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  • 企业网络存储设备有哪些
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    2021-06-22 21:33:04

    计算机网络的分类

    可以按许多不同的方法对计算机网络进行分类。1。按网络的分布范围分类

    按地理分布范围来分类,计算机网络可以分为广域网、局域网和城域网三种。广域网WAN (Wide Area Network)也称远程网,其分布范围可达数百至数千公里,可覆盖一个国家或一个洲。

    局域网UN (bal Area Network)是将小区域内的各种通信设备互连在一起的网络,其分布范围局限在一个办室、一幢大楼或一个校园内,用于连接个人计算机、工作站和各类外围设备以实现资源共享和信息交换o城域网MAN (Metropolitan Am Network)的分布范围介于局域网和广域网之间,其目的是在一个较大的地理区域内提供数据、声音和图像的传输。

    2。按网络的交换方式分类

    按交换方式来分类,计算机网络可以分为电路交换网、报文交换网和分组交换网三种。电路交换(Circuit Switching)方式类似于传统的电话交换方式,用户在开始通信前,必须申请建立一条从发送端到接收端的物理信道,并且在双方通信期间始终占用该信道。

    报文交换(Mesage Switching)方式的数据单元是要发送的一个完整报文,其长度并无限制。报文交换采用存储一转发原理,这有点像古代的邮政通信,邮件由途中的驿站逐个存储转发一样。报文中含有目的地址,每个中间节点要为途经的报文选择适当的路径,使其能最终到达目的端。

    分组交换(Packet Switching)方式也称包交换方式,1969年首次在ARPANET上使用,现在人们都公认ARPANET是分组交换网之父,并将分组交换网的出现作为计算机网络新时代的开始。采用分组交换方式通信前,发送端先将数据划分为一个个等长的单位(即分组),这些分组逐个由各中间节点采用存储一转发方式进行传输,最终到达目的端。

    由于分组长度有限,可以在中间节点机的内存中进行存储处理,其转发速度大大提高。

    除了以上两种分类方法外,还可按所采用的拓扑结构将计算机网络分为星形网、总线网、环形网、树形网和网形网;按所采用的传输媒体分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、元线网;按信道的带宽分为窄带网和宽带网;按不同用途分为科研网、教育网、商业网、企业网等。

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  • 网络存储技术

    千次阅读 2022-04-25 14:34:22
    一、HCIA存储技术趋势与智能存储组件 (一)、存储技术趋势 1、数据与信息 2、数据存储 3、存储技术的发展 (二)、智能存储组件 1、控制框 2、硬盘框 3、级联模块 4、硬盘 一、HCIA存储技术趋势与智能...

    目录

    一、HCIA存储技术趋势与智能存储组件

    (一)、存储技术趋势

    1、数据与信息

    2、数据存储 

    3、存储技术的发展

    (1)存储架构的发展

    (2)存储介质的发展

    (3)接口协议的发展

    ​4、存储产品的发展趋势 

    (二)、智能存储组件

    1、控制框

    2、硬盘框 

    3、级联模块 

    4、硬盘

    二、虚拟化与网络存储技术

    (一)、虚拟化技术

    1、常见的虚拟化技术分类

    2、XEN虚拟化技术的优缺点

    3、KVM虚拟化技术功能特征及优缺点

    4、红帽RHEV技术功能特征及优缺点

    5、简单叙述其他虚拟化技术的实现方法

    (二)、Qemu-KVM

    1、 KVM原理简介

    2、Qemu原理

    3、KVM和Qemu的关系

    4、Qemu工具介绍

    5、Qemu支持的磁盘格式介绍


    一、HCIA存储技术趋势与智能存储组件

    (一)、存储技术趋势

    1、数据与信息

    (1)什么是数据?
     数据是对所有事物的数字表示。

    (2)数据的种类


    ①结构化数据
    ②半结构化数据
    ③非结构化数据

    (3)数据的处理周期
    数据处理是人或机器对数据进行的重组或重新排序,以增加其特定的价值。数据处理包括以下基本步骤:

     

    (4)什么是信息?
    信息是已经被处理、具有逻辑关系的数据,是对数据的解释。
    信息是经过处理的数据,其中包括具有上下文,相关性和目的的数据。 

     (5)数据与信息的关系
    数据经过加工处理之后,能够成为信息;

    而信息需要经过数字化转变成数据才能存储和传输 。

     

    (6)信息生命周期管理
    ILM(Information life cycle managment,信息生命周期管理)是指从信息产生和初始储存阶段到最后过时被删除时的一套综合管理方法

     

    2、数据存储 

    (1)什么是数据存储? 

