san存储之硬盘与RAID总结

硬盘

硬盘结构

硬盘的主要指标

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，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 PedMinute），即每分钟盘片转动圈数

缓存：

         是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部盘片和外部接口         之间的缓冲器

平均访问时间：硬盘磁头找到目标数据所需的平均时间

平均寻道时间：磁头寻找目标数据所在磁道所需的平均时间

平均潜伏时间：当磁头移动到数据所在的磁道后，等待指定的数据扇区转动到磁头下方的时                              间

数据传输率：

         内部数据传输率：数据从盘片表面传输到硬盘的缓存的速率

         外部数据传输率：数据从硬盘的缓存读出到外部总线的速率

MTBF：Mean TimeBetween Failure，

平均无故障时间

硬盘的主要技术

S.M.A.R.T:Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology，自监测、分析及报告技术、检测磁头、磁盘、马达、电路等部件，然后根据得到的关于各部件运行情况与历史记录的数据进行分析、比较，根据需要会自动向用户发出警告

TCQ：Tagged CommandQueuing ，标记命令队列

NCQ：Native CommandQueuing ，本机命令队列，是SATA Ⅱ规范支持的一种新的功能，支    持NCQ的硬盘可以对指令进行排队（多达32条指令），重新编排指令执行次序，也            可以立即执行指令，可提高硬盘的性能，减少CPU占用率

Duty Cycle：指硬盘的工作负荷， 定义为特定时间段内硬盘用于寻道、读/写操作的时间占                          总时间的百分比。100%即表示硬盘每天24小时不停在进行读写操作

SCT：即S.M.A.R.T CommandTransport，该技术在硬盘内部划出一部分扇区做为日志记录，              分析SMART命令包含的状态信息，判断硬盘的工作状况从而调节负载（比如数据流量）          来保证硬盘可靠性

转速和缓存对硬盘性能的影响

硬盘的读写速度通硬盘的转速成正比

更高的转速可缩短硬盘的实际读写时间

硬盘缓存的大小直接影响硬盘的整体性能

硬盘类型及接口

ATA/IDE接口硬盘简介

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

         ATA硬盘是传统的桌面级硬盘，主要应用于个人PC机，也经常称为IDE                             （Integrated Drive Electronics ）硬盘

         ATA接口为并行ATA技术，下一代的产品是串行ATA（SATA）

SCSI接口硬盘简介

         SCSI(SmallComputer System Interface )小型计算机系统接口

         SCSI硬盘并发处理性能优异，常应用于企业级存储领域

         SCSI硬盘采用并行接口，接口速率目前发展到320MB/s，基本已经达到极限，已被其                   串行版本SAS（ Serial  Attached SCSI ）硬盘所替代

 

FC接口硬盘简介

         FC硬盘采用FC-AL(Fiber Channel  Arbitrated  Loop，光纤通道仲裁环) 接口模式

         FC-AL是一种双端口的串行存储接口

         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，提供一种单环拓扑结构，一个控制器能访                    问126个硬盘

SATA接口硬盘简介

         SATA：Serial ATA (SerialAdvanced Technology Attachment )串行ATA

         SATA采用串行方式进行数据传输，接口速率比IDE接口高，最低为150MB/s，并且第                    二代（SATAⅡ ）300MB/s接口硬盘已经形成商用，规划内的最高速率可达600MB/s     SATA硬          盘采用点对点连接方式，支持热插拔，即插即用

SATAⅡ技术

         SATAⅡ有一下五个主要特性：

}  更高的端口传输率（300MB/s）

}  本机命令队列（NCQ）

}  组件管理（EnclosureManagement ），比如风扇控制，温度控制，新硬盘指示，坏硬盘指示，硬盘状态指示等

}  端口复用（PortMultiplier ），允许多个硬盘连接到同一端口

}  可向上兼容SAS技术

         SATAⅡ技术可对24×7企业在线和近线存储应用提供超大容量和高可靠性的支持

SAS接口硬盘简介

         SAS(SerialAttached SCSI) 串行连接SCSI

         SAS是一种点对点、双全工、双端口的接口     

         SAS专为满足高性能企业需求而设计，并且兼容SATA硬盘，为企业用户带来前所未                    有的灵活性

SAS技术优点

         性能：能够提供3.0Gbit/s的传输率，规划到12.0Gbit/s

         兼容性：SAS连接器可以同时支持SATA和SAS硬盘

         可扩展性：通过Expander可以扩展到16000个设备

                        支持世界范围唯一的设备ID号，提高了设备寻址能力

                        支持更长距离的电缆，在无光纤传输能力的情况下，电缆长度可以到10米

         灵活性:SAS可以使用现有的SCSI命令集，保护企业现有SCSI软件的投资，继承了                              SCSI的高可用性，并在SCSI命令排队方面进行了优化

