san和nas存储网络的研究和设计毕业论文(编辑修改稿)

san和nas存储网络的研究和设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

逻辑数据备份 (logicalpdatapredundancy)，而产生了 RAIDp理论。 研究初期，便宜 (Inexpensive)的磁盘也是主要的重点，但后来发现，大量便宜磁盘组合并不能适用于现实的生产环境，后来 Inexpensive 被改为 independence，许多独立的磁盘组。 磁盘阵列，时事所趋：自有 PC以来，硬盘是最常使用的储存装置。 但在整个计算机系统架构中，跟 CPU与 RAM来比，硬盘的速度是 PC中最弱的设备之一。 所以，为了加 速计算机整体的数据流量，增加储存的吞吐量，进阶改进硬盘数据的安全，磁盘阵列的设计因应而生。 硬盘随着科技的日新月异，现在其容量已达 80GB以上，转速到了 2万转，甚至 25000转，而且价格实在是很便宜，再加现在企业流行，人力资源规画 (EnterprisepResourcepPlanning： ERP)是每个公司建构网络的主要目标。 所以，利用局域网络来传递数据，服务器所使用的硬盘显得非常重要，除了容量大、速度快之外，稳定更是基本要求。 基于此因，磁盘阵列开始广泛的应用在个人计算机上。 磁盘阵列其样式有三种，一是外接式 磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件来仿真。 外接式磁盘阵列柜最常被使用大型服务器上，具可热抽换 (HotpSwap)的特性，不过这类产品的价格都很贵。 内接式磁盘阵列卡，因为价格便宜，但需要较高的安装技术，适合技术人员使用操作。 另外利用软件仿真的方式，由于会拖累机器的速度，不适合大数据流量的服务器。 由上述可知，现在 IDE磁盘阵列大行其道的道理； IDE接口硬盘的稳定度与效能表现已有很大的提升，加上成本考量，所以采用 IDE接口硬盘来作为磁盘阵列的决解方案，可说是最佳的方式。 浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计 7 在网络存储中，磁盘阵列是一种把 若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。 磁带库是像自动加载磁带机一样的基于磁带的备份系统，磁带库由多个驱动器、多个槽、机械手臂组成，并可由机械手臂自动实现磁带的拆卸和装填。 它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技术特点。 掌握网络存储设备的安装、操作使用也是网管员必须要学会的。 在架构无线局域网时，对无线路由器、无线网络桥接器 AP、无线网卡、天线等无线局域网产品进行安装、调试和应用操作。 磁盘阵列的主流结构： 磁盘阵列作为独立系统在主机外直连或通 过网络与主机相连。 磁盘阵列有多各端口可以被不同主机或不同端口连接。 一个主机连接阵列的不同端口可提升传输速度。 和目前 PC用单磁盘内部集成缓存一样，在磁盘阵列内部为加快与主机交互速度，都带有一定量的缓冲存储器。 主机与磁盘阵列的缓存交互，缓存与具体的磁盘交互数据。 在应用中，有部分常用的数据是需要经常读取的，磁盘阵列根据内部的算法，查找出这些经常读取的数据，存储在缓存中，加快主机读取这些数据的速度，而对于其他缓存中没有的数据，主机要读取，则由阵列从磁盘上直接读取传输给主机。 对于主机写入的数据，只写在缓存中，主机可以 立即完成写操作。 然后由缓存再慢慢写入磁盘。 RAID技术将一个个单独的磁盘以不同的组合方式形成一个逻辑硬盘，从而提高了磁盘读取的性能和数据的安全性。 不同的组合方式用 RAID级别来标识。 RAID级别 RAID技术经过不断的发展，现在已拥有了从 RAID 0 到 5等 6种明确标准级别的 RAID 级别。 另外，其他还有 10（ RAID 1与 RAID 0的组合）、 01（ RAID 0与 RAID 1的组合）、 30（ RAID 3与 RAID 0的组合）、 50（ RAID 0与 RAID 5的组合）等。 不同 RAID 级 别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本，下面将介绍如下 RAID级别： 0、 0 10。 RAID0也称为条带化（ stripe），将数据分成一定的大小顺序的写道阵列的磁盘里， RAID0可以并行的执行读写操作，可以充分利用总线的带宽，理论上讲，一个由 N个磁盘组成的 RAID0 系统，它的读写性能将是单个磁盘读取性能的 N倍。 