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1、计算机存储原理与数据恢复技术,信息与网络安全教研室,信息技术系,教材：网络存储与灾难恢复技术(刘洪发等编）参考书：数据恢复技术（戴士剑编）课时：总学时56，其中讲授40课时，实验12课时，复习4课时。,主要内容,第一章 概述第二章 硬盘的基础知识第三章 Windows文件系统第四章 SCSI技术第五章 RAID技术第六章 NAS存储技术第七章 基于光纤通道的存储区域网络第八章 网络存储管理第九章 数据备份技术第十章 网络存储系统的安全性第十一章 数据恢复技术,硬盘的结构、逻辑结构、接口介绍、发展史、技术指标以及硬盘的数据组织方式。,FAT32：如何查找文件、如何计算FAT长度以及MBR、DBR
2、、FAT、FDT、DATA之间的关系。NTFS：卷的概念、基本分区以及动态分区、NTFS的特性分析以及NTFS文件系统的结构分析。,存储技术的重要性以及存储介质的介绍和存储体系结构的演变。,小型机系统接口。特点：设备无关性、多设备并行、高带宽以及低开销等。,廉价冗余磁盘阵列。RAID0-RAID7。,结构组成；NAS中的文件共享协议；可靠性设计等。,SAN环境的组成；光纤通道协议体系；了解基于光纤通道的高可用容灾存储系统设计；,熟悉NAS与SAN中存储管理的相关技术；简要了解网络数据管理协议（NDMP）,数据备份的作用与意义、架构方式、备份策略、备份软件以及 常用数据库备份技术等,基本概念、经
3、典安全策略以及动态安全策略框架等。,数据恢复技术的作用及原理、分区表、0磁道恢复、坏道修复；DBR、FAT表的恢复；一般磁盘文件的恢复处理；密码遗失的处理以及数据安全性技术等。同时进行实验了解常用相关工具软件的使用。,重点,1.1数据存储的重要性,互联网的快速发展，为信息资源的共享和传输提供了有利条件。同时使得数字化信息发生爆炸式增长，引发了存储技术的发展。数据就绪时间的延展，要求Internet使网络数据必须保证每天24小时、每周7天、每年365天处于就绪状态。数据存储的结构发生变化。在Internet和全球化电子商务的时代，数据应该是面向全世界的，数据的存取只应该受到安全机制的管理，而不应
4、受到地域空间的约束。,第一章 概述,目前国内在网络系统的规划和设计中对数据存储与备份的重视程度不够，使得设计出的计算机系统不完整，可靠性较差，因此要从根本上解决计算机网络的完整可靠性，必须在相应的数据存储、备份上寻求解决方案。分析网络系统中数据被破坏的原因，主要有：自然灾害，如水灾、火灾、雷击、地震等造成计算机系统的破坏，导致存储数据被破坏或完全丢失；系统管理员及维护人员的误操作；计算机设备故障，其中包括存储介质的老化、失效；病毒感染造成的数据破坏；Internet上“黑客”的侵入和来自内部网的蓄意破坏。,对存储系统提出的要求：在线存储服务、基于内容的数据存储；数据远程容灾、快速灾难恢复；异构
5、平台的数据共享、存储管理的复杂度；系统开放性、可扩展性、可靠性以及自主性。,1.2 数据存储介质 凡是仅有两种稳定的物理状态，能方便地检测出属于哪种稳定状态，两种稳定状态又容易相互转换的物质或元件，都可以用来存储二进制代码“0”和“1”，这样的物质或元器件被称为存储介质或记录介质。根据存储信息的机理不同，可分为：电存储技术；磁存储技术；光存储技术。,电存储技术：（半导体存储器SCM),是一种用集成电路技术构成的存储器。从工作方式不同分为：读写存储器(RAM)与只读存储器(ROM)。主要用于快速主存或Cache。,根据记录介质的形状可分为：磁卡存储器、磁带存储器以及磁盘存储器等。原理：MSM主要
6、是通过磁记录介质做高速旋转或平移，借助于软磁材料制作的磁头实现读写。属于机械运动方式，存取速度远低于SCM，但存储容量大，价格低，主要用于辅存。硬盘、软盘、磁带,磁存储技术：磁表面存储器MSM(Magnetic Surface Memory),硬盘：,存取速度较快，适合存储那些需要经常访问和快速访问的程序和文件。对个人用户来说，主要存储计算机操作系统、应用程序和重要的数据资料。可靠性措施：1.SMART(self-monitoring analysis&reporting technology),自动监视分析及报告技术。2.及时的数据备份：磁盘映射技术、磁盘双工技术、热备份、RAID(独立磁盘
7、冗余)技术等。,软盘：,由于容量小且容错性较差，一般不用做大量的数据备份，主要作为数据交换的介质。,磁带：,大容量数据备份首选存储介质；磁带品种较多，具体选择时应综合考虑以下因素：1.磁带的密度和容量；2.数据传输率；3.磁带寿命；4.向下兼容；5.记录技术；6.边写边读功能；7.不同的磁带机有不同的接口。,SONY：AIT200适合工作组级/部门级服务器用户，单个磁带容量可以达到208GB,光存储技术：ODM(Optical Disk Memory),原理：将用于记录的薄层涂敷在基体上构成记录介质，基体的圆形薄片由热传导率很小、耐热性强的有机玻璃制成。特点：记录密度最高的存储器，存储容量大且