     

     (2)数据存储系统

     

     (3)存储的物理结构

     

    (4)数据存储的分类

     (5)数据管理技术的演变

    (6)数据存储的应用

     

     

    3、存储技术的发展

    (1)存储架构的发展

    (1)存储架构历程

     

    (2)从硬盘到磁盘阵列

     

    (3)从分离到融合

      

    (4)分布式存储
    通过软件将物理资源组织起来构成高性能逻辑存储池,在保证可靠性的同时提供多种存储服务。
    一般而言,分布式存储是将数据分散存储在多台独立的设备上,采用可扩展的系统结构、利用多台存储服务器分担存储负荷、利用位置服务器定位存储信息

     

    (5)存储虚拟化
    存储虚拟化可以将存储设备进行抽象,以逻辑资源的方式呈现,统一提供全面的存储服务。
    可以在不同的存储形态或设备类型之间提供统一的功能

     

    (6) 云存储
    云存储系统是一个多存储设备、多应用、多服务协同工作的集合体,它使用高度虚拟化的多租户基础设施为企业提供可扩展的存储资源,可以根据组织的要求动态配置

     

    (2)存储介质的发展

    (1)机械银盘发展史

     

    (2)固态硬盘发展简史

     

    (3)闪存介质发展

     

    (3)接口协议的发展

     (1)接口协议

    (2)接口协议发展简史

     

    (3)NVMe与NVMe-oF

    4、存储产品的发展趋势 

    (1)存储产品发展历程

     

    (2)智能时代来临
    蒸汽时代——>电气时代——>信息时代——>智能时代

     

    (3)智能时代对数据存储的新要求

    (4)智能时代数据存储的特征

     

     

    (5)数据存储发展趋势

     ​​​​​​​

     

    (6)存储介质发展趋势                                                 

     

    (7) DNA存储
    DNA作为存储介质的优势:
    ···体积小;
    ···密度大;
    ···稳定性强。
    现阶段的瓶颈与局限:
    ···DNA分子合成成本高;
    ···读取和搜索数据的效率不高。


    (8)原子存储
    ···因原子足够小,原子存储器的单位体积容量也会比现有介质更大。
    ···随着科技的发展,有序排列原子成为了现实。
    ···现阶段的瓶颈与局限:
        原子存储器对运行环境要求严苛
    (9)量子存储
    量子存储器难以同时满足的条件:
    ···高存储效率;
    ···低噪音;
    ···长寿命;
    ···室温下使用。
    (10)存储网络发展趋势

     

     

    (11)华为存储产品发展历程

    (12)智能数据存储架构

     

     

    (二)、智能存储组件

    1、控制框

    (1)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。

    (2)保险箱盘

    (3)BBU模块 

    2、硬盘框 

    (1)硬盘框形态

    硬盘框采用部件模块化设计,主要由系统插框、级联模块、电源模块和硬盘模块等

    组成

    (2)硬盘框正视图 

     (3)硬盘框后视图 

    3、级联模块 

    (1)级联模块

    CE交换机 

    FC交换机 

    (2)设备线缆

    4、硬盘

    (1)机械硬盘

    ①: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

    ②:机械硬盘工作原理  

    ③:硬盘上的数据组织 

    ④: 硬盘容量和缓存

    *硬盘容量

    硬盘容量 = 柱面数 * 磁头数 * 扇区数 * 扇区大小,单位为 MB 或 GB ,影响硬盘容量的因素有 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,以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

    ⑤:影响硬盘性能的因素

    ⑥:平均访问时间 

    ⑦:数据传输速率

      数据传输速率( Data Transfer Rate )
     内部传输速率( Internal Transfer Rate )
     外部传输速率( External Transfer Rate ) / 接口传输率

