数据中心环境

,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,信息存储与,管,管理,南阳医学高,等,等专科学校,卫,卫生管理系,Page,2,第二章,数据中心环,境,境,主机、连接,、,、存储设备,块级别和文,件,件级别访问,存储介质和,设,设备,磁盘部件,逻辑块寻址,Page,3,数据中心环,境,境的组成,数据中心环,境,境由主机、存储、连接、应用和数据,库,库管理系统,五,五部分组成。,物理部件：,总,总线、接口,、,、电缆、光,纤,纤等,逻辑部件（,协,协议）：PCI、IDE/ATA、SCSI,连接,存储设备,内存,外存,RAM,:Ramdom AccessMemory,随机存取存,储,储器,ROM,:,ReadOnlyMemory,只读存储器,硬盘、软盘、磁,带,带（磁性介,质,质）,CD-ROMDVD-ROM（光,学,学介质）,Page,4,2.1,应用,应用指的是,一,一个提供计,算,算操作逻辑,的,的计算机程,序,序。,应用向底层,操,操作系统发,起,起请求，对,存,存储系统进,行,行读写操作,。,。,数据中心环,境,境应用：,业务应用,基础设备管,理,理应用,数据保护应,用,用,安全应用,Page,5,2.2,数据库管理,系,系统（,DBMS,）,数据库是一,种,种结构化存,储,储数据的方,式,式。,数据库管理,系,系统控制数,据,据库的创建,、,、维护、使,用,用。,数据库管理,系,系统处理：,应用对数据,的,的操作请求,对操作系统,发,发出指令,对存储设备,中,中的相应数,据,据进行读写,Page,6,2.3,主机,运行应用程,序,序的计算机,被,被称作“主,机,机”或“计,算,算系统”。,主机由：,CPU,、内存、,I/O,设备、软件组成。,CPU,包括：,算术逻辑单,元,元,控制单元,寄存器,一级缓存,主机上的内,存,存有两种：,RAM,:Ramdom AccessMemory,随机存取存,储,储器,ROM,:,ReadOnlyMemory,只读存储器,Page,7,2.3.1,操作系统,在传统的计,算,算环境中，,操,操作系统控,制,制着计算的,所,所有方面：,负责应用和,计,计算物理部,件,件之间的协,作,作,提供访问数,据,据的应用,负责监测用,户,户行为和环,境,境,负责管理硬,件,件资源的分,配,配,执行基本的,存,存储管理任,务,务,在虚拟计算,环,环境中，虚,拟,拟层处于操,作,作系统和硬,件,件资源之间,：,：,操作系统只,进,进行与应用,交,交互相关的,活,活动,Page,8,2.3.1,内存的虚拟,化,化,内存决定了,一,一个主机可,以,以运行的应,用,用的大小和,数,数量。,内存的虚拟,化,化允许多个,应,应用和进程,，,，在其内存,需,需求之和大,于,于可用内存,的,的情况下，,依,依然可以运,行,行且互不影,响,响。,Page,9,2.3.2,设备驱动,设备驱动用,于,于实现操作,系,系统与某种,设,设备的交互,。,。,设备驱动让,操,操作系统识,别,别、访问和,控,控制设备。,Page,10,2.3.3,卷管理器,硬盘驱动器,：,：一组连续,的,的物理块,逻辑卷管理,器,器（,LVM,）：管理,逻,逻辑和物理,存,存储设备的,软,软件,磁盘分区：,硬,硬 盘驱动,器,器被划分为,几,几个逻辑卷,Page,11,2.3.4,文件系统,文件是有关,联,联关系的记,录,录中数据的,集,集合。,文件系统是,大,大量文件的,分,分层组织结,构,构。,文件系统的,作,作用：,使得数据文,件,件的访问变,得,得更加容易,；,；,负责控制对,文,文件的存取,；,；,对文件进行,创,创建修改删,除,除和访问操,作,作；,Page,12,2.3.5,计算虚拟化,计算虚拟化,是,是从操作系,统,统中屏蔽或,抽,抽象物理硬,件,件的技术,计算虚拟化,使,使得在一台,物,物理机器或,者,者机器集群,上,上可以同时,运,运行多个操,作,作系统。