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1、数据存储备份与灾难恢复,蔡熙,数据存储设备,存储设备发展历史光盘设备存储原理磁带设备技术原理及应用硬盘设备存储原理及RAID技术,存储设备的分类,按存储介质分类存储介质能寄存“0”或“1”两种代码并能区别两种状态的物质或元器件半导体存储器磁表面存储器磁芯存储器光盘存储器,按存储方式分,随机存储器（RAM）静态RAM动态RAM只读存储器（ROM）掩模型只读存储器（MROM）可编程只读存储器（PROM）可擦除可编程只读存储器（EPROM）电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）串行访问存储器顺序存取存储器直接存取存储器,按在计算机中的作用分类,主存储器可以和CPU直接交换信息辅助存储器用来存放当前
2、暂时不用的程序和数据，不能与CPU直接交换信息缓冲存储器用在两个速度不同的部件之间，起到缓冲作用,存储设备历史回顾,最早期的存储媒介打孔纸卡容量比打孔纸卡大穿孔纸带电子应用计数电子管大型磁带记录盘式磁带最珍贵的回忆盒式录音磁带超长的存储设备磁鼓早期盛行的移动存储软磁盘,存储设备历史回顾,“重”大突破世界上第一台硬盘机目前最重要的存储设备硬盘第一张视频光盘LD光盘体积更小、容量更大小光盘采用红外激光DVD光盘最先进的存储蓝光DVD、HD-DVD,光盘存储设备概述,光盘存储原理借助激光把计算机转换后的二进制数据用数据模式刻在扁平、具有反射能力的盘片上。利用激光束在记录表面上存储的信息，根据激光束和
3、反射光的强弱不同，可以实现信息的读/写。由于光学读/写头和介质保持较大的距离，因此，它是非接触型读/写的存储器。,光存储设备,主要部分激光发生器和光监测器激光二极管，可以产生对应波长的激光光束，然后经过一系列的处理后射到光盘上，然后经由光监测器捕捉反射回来的信号从而识别实际的数据。,光盘的分类及区别,CD-DACD-ROMCD-IPhoto CDVideo-CD,Enhanced-CDCD-RCD-RWMDDVD,光盘存储技术的特点,存储密度高与计算机联机能力强，易于实现随机检索和远距离传输便于大量复制影像还原效果好适用范围广,光盘在数据存储备份系统中的应用,光盘塔光盘库,光盘塔,由几台或十几
4、台CD-ROM驱动器串联构成，通过软件来控件某台光驱的读写操作可同时支持几十个到几百个用户访问信息访问速度方面数据源方面安全方面,光盘库,特点安装简单、使用方便，并支持几乎所有的常见网络操作系统及各种常用通信协议维护更换与管理非常容易，成本价格低访问速度较低，自动换盘机构的换盘时间通常在秒量级信息处理能力强,光盘库发展阶段,第一代光盘库须通过SCSI总线连接服务器对服务器要求较高光驱速度慢，且易损坏第二代光盘库体积庞大，无需服务器支持不支持并发用户访问传输速度慢，光驱易损坏第三代光盘库速度快，单位成本低，对原光盘无磨损安全性较差，数据易丢失,磁带存储技术,特点互换性好、易于保存具有高纠错能力的
5、编码技术即写即读的通道技术可靠性强读写速度快,主要设备,磁带机 单驱动产品，通常有磁带驱动器和磁带构成。自动加载磁带机将磁带和磁带机有机结合磁带库广义的磁带库包换自动加载磁带机和磁带库磁带库是指基于磁带的备份，一种将多台磁带机整合到一个封闭机构中的箱式磁带备份设备由多个驱动器、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,磁带数据库读写工作原理,螺旋扫描读写方式高可靠性、高速度、高容量线性记录读写方式读写速度低、磨损小、磁带的可靠性较高、容量易扩容、价格较低,磁带的分类,采用螺旋扫描读写方式面向工作组级的DAT（4mm）磁带机面向部门级的8mm磁带机数据流存储技术面向低端应用的
6、Travan和DC系列面向高端应用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列,磁带存储技术及其应用,DAT技术8mm技术DLT技术LTO技术AIT技术VXA技术,硬盘存储原理,采用磁介质的存储设备密封在洁净的硬盘驱动器内腔的若干个磁盘片上磁道、扇区、柱面,硬盘的物理组成,盘片、磁头，盘片转轴及控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存,硬盘的外部结构,接口：包括电源接口和数据接口（IDE接口和SCSI接口）控制电路板：包括主轴高速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制和接口电路等固定盖板：硬盘的面板，设有安装孔及透气孔,硬盘的内部结构,磁头组件由读写头、传动手臂、传动轴组成磁头
7、在读数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器进行数据转换磁头驱动机构移动磁头盘片硬盘存储数据的载体主轴组件主轴组件轴承和马达等前置控制电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动等,硬盘接口类型,硬盘与主机系统间的连接部件作用在硬盘缓存和主机内存之间传输数据硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道每种接口协议具备不同的传输速度，存取效能的差异较大,IDE,电子集成驱动器传输可靠性高、制造容易、兼容性好、易于安装价廉、稳定性好、标准化程度高,SATA,串口硬盘，以串行的方式发送数据一次只传输一位，减少接口针脚四个针脚分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数
