修訂記錄課程編碼適用產品產品版本課程版本ISSUEHC1109102V2.0開發/優化者時間審核人開發類型（新開發/優化）翟柏清2013.07新開發本頁不打印HC1109102

存儲與應用環境學習完本課程后，您將能夠：了解存儲的應用環境了解機械硬盤以及SSD硬盤結構及實現原理了解主機應用環境目標

目錄存儲的應用環境介紹存儲介質主機與應用主機的內部應用環境主機內部I/O流程各個環節共同構成了數據存儲的內部應用環境。文件系統設備驅動存儲設備上層業務應用操作系統I/O請求調用接口地址映射SCSI指令傳統內置存儲遇到的問題硬盤成為整個系統的性能瓶頸有限的硬盤槽位，難滿足大容量需求單個硬盤存放數據，數據可靠性難以保證存儲空間利用率低本地存儲，數據分散，難以共享可擴展性不夠總線結構，而非網絡結構可連接的設備受到限制增加容量時，需停機傳統內置存儲接口接口接口處理器硬盤內存硬盤網絡存儲應用環境網絡存儲系統各層構成了網絡存儲系統的應用環境，決定了數據存儲的可靠性、性能和安全性。主機、服務器網絡連接存儲設備網絡

目錄存儲的應用環境介紹存儲介質2.1 機械硬盤2.2SSD硬盤主機與應用機械硬盤的結構盤片主軸接口磁頭組件控制電路磁頭驅動機構機械硬盤的磁頭技術機械部分電子部分盤片主軸驅動磁頭盤片磁性材料電纜線圈SN被磁化的粒子盤片的功能分布磁頭磁頭臂磁頭在不同位置啟停區數據區盤片主軸盤片的邏輯結構磁道Track柱面Cylinder扇區Sector磁頭Head0號磁頭1號磁頭2號磁頭3號磁頭4號磁頭5號磁頭0號磁道1號磁道0號柱面1號柱面硬盤主要參數硬盤容量（Volume）轉速（Rotationalspeed）緩存（Cache）硬盤容量轉速平均訪問時間平均訪問時間由以下兩項構成：平均尋道時間（AverageSeekTime）平均等待時間（AverageLatencyTime）尋道時間DiscTracksSeek等待時間DataBlockLatency數據傳輸率數據傳輸率（DataTransferRate）內部傳輸率(InternalTransferRate)外部傳輸率(ExternalTransferRate)DiscTracksSeekInternalExternal硬盤IOPS和ThroughputIOPSIOPS(Input/OutputPerSecond)即每秒的輸入輸出量(或讀寫次數)，是衡量磁盤性能的主要指標之一。ThroughputThroughput吞吐量,指單位時間內可以成功傳輸的數據數量。對于大量順序讀寫的應用，如電視臺的視頻編輯，視頻點播VOD(VideoOnDemand)，則更關注吞吐量指標。硬盤常用接口——ATA接口ATA(Advanced

Technology

Attachment)高級技術附加裝置ATA硬盤也經常稱為IDEIntegrated

Drive

Electronics硬盤ATA接口為并行ATA技術硬盤常用接口——SCSI接口SCSI(SmallComputerSystemInterface)小型計算機系統接口。硬盤常用接口——SATA接口SATA：SerialATA(SerialATA)串行ATASATA采用串行方式進行數據傳輸，接口速率比IDE接口高，最低為150MBps，并且第二代（SATAⅡ）300MBps接口硬盤已經形成商用，規劃內的最高速率可達600MBpsSATA硬盤采用點對點連接方式，支持熱插拔，即插即用硬盤SAS接口SAS(SerialAttachedSCSI)

串行連接SCSISAS是一種點對點、全雙工、雙端口的接口SAS專為滿足高性能企業需求而設計，實現與SATA的互操作，為企業用戶帶來前所未有的靈活性和低成本速率每路600MSAS具有高性能、高可靠性、強大的擴展性能FC硬盤采用FC-AL(FiberChannelArbitratedLoop）光纖通道仲裁環FC-AL是一種雙端口的串行存儲接口FC-AL支持全雙工工作方式FC-AL利用類似SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環拓撲結構，一個控制器能訪問126個硬盤硬盤常用接口——FC接口硬盤常用接口——NLSASNLSAS采用SAS接口、SATA盤體，也叫近線SAS。類別時效性容量性能訪問速度成本在線即時服務小高快高近線非即時的較大低較快低離線大低慢低SAS、NL-SAS與SATA的應用比較SASNL-NASSATA優勢高可能性高性能原生支持SCSI支持雙端訪問高級容錯技術原生支持SCSI支持雙端訪問高級容錯技術大容量低功耗大容量低功耗推薦場景業務量大訪問頻率較高以小數據塊居多數據較為離散的高/中端用戶更適合大數據塊業務壓力不大的用戶使用適合大數據塊業務壓力不大的用戶使用