,虚拟机是一,个,个逻辑实体,，,，但在操作,系,系统看来，,它,它却是一个,有,有自己,CPU,、内存、网,络,络控制器和,磁,磁盘的物理,主,主机。,Page,13,2.4,连接,连接指的是,各,各个主机之,间,间或者主机,同,同其他外围,设,设备之间的,互,互连。,主机和存储,设,设备之间的,连,连接和通信,通,通过物理部,件,件和接口协,议,议实现。,连接主机和,存,存储的硬件,：,：主机接口设,备,备、端口、,线,线缆。,Page,14,2.4.2,接口协议,常用的存储,设,设备接口,IDE:IntegratedDrive Electronics,，电子集成,驱,驱动器,SCSI:Small ComputerSystem Interface,，小型计算,机,机系统接口,FC:Fiber Channel,光线通道,上一讲中，,有,有介绍硬盘,的,的接口,IDE/ATASATASASSCSIFC,IDE/ATA,、,SATA,、,SAS,、,SCSI,、,FC,都是主机与,存,存储设备通,信,信的预定义,协,协议，它们,都,都集成在硬,盘,盘驱动器的,控,控制器上。,Page,15,2.4,连接,集成电路设,备,备,/,高级技术,(Integrated Device Electronic/Adwanced TechnologyAttachment,IDE/ATA),磁盘支持,IDE,协议。,IDE,协议定义了,连,连接到主板,上,上控制器的,规,规范。,ATA,协议规定了,存,存储设备到,主,主板的连接,接,接口。,IDE/ATA,拥有多种标,准,准和命名，,如,如,ATA,、,ATA/ATAPI,、,EIDE,、,ATA-2,、,FastATA,、,ATA-3,、,UltraATA,以及,Ulrea DMA,等，最新,的,的支持,133MB/s,的吞吐率,。,。,IDE/ATA,磁盘性能,良,良好且价,格,格低廉，,成,成为很受,欢,欢迎并被,广,广泛使用,的,的硬盘。,SATA(SerialATA),是,IDE/ATA,规范的一,个,个串行版,本,本，目的,是,是取代,ATA,技术。,SATA,很大的特,点,点就是它,支,支持热插,拔,拔。,SATA,提供点对,点,点，距离,可,可达,1,米的连接,，,，数据传,输,输率可达,150MB/s,，增强的,甚,甚至可达,600MB/s,。,SATA,Page,17,2.4,连接,SCSI,接口技术,SCSI,（,Small Computer System Interface,），小型,计,计算机系,统,统接口；,并行,SCSI,使得,I/O,总线不再,是,是系统的,瓶,瓶颈，可,以,以使系统,具,具有更高,的,的输入,/,输出性能,；,；,SCSI,提供的高,质,质量信号,支,支持可靠,、,、持续的,数,数据传输,速,速率；,SCSI,比,IDE,速度快，,因,因为,SCSI,接口卡中,自,自带,CPU,；,SCSI,支持热插,拔,拔；,SCSI,支持多硬,盘,盘。,Page,18,2.4,连接,硬盘接口,技,技术,光纤通道,(,FibreChannel,):,和,SCSI,接口一样,光,光纤通道,最,最初也不,是,是为硬盘,设,设计开发,的,的接口技,术,术，是专,门,门为网络,系,系统设计,的,的，但随,着,着存储系,统,统对速度,的,的需求，,才,才逐渐应,用,用到硬盘,系,系统中。,光,光纤通道,硬,硬盘是为,提,提高多硬,盘,盘存储系,统,统的速度,和,和灵活性,才,才开发的,，,，它的出,现,现大大提,高,高了多硬,盘,盘系统的,通,通信速度,。,。光纤通,道,道的主要,特,特性有：,热,热插拔性,、,、高速带,宽,宽、远程,连,连接、连,接,接设备数,量,量大等。