且磁盘空间的存储效率最大（ 100％） RAID0有一个明显的缺点：不提供数据冗余保护，一旦数据损坏，将无法恢复。 浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计 8 如图所示：系统向 RAID0系统（四个磁盘组成）发出的 I/O数据请求被转化为 4项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。 通过建立 RAID 0，原先顺序的数据请求被分散到四块硬盘中同时执行。 从理论上讲，四块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了 4倍。 但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率会低于理论值，但是，大量数据并行传输与串行传输比较，性能必然大 幅提高。 RAID0应用于对读取性能要求较高但所存储的数据为非重要数据的情况下。 RAID1称为镜像（ mirror），它将数据完全一致的分别写到工作磁盘和镜像磁盘，因此它的磁盘空间利用率为 50％，在数据写入时时间会有影响，但是读的时候没有任何影响， RAID0提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作。 RAID1应用于对数据保护极为重视的应用。 RAID2称为纠错海明码磁盘阵列，阵列中序号为 2N的磁盘（第 6„„ ）作为校验盘，其余的磁盘用于存放数据，磁盘数目越多，校验盘所占比率越少。 RAID2在大数据存储额情况下性能很高， RAID2的实际应用很少。 RAID3采用一个硬盘作为校验盘，其余磁盘作为数据盘，数据按位或字节的方式交叉的存取到各个数据盘中。 不同磁盘上同一带区的数据做异或校验，并把校验值写入到校验盘中。 RAID3系统在完整的情况下读取时没有任何性 能上的影响，读性能与 RAID0 一致，却提供了数据容错能力，但是，在写时性能大为下降，因为每一次写操作，即使是改动某个数据盘上的一个数据块，也必须根据所有同一带区的数据来重新计算校验值写入到校验盘中，一个写操作包含了写入数据块，读取同一带区的数据块，计算校验值，写入校验值等操作，系统开销大为增加。 当 RAID3中有数据盘出现损坏，不会影响用户读取数据，如果读取的数据块正好在损坏的磁盘上，则系统需要读取所有同一带区的数据块，然后根据校验值重新构建数据，系统性能受到影响。 浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计 9 RAID3的校验盘在系统接受大量的写操作时容易形成性能瓶颈，因而适用于有大量读操作如 web系统以及信息查询等应用或持续大块数据流（例如非线性编辑）的应用。 网络存储发展趋势 随着社会信息化的深入，信息量迅猛增长，信息的重要性也日益显著。 作为信息的载体，现代存储系统应具备资源整合、数据共享、分散存储、集中管理、快速配置、高可用性等特点；它能够抵御来自系统外部或内部的非法操作；还应能够随着存储容量的增长线性扩展它们的性能。 为满足以上需求，信息的存储模式正全面转向 “ 网络存储 ”。 人们把网络存储称为信息技术发展的第三次浪潮（前两次分别是 PC 和网络）。 存储从主机中分离出来成为独立的存储系统，把独立的存储系统和传统的用户设备用网络连接起来，用户便可以方便地使用像浏览器这样的客户端软件（或像使用本地硬盘一样）进访问和管理，这就是网络存储。 网络存储的核心思想是存储与主机的分离，而此前则是以计算机为核心，存储只是计算机（或服务器）的外设。 网络技术的发展为实现 网络存储提供了前提。 NAS（ Network Attached Storage，附网存储）和 SAN（ StorageArea Network，存储区域网）是两种主要的网络存储技术，NAS 与 SAN 的融合同 IP 存储（ IP Storage）、存储虚拟化（ StorageVirtualization）一起被看作是未来存储发展的趋势。 第 2 章 DAS 存储 DAS 存储简介 DAS即直连方式存储，英文全称是 Direct Attached Storage。 中文翻译成 “ 直接附加存储 ”。 顾名思义，在这种方式 中，存储设备是通过电缆（通常是 SCSI接口电缆）直接到服务器的。 I/O（输入 /输入）请求直接发送到存储设备。 