8、据减少系统能耗、减少系统复杂性起点高、发展潜力大,SCSI,小型计算机接口专门为小型计算机系统设计的存储单元接口，通常用于服务器承担关键业务的较大的存储负载更适于中、高端存储应用接口支持数更多SCSI的带宽很宽CPU占用率低、并行处理能力强,光纤通道,专门为网络系统设计的热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大,硬盘接口技术比较,什么是RAID,独立磁盘冗余阵列，或简称磁盘阵列主要有两个目的：增加数据储存的可靠性改善数据读取的速度与性能,RAID的实现,RAID分级,RAID分级取决于三个因素：分条Striping数据镜像Mirroring奇偶校验 Parity（ Error Correc
9、tion ）,RAID分级分条,分条Striping： 将数据分散到不同物理硬盘上，使读写数据时可以同时访问多块硬盘。,RAID分级,RAID分级数据镜像,数据镜像Mirroring：将同一数据写在两块不同硬盘上，从而产生该数据两个副本。,RAID分级奇偶校验,奇偶校验Parity (Error Correction )：通过数学方法而不是单纯重复写同样数据来实现数据保护。,e.g. 独立磁盘奇偶校验:校验信息单独存在磁盘上，一旦出现磁盘损坏，用校验值减去其它磁盘上对应位置的值，就能找回数据。,RAID分级,RAID0 单纯依靠分条提高I/O性能，无数据保护。适用 ：I/O量大但不需要数据保护
10、的应用 e.g.图像处理,RAID分级,RAID1 通过数据镜像提升容错性。同一数据写在不同硬盘上。可以承受一块甚至几块硬盘同时坏掉，但不优化读取性能。适用 ：数据安全可靠性要求非常高的应用 e.g. 人事会计系统,RAID分级,RAID01镜像的分条。数据先被分条，再镜像，一旦一块硬盘坏掉，级数下降成RAID0，恢复起来较RAID1+0麻烦 。,RAID10分条的镜像。数据先被镜像，再分条，数据恢复简单，迅速。,RAID分级,RAID2 带海明码的RAID（超算中应用较多，不做详细讨论。）,RAID分级,RAID3 通过分条提高性能，利用奇偶校验提升容错性。在存储普通的信息的硬盘以外， 用一
11、块专门的硬盘存储校验信息 。,RAID分级,RAID4 通过分条提高性能，利用奇偶校验提升容错性。在存储普通的信息的硬盘以外， 用一块专门的硬盘存储校验信息。但允许某一数据单元（block）可以从单块磁盘中读写，而无需访问整个条带，所以数据读取的速度高。,RAID分级,RAID5 通过分条提高性能，利用奇偶校验提升容错性。允许某一数据单元（block）可以从单块磁盘中读写，而无需访问整个条带。校验信息分布在所有磁盘上。比RAID4写性能好，容易恢复。,RAID分级,RAID6基本与RAID5一样，但引入第二校验元素应对两块磁盘同时失效的情况。写代价也因此比RAID5高，恢复也比RAID5耗时长
12、。,RAID比较,* n为磁盘数目,数据恢复 热备用（Hot Spare）,热备用指的是RAID阵列中用于临时替代RAID集中故障硬盘的备用硬盘（一个阵列中可以有多个热备用盘），热备可以设置为自动或用户发起。不同RAID使用不同方法从热备中恢复数据：如果采用校验RAID，则按照RAID集中的校验值和幸存盘上的数据重建 如果采用镜像RAID，则从存活镜像上复制数据,数据恢复 热拔插 （Hot Plug ）,热拔插指在使用数据保护性RAID阵列时，在开机状况下用新硬盘替换原来的故障硬盘。即在开机状况拔出故障硬盘，安装新硬盘。,RAID实例RAID卡,需要考虑：主板兼容性RAID控制器性能磁盘接口支
13、持RAID级别,HighPoint Rocket SATA RAID 3120 带Input/Output Processor，128MB DDR II内存。2个SATA接口，可支持2个硬盘的RAID 0，1，JBOD。,品牌:AdaptecHighpointLSI Logic,RAID实例RAID卡,RAID实例配置,阵列通常是通过磁盘阵列卡的 BIOS工具进行配置。例子：在HP服务器上，用五块磁盘建立RAID5和一个热备盘。开机启动,RAID实例配置,出现如下菜单时按F8，进入阵列配置菜单,RAID实例配置,进入Create Logical Drive菜单,RAID实例配置,四块硬盘raid5的建立：同时选中4块硬盘，建成raid5。,RAID实例配置,当确认配置完毕后，按enter键确认，再按F8键保存配置,RAID实例配置,按回车，再次进入Create Logical Drive菜单,RAID实例配置,热备盘建立：选择最后一块硬盘，建成热备。,RAID实例配置,当确认配置完毕后，按enter键确认，再按F8键保存配置,RAID思考问题,有了RAID我们还需要备份系统吗？ 在什么情况下RAID10比RAID5更适用？ 我们还可以如何提高RAID的性能？,固态硬盘,优缺点比较数据存取速度快数据安全、性能可靠经久耐用、寿命延长散热快、噪音小价格昂贵、噪音小容量有限,