,光纤通道,是,是为在像,服,服务器这,样,样的多硬,盘,盘系统环,境,境而设计,，,，能满足,高,高端工作,站,站、服务,器,器、海量,存,存储子网,络,络、外设,间,间通过集,线,线器、交,换,换机和点,对,对点连接,进,进行双向,、,、串行数,据,据通讯等,系,系统对高,数,数据传输,率,率的要求,。,。,Page,19,物理磁盘,的,的结构,磁盘以N,级,级、S级,表,表示0、1,不同于数,据,据流以高,低,低电平表,示,示0、1,磁头悬浮,Page,20,物理磁盘,的,的结构,磁道：一,组,组同心圆,环,环，,一个盘面,可,可容,纳,纳,几,几千个磁,道,道。,扇区：存,储,储系统中,可,可单,独,独被寻,址,址的最小,单,单,位,位，,容量为512k。,Page,21,磁盘定位,CHS编,号,号,：早期的,磁,磁盘利用,物,物理地址,，,，包含了,柱,柱面（Cylinder）,、,、,磁头（Head）,、,、扇区（Secor）的编,号,号，在磁,盘,盘上进行,定,定位。以,扇,扇区为寻,址,址单位,LBA（,逻,逻辑块寻,址,址）,：使用线,性,性地址访,问,问逻辑块,的,的数据，,简,简化寻址,过,过程。,逻辑块：,将,将几个扇,区,区组合成,整,整体并编,号,号,作用,操作系统,掌,掌握LBA，,磁盘控制,器,器负责将LBA转,化,化为CHS,Page,22,磁盘驱动,器,器的性能,磁盘服务,时,时间,寻道时间,+,旋转延迟,+,数据传输,速,速率,Page,23,寻道时间,读写头在,盘,盘面上移,动,动（沿着,盘,盘面半径,方,方向）进,行,行定位的,时,时间，也,就,就是移动,驱,驱动臂将,读,读写头移,动,动到正确,的,的磁道上,所,所需要的,时,时间。平,均,均寻道时,间,间为315ms,Page,24,旋转延迟,盘,片,片,旋,旋,转,转,，,，,定,定,位,位,读,读,写,写,头,头,下,下,方,方,的,的,数,数,据,据,（,（,扇,扇,区,区,）,）,所,所,消,消,耗,耗,的,的,时,时,间,间,转,速,速5400r/min,的,的,磁,磁,盘,盘,，,，,平,平,均,均,旋,旋,转,转,延,延,迟,迟,约,约5.5ms,转,速,速15000r/min,的,的,磁,磁,盘,盘,。,。,平,平,均,均,旋,旋,转,转,延,延,迟,迟,约,约2.0ms,Page,25,数,据,据,传,传,输,输,速,速,率,率,DataTransferRate,，,，,指,指,每,每,个,个,单,单,位,位,时,时,间,间,内,内,磁,磁,盘,盘,能,能,够,够,传,传,输,输,到,到,主,主,机,机,总,总,线,线,适,适,配,配,器,器,（,（HBA,）,）,的,的,平,平,均,均,数,数,据,据,量,量,数,据,据,传,传,输,输,要,计,计,算,算,数,数,据,据,传,传,输,输,速,速,率,率,，,，,首,首,先,先,要,要,明,明,白,白,读,读,写,写,操,操,作,作,的,的,过,过,程,程,：,：,Page,26,2.8,主,机,机,对,对,数,数,据,据,的,的,访,访,问,问,IDE/ATA,和,SCSI,广,泛,泛,应,应,用,用,于,于,小,小,型,型,和,和,个,个,人,人,计,计,算,算,环,环,境,境,下,下,对,对,内,内,部,部,存,存,储,储,的,的,访,访,问,问,。,。,光,纤,纤,通,通,道,道,和,和,iSCSI,协,议,议,则,则,用,用,于,于,访,访,问,问,外,外,部,部,存,存,储,储,设,设,备,备,上,上,的,的,数,数,据,据,。,。,直,连,连,存,存,储,储,（,（,DAS,）,：,：,外,外,部,部,存,存,储,储,设,设,备,备,直,直,连,连,到,到,主,主,机,机,上,上,的,的,形,形,式,式,。,。,Page,27,通,过,过,网,网,络,络,访,访,问,问,数,数,据,据,的,的,方,方,式,式,：,：,块,级,级,别,别,访,访,问,问（Block-levelAccess,）,）,是,是,磁,磁,盘,盘,访,访,问,问,