    ⑧: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 。
     ⑨:并行传输和串行传输

    ⑩: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
    IDE 接口,也称为 PATA 接口( Parallel ATA ,并行传输 ATA )
    ATA , Advanced Technology Attachment 高级技术附加装置
    ATA 硬盘也经常称为 IDE Integrated Drive Electronics 硬盘
    ATA 接口为并行 ATA 技术

     SATA硬盘接口 

    SATA : Serial ATA ,串行 ATA

    SATA 采用串行方式进行数据传输,接口速率比 IDE 接口高。

    SATA 硬盘采用点对点连接方式,支持热插拔,即插即用。

    SCSI硬盘接口

     SCSI (Small Computer System Interface ) 小型计算机系统接口。

     FC硬盘接口
    FC 硬盘采用 FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop )光纤通道仲裁环
    FC-AL 是一种基于 SCSI 协议设计的双端口的串行存储接口
    FC-AL 支持全双工工作方式
    FC 为上层协议( SCSI,IP 等)提供一个通用硬件传输平台, FC 是一种高速度、高可靠、低
    延迟、高吞吐量的串行数据传输接口。

    (2)固态硬盘

    ①:固态硬盘概述

    相对于 HDD 而言,固态硬盘 SSD 在性能、可靠性、能耗、轻便性方面有着绝对的优
    势,目前已经在各领域得到广泛应用。
    SSD 特点:
    使用 flash 技术存储信息,数据传输速度比 HDD 快
    内部没有机械结构因此耗电量更小、散热小、噪音小
    SSD 盘使用寿命受擦写次数影响

    ②:SSD架构 

    SSD 主要由控制单元和存储单元(当前主要是 Flash 闪存颗粒)组成。
    控制单元: SSD 控制器、主机接口、 DRAM 等;
    存储单元: NAND FLASH 颗粒。

    ③:NAND Flash 

     NAND Flash 内部存储单元组成包括:
     LUN 、 Plane 、 Block 、 Page 、 Cell
     对 NAND Flash 的读写数据的操作主要涉及
    擦除( Erase )、编程( Program )和读
    ( Read )。
     NAND Flsh 是非易失性介质,在写入新数据
    之前必须保证 Block 被擦除过。对 Block 擦除
    一次后再写入一次称为一次 P/E Cycle 。

    ④:SLC、MLC、TLC和QLC 

    ⑤: 闪存颗粒数据关系 

    ⑥:地址映射管理

    LBA,Logical Block Address
    PBA,Physics Block Address
    东经120°12′,北纬30°16′
    中华人民共和国浙江省杭州市滨江区XX路26号
    HDD:LBA和PBA一对一,不变更
    • 覆盖写
    SSD: LBA和PBA的关系不固定
    • 不覆盖写:先擦除才能再写,异处更新

    ⑦: FTL闪存转换层 

    ⑧:SSD数据写入过程 ⑨:SSD数据读取过程  

    ⑩:SSD性能优势 5、接口模块

    (1)GE接口模块

    (2)SAS级联模块和RDMA接口模块

    (3)SmartIO接口模块

    (4)PCIe接口模块和56Gb IB接口模块 

     

    (5)FC接口和FCoE接口模块

    二、虚拟化与网络存储技术

    (一)、虚拟化技术

    1、常见的虚拟化技术分类

    ①.CPU虚拟化:CPU的虚拟化技术是一种硬件方案,支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程,通过这些指令集,VMM会很容易提高性能

    ②.服务器虚拟化:服务器虚拟化能够通过区分资源的优先次序,并随时随地将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理和提高效率,从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源

    ③.存储虚拟化:虚拟存储设备需要通过大规模的raid子系统和多个I/O通道连接到服务器上,智能控制器提供LUN访问控制、缓存和其他如数据复制等管理功能

    ④.网络虚拟化:网络虚拟化整合后的设备组成了一个逻辑单元,在网络中表现为一个网元节点,管理简单化、配置简单化、可跨设备链路聚合,极大简化网络架构,同时进一步增强冗余可靠性

    ⑤.应用虚拟化:应用虚拟化通常包括两层含义,一是应用软件的虚拟化,一是桌面的虚拟化

    2、XEN虚拟化技术的优缺点

    (1).优点:①Xen构建于开源的虚拟机管理程序上,结合使用半虚拟化和硬件协助的虚拟化。操作                     系统与虚拟化平台之间的这种协作支持开发一个较简单的虚拟机管理程序来提供高度优                   化的性能

