部存储环境：

主机内部I/O流程各个环境共同构成了数据储存的内部应环境。

图：内部存储环境流程

主机内部存储环境的瓶颈：

传统内置存储，有接口，CPU，内存，硬盘等。

• 硬盘成为整个系统的瓶颈

  有限的硬盘槽数

  单个硬盘存放数据，安全性得不到保证

• 存储空间利用率等

  本地存储，数据分散，难以共享

• 可扩展性不够

  总线结构，而非网络结构

  可连接的设备受到限制增加容量时，需停机

网络存储应用环境：

网络存储系统各层构成了网络存储系统的应用环境，决定了数据存储的可靠性、性能和安全性。

图：网络存储结构

存储介质

机械硬盘：

图：机械硬盘结构

机械硬盘由盘片、磁头驱动机构、接口、控制电路、磁头组件、主轴等构成。还有高速缓存芯片、主控芯片、数据传输信息。

机械硬盘的主要参数：

• 硬盘容量（Volume）

• 缓存（Rotatinoal speed）：磁盘转动圈数/分钟

• 缓存

• 平均访问时间

  平均访问时间由平均寻道时间和平均等待时间构成。

• 数据传输率(Data Transfer Rate)

  内部传输率(Internal Transfer Rate)

  外部传输率(External Transfer Rate)

• IOPS(Input/Output per Second)每秒的输入输出量（或读写次数），是衡量磁盘性能的主要指标之一。

• Throughput吞吐量：值单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量数据读写的应用，如电视台的视频编辑，视频点播VOD（Video On Demand），则更关注吞吐量指标。

SSD硬盘：

图：SSD架构框图

• 无高速旋转部件，性能高，功耗低
• 多通道并发，通道内Flash颗粒复用时序
• 支持TCQ/NCQ，一次响应多个IO请求。
• 典型响应时间低于0.1ms。

SSD优势：

1. 响应时间段

   机械硬盘的机械特性导致大部分时间浪费在寻道和机械延迟上，数据传输效率受到严重制约。

2. 读写效率高

   机械硬盘在进行随机读写操作时，磁头不听地移动，导致读写效率底下，而SSD通过内部控制器计算出数据的存放位置，直接进行存取操作，过效率高。

3. 设备温度低，功耗比机械硬盘低。

4. SSD不含高速的机械结构部件，可经得住严苛的环境考验，以华为SSD硬盘为例：

   HSSD可承受整栋加速度16.4G,机械硬盘一般为0.5G以下。

   HSSD可抗冲击1500G，机械硬盘一般为70G左右。

SSD硬盘–存储中的应用：

图：存储中的应用

硬盘接口类型：

• ATA（Advanced Technology Attachment）高级技术附加装置

  ATA硬盘以经常成为IDE Integrated Drive Electronics硬盘。

  ATA接口为并行ATA技术。

• SCSI接口（Small Computer System Interface）小型计算机系统接口

• SATA：Serial ATA，串型ATA。

  SATA采用串型方式进行数据传输，接口速率比IDE接口高，最低为150Mps，并且第二代（SATA II），300Mbps接口硬盘已经形成商用，规划内的最高速率可达600Mbps。

  SATA硬盘采用点对点连接方式，支持热插拔，即插即用。

  适合大数据块，业务压力不大的用户使用。如；企业备份数据，归档数据，视频图片存储。

• SAS接口：（Serial Attached SCSI）串行连接SCSI

  SAS是一种点对点、全双工、双端口的接口。

  SAS专为满足高性能企业需求而设计，实现与SATA的互操作，为企业用户带来前所未有的灵活性和低成本。

  速率每路600M

  SAS具有高性能、高可靠性、强大的扩展性能。

  适合业务量大， 范围评率较高，以小数据块居多，数据较为离散的中/高端用户。如：企业数据库，CRM、ERP等应用。

• FC接口：FC硬盘采用FC-AL（Fiber Channel Arbitrated Loop）光纤通道仲裁环。

  FC-AL是一种双端口的串型存储接口

  FC-AL支持全双工工作方式

  FC-AL利用类似SATA/SAS所用的4芯连接，提供一种单环拓步结构，一个控制器能够访问126个硬盘。

• NL SAS采用SAS接口，SATA盘体，也叫近线SAS。

  原生支持SCSI，支持双端口访问，高级容错技术，大容量低功耗。

  更适合大数据块业务，压力不大的用户使用。如：；邮件服务器，文件服务器。