DAS，也可称为 SAS（ ServerAttached Storage，服务器附加存储）。 它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。 浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计 10 早期企业数据量较少时，购买的服务器中可能内 /外置带有 SCSI接口的磁带驱动器 (或磁带机 )，这种服务器主要是用在 UNIX(Solaris、 AIX或 HP UNIX)环境下，使用 SUN、 IBM或 HP等厂商的服务器，数据备份和恢复主要依靠磁带来完成，当时存储的 最大数据容量在 12G。 在 windows 系统备份数据采用外置移动硬盘，容量多达几百个 G，随之 USB和 IEEE1394接口的移动硬盘解决方案应运而生，使用最新的 Serial ATA(串行 )作为移动硬盘的传输接口，理论传输速度能达到 1500Mbps,比起目前最快的 ，甚至是 IEEE1394 的速度最快上许多，在利用 SATA设备可热插拔的技术后让 SATA移动硬盘能象 USB/1394 移动硬盘一样使用。 基于硬件的 RAID系统是从主机之外独立地管理 RAID 子系统，并且它在主机处把每一组 RAID 阵列只显示为一个磁盘。 硬件 raid实现分为两种：一种是内置 (或集成 )raid控制器，一种是外置raid控制器。 内置 raid控制器通常是常用的卡件的形式插接在计算机主板上，集成 raid控制器则是由主板厂商直接把控制芯片集成在主板上，近来高端主板集成 raid控制器几乎成了标准配置。 根据 raid控制器以及连接模式不同， raid控制器都配有不同数量的缓存，当然缓存越多，控制器的性能就越好了，价格也就比较贵了。 软件 RAID 在操作系统中实现各类 RAID 级别，因为它不需要昂贵的 RAID控制器卡，软件 RAID 提供了最廉价的解决方法。 它还可以用在较便宜的 IDE 磁盘以及 SCSI 磁盘。 使用非常的快速 CPU，软件 RAID 的某些性能有可能超出硬件 RAID。 JBOD也是目前存储领域中一类重要的存储设备。 JBOD可以在基于并行 SCSI电缆的直接附加存储中使用，或在一般情况下，在具有 Fibre Channel 接口的存储网络中使用。 磁盘驱动器插在一个内部总线上，将服务器与 JBOD系统之间的外部总线电缆简化成单条电缆连接。 JBOD也支持热插拔磁盘驱动器，即可以在不影响数据存储和服务器操作的同时增加或者替 换磁盘。 使用 SCSI磁盘的 JBOD，各磁盘之间组成一个封闭的 SCSI菊花链，为主机提供了并行 SCSI连接。 使用 Fibre Channel 磁盘的 JBOD可以提供 1～ 2个 Fibre Channel 接口，在内部形成一个共享环段。 DAS还可以构成基于磁盘阵列的双机高可用系统，满足数据存储对高可用的要求。 两台主机共同连接一个磁盘阵列，在主机上通过 SCSI接口将磁盘阵列连接起来，或者在主机上安装光端模块，通过光纤连接到磁盘阵列上。 磁盘阵列和主机相连后，可以选择出一部分硬盘作为主机的外置硬盘，不能被共享。 这样存储 方式主要用于双机热备上，提高系统的稳定性，企业里一些重要的数据保护都是采用这种方式，确保 “ 万无一失 ”。 后来随着服务器和备份软件成本的下降，在 LINUX和 WINDOWS 平台也可以实现双机热备了，以这种 DAS方式实现的数据存储目前广泛地存在企业中，也是 DAS在企业数据存储中具体应用的集中表现。 DAS 存储结构 浙江传媒学院本科生毕业论文 SAN 和 NAS 存储网络的研究和设计 11 典型 DAS结构如图所示： 对于多个服务器或多台 PC的环境，使用 DAS方式设备的初始费用可能比较低，可是这种连接方式下，每台 PC或服务器单独拥有自己的存储磁盘，容量的再分配困难；对于整个环境下的存储系统管理，工作烦琐而重复，没有集中管理解决方案。 所以整体的拥有成本（ TCO）较高。 DAS 存储 方案设计 DAS的方案设计比较简单，通常情况下，用 SCSI电缆或光纤把服务器和存储设备实现物理连接，（实现的前提是服务器上必须有 SCSI接口或 FC接口，及安装接 口的驱动程序），物理连接完成后，首先启动阵列，启动时阵列自动初始化和引导阵列自检，这些过程完成后，用户就可以根据自己的需要设置 RAID的级别及 RAID的初始化，这个过程完成后用户就可以象使用本地硬盘一样地使用这个大容量逻辑磁盘，可以对磁盘进行分区、格式化和共享等操作。 此时，存。