目錄存儲的應用環境介紹存儲介質2.1機械硬盤2.2SSD硬盤主機與應用SSD簡介SSD硬件結構原理無高速旋轉部件，性能高，功耗低多通道并發，通道內Flash顆粒復用時序支持TCQ/NCQ，一次響應多個IO請求典型響應時間低于0.1msDDR內存備用電源SAS接口FLASH6Gbps多通道并發SSD控制器SSD架構框圖SSD性能優勢響應時間短機械硬盤的機械特性導致大部分時間浪費在尋道和機械延遲上，數據傳輸效率受到嚴重制約。讀寫效率高機械硬盤在進行隨機讀寫操作時，磁頭不停地移動，導致讀寫效率低下，而SSD通過內部控制器計算出數據的存放位置，直接進行存取操作，故效率高。SSD技術性能優勢VSIP/FCSAN傳統HDD存儲系統SSD存儲系統尋道時間I/OI/O機械延遲時間SSD功耗優勢2塊250塊20004000SSDFCHDD約400倍100K讀IOPS功耗對比熱圖對比功耗(W)SSD硬盤機械硬盤SSD的環境適應優勢SSD不含高速旋轉的機械結構部件，可經得住嚴苛的環境考驗，以華為SSD硬盤為例：HSSD可承受振動加速度16.4G，機械硬盤一般為0.5G以下HSSD抗沖擊1500G，機械硬盤一般為70G左右HSSD使用專用設備做過如下測試：靜壓試驗、跌落試驗、隨機振動試驗、沖擊試驗、碰撞試驗SSD在存儲中的應用訪問頻率

數據分布ACBSSD介質

FC/SAS磁盤

SATA/NL-SAS/磁帶

A級應用：以高并發隨機讀寫為主，如數據庫應用；B級應用：順序讀寫的大容量文件、圖片、流媒體等；C級應用：已備份數據為主，或極少使用的數據。

目錄存儲的應用環境介紹存儲介質主機與應用3.1 主機硬件系統3.2主機軟件系統3.3 主機管理主機核心組件CPU存儲設備I/O設備CPU的組成CPU由運算器、控制器和寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態的總線構成。存儲器運算器控制器輸入設備輸出設備CPU數據信號控制信號CPU的指令集CICS指令集IntelX86架構的CPURISC指令集PowerPC處理器、SPARC處理器EPIC指令集Intel的安騰ItaniumCPUCPU的指令集CICS指令集IntelX86架構的CPURISC指令集PowerPC處理器、SPARC處理器EPIC指令集Intel的安騰ItaniumCPU內存分類SDRDDRDDR2DDR3存儲設備硬盤磁帶光盤硬盤：是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成磁帶：是一種用于記錄聲音、圖像、數字或其他信號的載有磁層的帶狀材料，是產量最大和用途最廣的一種磁記錄材料光盤：光盤以光信息做為存儲物的載體軟盤：軟盤的讀寫通過軟盤驅動器完成Flash存儲：一種不揮發的內存器件軟盤Flash存儲I/O設備用戶－主機主機－主機主機－外存什么是總線?計算機總線是計算機內部各個組件之間，或者在不同的計算機之間進行數據傳輸的公共通路。CPU緩存內存南橋I/O控制器網絡適配器存儲網絡存儲系統總線主機總線I/O總線北橋什么是PCI-E總線?Intel在2001年春季的IDF上，正式公布了旨在取代PCI總線的第三代I/O技術，最后卻被正式命名為PCI-Express，Express意思是高速、特別快的意思。PCI-E的優勢熱挺拔熱交換雙通道高速率兼容PCI多點虛擬通道點對點獨享帶寬優勢

目錄存儲的應用環境介紹存儲介質主機與應用3.1 主機硬件系統3.2主機軟件系統3.3 主機管理邏輯卷管理器邏輯卷管理器（LogicalVolumeManage,LVM）邏輯卷（LogicalVolume）卷組（VolumeGroup）物理卷（PhysicalVolume）LVLVPVPVPVVG文件系統文件系統：是指把文件存儲于硬盤時所必須的數據結構及硬盤數據的管理方式。

文件分區表文件地址文件地址主機：文件系統數據區文件系統功能文件系統功能管理空間文件名映射文件操作文件共享存儲方法操作系統的主要功能進程管理（Processingmanagement）內存管理（Memorymanagement）網絡通訊（Networking）安全機制（Security）用戶界面（Userinterface）驅動程序（Devicedrivers）主機存儲應用系統調用接口硬盤文件系統設備驅動FC網卡FC驅動網卡驅動存儲設備主機

目錄存儲的應用環境介紹存儲介質主機與應用3.1 主機硬件系統3.2主機軟件系統3.3 主機管理IPMIIPMI是智能型平臺管理接口（IntelligentPlatformManagementInterface）的縮寫，是管理基于Intel結構的企業系統中所使用的外圍設備采用的一種工業標準。1998年Intel、DELL、HP及NEC共同提出IPMI規格2001年IPMI從1.0版改版至1.5版2004年Intel發表了IPMI2.0的規格IPMI的工作原理IPMI的核心是一個專用芯片/控制器(叫做服務器處理器或基板管理控制器(BMC))，其并不依賴于服務器的處理器、BIOS或操作系統來工作，是一個單獨在系統內運行的無代理管理子系統。CPU內存BMC主板BMCIP查看登錄BMC配置界面虛擬媒體虛擬媒體功能將客戶端的物理光驅或是ISO文件虛擬成服務器的內置光驅來使用。服務器系統啟動選項系統第一啟動設備選項信息，包括：硬盤、光驅、軟驅/可拔插移動設備、PXE(Pre-bootExecutionEnvironment)及未配置。該設置為一次生效，系統在下次啟動后該設置將失效。管理網口配置遠程控制服務器上下電

思考題硬盤的主要構件有哪些？固態硬盤有哪些優勢？常見的文件系統有哪些？

總結存儲的應用環境機械硬盤與SSD硬盤結構及實現原理主機應用環境機架服務器刀片服務器高密服務器參考架構及解決方案1U2SRH12882U2SRH22852U2SRH22882U4SRH24852U4SRH24884U4SRH58858U8SRH5885刀片服務器E6000融合架構刀片服務器E90002U2/4NodesX600044U8