                    ②Xen提供了复杂的工作负载均衡功能,可捕获CPU、内存、磁盘I/O和网络I/O数据,                    它提供了两种优化模式:一种针对性能,另一种针对密度

                    ③Xen利用一种名为Citrix Storage Link 的独特的存储集成功能。使用Citrix Storage                        Link,系统管理员可直接利用来自HP、Dell Equal Logic、NetApp、EMC等公司的存储                  产品

                    ④Xen包含多核处理器支持、实时迁移、物理服务器到虚拟机转换(P2V)和虚拟到虚                    拟转换(V2V)工具。集中化的多服务器管理、实时性能监控,以及Windows和Linux的                  快速性能

    (2).缺点:①Xen会占用相对较大的空间,且依赖于0号虚拟机中的Linux操作系统

                    ②Xen依靠第三方解决方案来管理硬件设备驱动程序、存储、备份和恢复,以及容错 任                  何具有高I/O速率的操作或任何会吞噬资源的操作都会使Xen陷入困境,使其他虚拟机缺                  乏资源

                    ③:Xen缺少802.1Q 虚拟局域网(VLAN)中继,出于安全考虑,它没有提供目录服务                  集成、基于角色的访问控制、安全日志记录和审计或管理操作

                    ④: Xen目前最大的困难在于Linux内核社区的抵制,导致XEN相关的内核改动一直不                    能顺利进入内核源代码,从而无法及时得到内核最新开发成果的支持

    3、KVM虚拟化技术功能特征及优缺点

    (1).KVM虚拟化简介

    (2)KVM虚拟化技术的优势

    ①KVM 一个开源项目,这就决定了KVM一直是开放的姿态,许多虚拟化的新技术都是首先在KVM    上应用,再到其他虚拟化引擎上推广

    ②KVM吸引许多人使用的一个动因就是性能,在同样的硬件条件下,能提供更好的虚拟机性能,       主要是因为KVM架构简单,代码只有2万行,一开始就支持硬件虚拟化,这些技术特点保证了         KVM的性能

    ③KVM因为是开源项目,绝大部分KVM的解决方案都是免费方案,随着KVM的发展,KVM虚拟机     越来越稳定,兼容性也越来越好,因而也就得到越来越多的应用

    ④免费并不意味着KVM没有技术支持。在KVM的开源社区,数量巨大的KVM技术支持者都可以提     供KVM技术支持。另外,如果需要商业级支持,也可以购买红帽公司的服务

    4、红帽RHEV技术功能特征及优缺点

    (1).红帽RHEV虚拟化系统简介

    (2) 红帽RHEV虚拟化系统构架

    (3).RHEV虚拟化技术的优缺点

    优点:①性能和可扩展性:为实现企业级的虚拟化应用程序,如Oracle、SAP和Microsoft                         Exchange,为其提供领先的性能和可扩展性

              ②安全性:业界领先的安全性,在安全增强型红帽企业Linux内核基础上构建

              ③安全性:业界领先的安全性,在安全增强型红帽企业Linux内核基础上构建

              ④灵活性:通过消除桌面操作系统和基础硬件之间的依赖性,实现业务灵活性和连续性

              ⑤成本优势:与其他解决方案相比较,凭借红帽软件订阅模式的强大功能,能够以更低的购            置和总拥有成本获得相同或更好的功能集,从而获得收益

    缺点:①技术不成熟:KVM的出现不过三四年时间,在可用资源、平台支持、管理工具、实施经               验方面当然不能与出现8年之久的Xen相比

               ②需要Windows支持;KVM3.0之前的RHEV-M管理程序需要Windows支持,这是KVM在部             署过程中最大的障碍,RedHat公司已经意识到这个问题的严重性,从KVM3.0开始,开发               出基于Linux的RHEV-M,取消了其只能运行于Windows服务器上的尴尬,这一改动得到大             量Linux用户的支持