SAS完全承袭了SCSI的优势，采用串行技术性能得到进一步提升，同时还考虑了向下兼容SATA的问题，因此用户可以根据不同的需求和承受能力，灵活选择SAS和SATA进行组合来构建存储系统

RAID

RAID基本概念

         RAID（RedundantArray 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，从而提高了硬盘的读写性能和数据安全性。

RAID级别

         RAID0       数据条带化，无校验

         RAID1       数据镜像，无校验

         RAID2       海明码错误检验及校正

         RAID3       数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘

         RAID4       单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘

         RAID5       数据条带化，校验信息分布式存放

         RAID6       数据条带化，分布式校验并提供两级冗余

同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别

         RAID0+1          先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像

         RAID10             类似于RAID 0+1，区别在于先做RAID 1，后做RAID 0

         RAID50             先做RAID 5，后做RAID 0，能有效提高RAID 5的性能

RAID组状态

物理卷和逻辑卷

RAID由几个硬盘组成，从整体上看相当于一个物理卷

在物理卷的基础上可以按照指定容量创建一个或多个逻辑卷，通过LUN（login Unit Number）来标识

RAID、逻辑卷的形成过程

虚拟RAID技术

RAID级别和特点

RAID 0

          既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

RAID 1     

         RAID1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘

RAID 10

         RAID10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID 1镜像对，第二级是RAID 0。RAID 10也是一种应用比较广泛的RAID级别。

RAID 0+1

RAID 0+1是将条带和镜像进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID 0，第二级是RAID1。一般来说，RAID0+1的失效概率要比RAID 10大，不过无硬盘故障下，RAID 0+1的读取速度要比RAID 10快

RAID 50

         RAID50是将RAID 5和RAID 0进行两级组合的RAID级别，最低一级是RAID 5，第二级为RAID 0

RAID级别	优点	缺点	最小硬盘数
RAID  0	1、极高的读写效率 2、速度快，由于不存在校验，所以不占用CPU资源 3、部署简单	1、无冗余，通常和其他RAID级别混合使用 2、不适合用于关键数据环境	2
RAID  1	1、提供了很高的数据安全性和可用性 2、100%的数据冗余 3、设计、使用简单 4、不作校验计算，CPU占用资源少	1、空间利用率只有1/2 2、相对于单个硬盘，无法提高写性能	2
RADI  3	1、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用 2、如果有一个硬盘损坏，数据的有效性没有影响	1、检验盘是整个硬盘阵列系统的瓶颈 2、有数据盘故障时，每次读操作时都需要进行校验计算，读写性能大幅度下降	3
RAID  5	1、高读取速率，中等写速率 2、提供一定程度的数据安全	1、RAID组里单块硬盘的故障，会导致其他硬盘读写性能大幅度下降	3
RAID  6	1、可以同时允许两块硬盘失效	1、磁盘利用率比RAID 5更低 2、校验计算复杂，对控制器性能消耗很大，增加系统负载 3、出现硬盘失效时，RAID重建时对系统性能影响更大，并且重建时间长	4
RAID  10	1、高读取速率 2、高写速率，较校验RAID而言，写开销最小 3、至多可以容许n个硬盘同时损坏（2N个硬盘组成的RAID10阵列）	1、只有1/2的硬盘利用率	4
RAID  50	1、比单个RAID 5容纳更多的硬盘 2、比单个RAID 5有更好的读性能 3、至多可以容许N个硬盘同时损坏（N个RAID5组成的RAID 50阵列） 4、比相同容量的单个RAID5重建时间更短	1、比较难实现 2、同一个RAID 5组内的两个硬盘损坏会导致整个RAID 50阵列的失效	6

RAID比较和选择

常用RAID比较

常用RAID选择

RAID硬盘失效处理

热备和热插拔

热备：HotSpare

         定义：当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情                          况下,用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID                      系统的冗余性。

         全局式：备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享

         专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用

热插拔：HotSwap

         定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的硬盘物理替换RAID系统中失效硬盘

         关键在于热插拔时电子器件的保护机制