8、盘片易于更换。缺点：存储速度慢。主要设备有：CD-ROM，CD-RW，DVD-ROM等等。主要应用方面：1.电子出版物；2.电子图像管理；3.档案管理；4.备份管理;,1.3 存储器的主要技术参数,一、存储密度道密度:是指垂直于信息道即盘片的半径方向上单位长度所记录的磁道数。位密度:是指信息道长度上所记录的二进制数的位数。二、存储容量是指存储器所能容纳的二进制数码的总量。三、存取时间是指读、写头从所在位置到达要求的某一位置开始开始读/写时为止的一段时间。包括寻道时间和等待写入或读出的时间。,四、数据传输率是指在单位时间内外存储设备向主存储器传送数码的位数或字节数。五、无故障间隔时间是指正常工作
9、的平均持续时间，即两次故障的间隔时间。它表示设备工作的可靠性程度。六、误码率外存储设备的误码率是指向设备写入一批数据并回读后，所检出的错误位数与这一批数据总位数的比值。,1.4存储体系结构及其演变,1原理：多以并行SCSI总线连接至某一特定的主机，存储设备只能被该主机直接访问和控制，其他主机需访问存储设备中的数据时，必须经该服务器的存储和转发。结构图如图所示。,一、直接连接存储(DAS),不足：由于网络上的数据须经服务器的存储和转发，服务器的负荷较重，服务能力受到影响，效率低，实时性差，服务器中存储I/O、网络I/O以及CPU和内存易成为系统瓶颈。难以满足数字化时代海量数据的存取和传输的实时需
10、要。,二、网络存储的优势,网络存储：采用高速网络把存储设备连接起来，通过系统软件进行存储资源合理的调度和分配，使系统的整体性能达到最优，以一个系统的协同工作来满足从多单个用户的需求。优势：1)良好的可扩展性；6)更具开放性；2)数据共享；7)更高的智能性和并行性；3)更好的可管理性；8)更多更新的功能；4)更高的系统性能；9)更低的成本。5)即插即用；,三、网络存储系统的I/O结构,划分为7个层次，形成存储I/O功能栈。最上层为应用层：对下层表现为产生高层I/O请求，对下层以文件方式组织的数据进行抽象访问；第六层为数据文件逻辑层：以文件方式组织数据，如文件、目录和文件夹等；第五层为数据分配层：
11、负责文件系统内部存储结构、版本控制、空闲空间管理等；第四层为块转换层：主要进行设备虚拟化、块I/O映射及设备驱动和卷管理；第三层为设备连接层：负责数据传输、设备的状态管理和控制；第二层为介质访问层：定义了总线的仲裁、连接管理和地址选择等；最底层为物理层：包括存储设备子系统、总线、网络缆线、连接器。,四、网络存储系统及设备,1.网络连接存储(NAS)可向网络用户提供跨平台的文件级海量数据共享的功能。NAS技术改进了DAS技术，通过标准的拓扑机构连接，可以无须服务器直接与网络连接，不依赖于通用的操作系统，所以存储容量可以很好的扩展，对于原来的网络服务器的性能没有任何的影响，可以确保这个网络性能不受
12、影响。如下图所示为NAS存储结构图：,客户机向NAS请求数据的过程为：第一步：用户直接发送请求给NAS服务器；第二步：NAS服务器检查到缓存命中的情况下访问磁盘缓存，然后将数据直接返回给客户机；第三步：在缓存未命中的情况下需访问磁盘并将数据直接返回给客户机，并在请求的数据完成后发送请求完成消息。NAS设备具备的三大特点：附加大容量的存储；内嵌操作系统；专门针对文件系统进行重新设计和优化以提供高效率的文件服务；,NAS缺点：处理NFS和CIFS协议产生的开销和额外的时间所带来了较大的迟延会对用户造成影响；数据存储和访问的速度慢，无法满足用户或应用程序的快速要求；由于NAS直接与以太网相连，因此其
13、数据安全性存在一定的问题，通常应设防火墙；无法在不降低性能的情况下扩展NAS设备的规模；不能提供块数据服务，不大适合数据库应用、通用的备份恢复。,2.SAN（存储区域网络）SAN是一种基于”块”的数据访问方式,将磁盘阵列、磁带等存储设备与服务器通过高速通道连接起来的数据存储专用子网。SAN的组成：存储设备；(包括FC磁盘或磁盘阵列，磁带机和磁带库)服务器；连接设备；(包括交换机，集线器，接口适配器等)存储管理软件；结构图如图所示。SAN优势：可扩展性；可管理性；高可用性；备份；容灾。,4.网络存储系统的结构和特点DAS,SAN和NAS存储模式的比较：DAS使用SCSI适配器，SAN使用光纤通道适配器，NAS使用以太网适配器；DAS、SAN使用块I/O传输方式在服务器和存储系统间传输，而NAS使用文件I/O传输方式在客户机与NAS设备间传送；DAS使用SCSI协议连接服务器与存储设备；SAN使用光纤通道连接服务器与存储系统；NAS使用TCP/IP连接客户机与NAS存储设备。,