               ③管理的物理服务器数量少,每台M端只能管理500台以内的H端服务器

    5、简单叙述其他虚拟化技术的实现方法

    (1).VMware: ESX服务器(一种能直接在硬件上运行的企业级的虚拟平台),虚拟的SMP,它能让一个虚拟机同时使用四个物理处理器,和VMFS一样,它能使多个ESX服务器分享块存储器

    (2).Virtual Box:它提供使用者在32位或64位的Windows、Solaris及Linux操作系统上虚拟其他X86的操作系统。使用者可以在VirtualBox上安装并执行Solaris、Windows、DOS、Linux、OS/2 Warp、OpenBSD及FreeBSD等操作系统作为客户端操作系统。最新的VirtualBox还支持运行Android4.0系统

    (3).Hyper-V:Hyper-V的设计借鉴了Xen,采用微内核的架构,兼顾了安全性和性能的要求。Hyper-V底层的Hypervisor运行在最高的特权级别下,微软将其称为ring-1(而Intel也将其称为root mode),而虚拟机的操作系统内核和驱动运行在ring0,应用程序运行在ring3

    (二)、Qemu-KVM

    1、 KVM原理简介

    (1)KVM工作流程

    用户模式的Qemu利用LibKVM 通过loctl进入内核模式,KVM 模块为虚拟机创建虚拟内存,虚拟CPU后执行VmLaunch指令进入客户模式。加载GbuestOS并执行。如果GuestOS 发生外部中断或者影子页表缺页等情况,则GuestOS的执行会被暂停,并退出客户模式,执行异常处理,之后重新进入客户模式,执行客户代码。如果发生//O事件或者者信号队列中有信号到达,就会进入用户模式处理。
    KVM 切换器的主要目的是让同一组KVM操作台司可以连接到多台设备,这可以让使用者从操作台访问及控制许多台计算机或服务器。能够选择性地从自己已的KVM操作台控制一个或另一个设备。大多数企业都需要服务器来执行幕后的工作以协助企业顺畅运运作。

    (2)KVM架构

    从虚拟机的基本架构上来分析,虚拟机一般分为两种,分别称为类型一和类型二。
    其中,类型一虚拟机是在系统上电之后首先加载运行虚拟机监控程序,而传统的操作系统则是运行在其创建的虚拟机中。类型一的虚拟机监控程序,从某种意义上说,可以视为一个特别为虚拟机而优化裁剪的操作系统内核。因为,虚拟机监控程序作为运行在底层的软件层,必须实现诸如系统的初始化。物理资源的管理等操作系统的职能;它对虚拟机的创建、调度和管理,与操作系统对进程的创建、调度和管理有共通之处。这一类的虚拟机监控程序一般会提供一个具有一定特权的特殊虚拟机,由这个特殊虚拟机来运行需要提供给用户日常操作和管理使用的操作系统 环境。著名的开源虚拟化软件Xen、商业软件VMware ESX/ESXI和微软的Hyper-V就是类型一虚 拟机的代表与类型一虚拟机的方式不同,类型二虚拟机监控程序在系统上电之后仍然运行一般意义上的操作系统(也就是俗称的宿主机操作系统)虚拟机监控程序作为特殊的应用程序,可以视作操作系统功能的扩展,类型二虚拟机最大的优势在于可以充分利用现有的操作系统。因为虚拟机监控程序通常不必自己实现视理资源的管理和调度算法,所以实现起来比较简洁。但是,这一类型的虚拟机监控程序既然依赖操作系统来实现管理和调度。就同样也会受到宿主操作系统的一些限制。例如,通常无法仅仅为了虚拟化的优化而对操作系统做出修改。本书介绍的KVM就属于类型二的虚拟机,另外,VMware Workstation. nuaBox 也属于类型二虚拟机。
    (3)KVM模块

    KVM 模块是KVM 虚拟机的核心部分。其主要功能是初始化CPU硬件,打开虚拟化模式,然后将虚拟客户机运行在虚拟机模式下,并对虚拟客户机的运行提供一定的支持。
    为了软件的简洁性并保证其性能,KVM 仅支持硬件虚拟化。打开并初始化系统硬件以支持虚拟机的运行,是KVM模块的职责所在。以KVM在Intel公司CPU上的运行为例,在被内核加载的时候, KVM模块会先初始化内部的数据结构;做好准备之后,KVM模块检测系统当前的CPU,然后打开 CPU控制寄存器CR4中的虚拟化模式开关,并通过执行vmxon指令将宿主操作系统(包括KVM模块本身)置于虚拟化模式中的根模式;最后,KVM模块创建特殊设备文件/dev/kvm并等待来自用户空间的命令。接下来,虚拟机的创建和运行将是一个用户空间的应用程序(Qemu)和KVM 模块相互配合的过程        

