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2. 智能存储系统

2.1 智能存储组件

2.1.1 控制框与硬盘框

存储产品形态

控制框形态

• 控制框采用部件模块化设计，主要由系统插框、控制器（内含风扇模块）、BBU模块、电源模块、管理模块和接口模块等组成。

控制框正视图详解

控制框后视图详解

控制器

• 控制器是设备中的核心部件，主要负责处理存储业务、接收用户的配置管理命令保存配置信息、接入硬盘和保存关键信息到保险箱硬盘。

BBU模块和风扇模块

保险箱盘

电源模块

电源模块为交流电源模块，可以攴持控制框在最大功耗模式下正常运行。

硬盘框形态

• 硬盘框采用部件模块化没计，主要由系统插框、级联模块、电源模和硬盘模块等组成。

硬盘框正视图

硬盘框后视图

级联模块

CE交换机

FC交换机

设备线缆

2.1.2 级联模块

硬盘类型

机械硬盘结构

• 机械硬盘的结构大致包括：盘片、磁头臂、读/写磁头、主轴、硬盘接口和控制电路等。

机械硬盘工作原理

• 盘片Platters
• 磁道Track
• 柱面 扇区 Sector
• 磁头 Head

磁盘上的数据组织

硬盘容量和缓存

• 硬盘容量
  • 硬盘容量=柱面数*磁头数*扇区数*512Bytes，单位为MB或GB，影响磁盘容量的因素有单碟容量和碟片数量。
• 缓存（Cache）
  • 由于CPU和硬盘之间存在巨大的速度差异，为解决硬盘在读写数据时CPU的等待问题，在硬盘上设置适当的高速缓存，已解决二者之间速度不匹配的问题，硬盘缓存与CPU上的高速缓存作用一样，是为了提高硬盘的读写速度。

影响硬盘性能的因素

平均访问时间

• 平均访问时间由以下两项构成
  • 平均寻道时间（Average Seek Time）
  • 平均等待时间（Average Latency Time）

硬盘的IOPS和传输带宽

• IOPS
  • IOPS(Input/Output Per Second)指每秒的输入输出量（或读写次数），是衡量硬盘性能的主要指标之一。
  • IOPS的计算：由寻道时间、旋转延迟和数据传输时间三部分组成。
• 传输带宽（Throughput吞吐量）
  • 指单位时间内成功传输的数据数量，即传输数据流的速度。例如写入10000个1KB的文件需要10s，则此时传输带宽只达到1MB/s；若写入一个10MB的文件用了0.1s，则此时的传输带宽为100MB/s。

并行传输和串行传输

• 现在有8个数字从1到8，需要传送给对方。传输方式如下：

硬盘接口技术

• 不管硬盘内部多么复杂，它必定要给使用者一个简单的接口，用来对其访问读取数据。硬盘向用户提供的物理接口包括如下几种：

IDE硬盘接口

SCSI硬盘接口

SAS硬盘接口

FC硬盘接口

固态硬盘概述

SSD架构

NADN Flash

SLC、MLC、TLC和QLC

闪存颗粒数据关系

地址映射管理

FTL闪存转换层

SSD数据写入过程

• 以8通道为例，分析Host怎么写SSD

SSD数据读取过程 2

SSD性能优势

SSD在存储中的应用

GE接口模块

SAS级联模块和RDMA接口模块

SmartIO接口模块

PCIe接口模块和56Gb IB接口模块

FC接口和FCoE接口模块

总结

2.2 RAID技术

2.2.1 传统RAID技术

RAID技术背景

• 传统计算机系统的问题

RAID基本概念

RAID的数据组织形式

RAID的数据保护方式

常用RAID级别与分类标准

RAID 0的工作原理

RAID 1的工作原理

RAID 3工作原理

RAID 4的工作原理

RAID 6概述

RAID 6 P+Q工作原理

RAID 6 DP工作原理

RAID 10

RAID50

2.2.2 RAID 2.0+与其他RAID技术

RAID技术演变

RAID 2.0+基本原理

RAID 2.0+重构原理

RAID 2.0+软件逻辑对象

硬盘域

STorage Pool & Tier

​ Disk Group（DG）

LD

CK

CKG

Extent

Volume & LUN

华为动态RAID算法

RAID-TP

2.3 常用存储协议

2.3.1 SCSI、iSCSI、FC、FCoE

• 协议是通信计算机双方必须共同遵从的一组约定。如怎么样建立连接、怎么样互相识别等。只有遵守这个约定，计算机之间才能相互通信交流。
• 协议不仅要定义双方互相通信所使用的语言，还要规定所使用的硬件、传输介质、传输协议以及各自的接口技术等。本章节主要介绍存储不同协议的定义及原理。

SCSI协议简介

• SCS即小型计算机接口（Small ComputerSystem Interface），指的是一个庞大协议体系，到目前为止经历了SCSI-1/SCSI-2/SCSI-3变迁。
• SCSI协议定义了一套不同设备利用该框架进行信息交互的模型和必要指令集。
• SCSI协议本质上同传输介质无关，SCSI可以在多种介质上实现，甚至是虚拟介质。

SCSI历史

SCSI逻辑拓扑

SCSI启动器模型

SCSI目标器模型

SCSI协议和存储系统

SCSI协议寻址

iSCSI的诞生

iSCSI简介

iSCSI启动器/目标器

iSCSI体系结构

iSCSI和SCSI、TCP和IP的关系

存储中的FC

FC协议结构

FC的拓扑结构

FC协议中的7种端口类型

FC适配器

FCoE协议

FC与FCoE对比

2.3.3 RDMA、IB、CIFS、NFS、NDMP

RDMA简介

IB概述

IB体系结构

IB分层结构

IB接口

CIFS协议

CIFS协议分类

NFS协议

NDMP协议

2.4 存储系统架构演变

存储系统架构演变

• 单控制器

  

• 双控制器

  

• 多控制器

  

• 分布式

中端存储架构演变

高端存储架构演变

存储软件技术演变

分布式存储技术演变

分布式存储架构

Scale-Up与Scale-Out

PCIE SCale-Out & IP Scale-Out

华为存储产品使用的Scale-Out技术

本地写流程

本地读流程

非本地读流程

双控制器硬件架构

全互联架构

端到端全局资源共享

故障秒切-前端高级共享卡

全局Cache

全局Pool

全均衡（A-A）架构

缓存镜像技术

可靠性关键技术

单控故障下的主机业务切换

2.5 存储网络架构

2.5.1 DAS、NAS

​ 随着主机、磁盘、网络等技术的发展，存储系统架构演变的同时，存储网络架构也在不断的发展，以适应业务需要。本章主要介绍了存储网络架构。

DAS 直连式存储

DAS遇到的挑战

NAS

通用服务器与NAS设备

NAS常见协议

NFS工作原理

NFS典型应用案例：云计算共享存储

CIFS工作原理

CIFS典型应用案例：文件共享服务

2.5.2 分布式、SAN

NIC+initiator软件

TOE NIC + initiator软件

iSCSI HBA卡

逻辑端口

VLAN划分

IP漂移

基于以太网端口的IP漂移

FC HBA卡

FC组网

Zoning

IP SAN和FC SAN

IP SAN与FC SAN比较

分布式存储组网

组网概述

网络平面划分

组网规则