    2、Qemu原理

    (1)Qemu架构

     Qemu是纯软件实现的虚拟化模拟器,几乎可以模拟任何硬件设备,是一个完整的可以运行的软件,非常灵活可移植,我们最熟悉的就是能够模拟一台能够独立运行操作系统的虚拟机,虚拟机认为自己和硬件打交道,但其实是和Qemu模拟出来的硬件打交道,Qemu将这些指令转译给真正的硬件。

    (2)Qemu模块

    QEMU本身并不是KVM的一部分,其自身就是一个著名的开源虚拟机软件。与KVM不同,QEMU虚拟机是一个纯软件的实现,所以性能地下。但是,其优点是在支持QEMU本身编译运行的平台上就可以实现虚拟机的功能,甚至虚拟机可以与宿主机并不是同一个架构。作为一个存在已久的虚拟机,QEMU的代码中有整套的虚拟机实现,包括处理器虚拟化、内存虚拟化,以及KVM使用到的虚拟设备模拟(比如网卡、显卡、存储控制器和硬盘等)。

    从QEMU和KVM模块之间的关系可以看出,这是典型的开源社区在代码共用和开发项目共用上面的合作。诚然,QEMU可以选择其他的虚拟机或技术来加速,比如Xen或者KQEMU;KVM也可以选择其他的用户空间程序作为虚拟机实现,只要它按照KVM提供的API来设计。但是在现实中,QEMU与KVM两者的结合是最成熟的选择,这对一个新开发和后起的项目(KVM)来说,无疑多了一份未来成功的保障。

    (3)Qemu的三种运行模式

    ①第一种模式是通过kqemu模块实现内核态的加速。

    ②第二种模式是在用户态直接运行QEMU,由QEMU对目标机的 所有 指令进行翻译后执行,相当于全虚拟化。

    ③第三种模式则是KVM官方提供的kvm-qemu加速模式。

    (4)Qemu的特点

    ①QEMU的两种操作模式:完整的系统仿真和用户模式仿真。

    ②QEMU具有以下特点:

    ···QEMU可以在没有主机内核驱动程序的情况下运行。

    ···它适用于多种操作系统(GNU / Linux,* BSD,Mac OS X,Windows)和体系结构。

    ···它执行FPU的精确软件仿真。

    ③QEMU用户模式仿真具有以下功能:

    ···通用Linux系统调用转换器,包括大部分ioctls。

    ···使用本机CPU clone的仿真为线程使用Linux调度程序。

    ···通过将主机信号重新映射到目标信号来实现精确信号处理。

    ④QEMU全系统仿真具有以下特点:

    ···QEMU使用完整的软件MMU来实现最大的便携性。

    ···QEMU可以选择使用内核加速器,如kvm。加速器本地执行大部分客户代码,同时继续模拟机器的其余部分。

    ···可以仿真各种硬件设备,并且在某些情况下,客户机操作系统可以透明地使用主机设备(例如串行和并行端口,USB,驱动器)。主机设备传递可用于与外部物理外围设备(例如网络摄像头,调制解调器或磁带驱动器)交谈。

    ···对称多处理(SMP)支持。目前,内核加速器需要使用多个主机CPU进行仿真。

    3、KVM和Qemu的关系

    (1)KVM和Qemu的关系

    ①Qemu是一个独立的虚拟化解决方案,通过intel-VT 或AMD SVM实现全虚拟化,安装qemu的系统,可以直接模拟出另一个完全不同的系统环境。QEMU本身可以不依赖于KVM,但是如果有②KVM的存在并且硬件(处理器)支持比如Intel VT功能,那么QEMU在对处理器虚拟化这一块可以利用KVM提供的功能来提升性能。 KVM是集成到Linux内核的Hypervisor,是X86架构且硬件支持虚拟化技术(Intel-VT或AMD-V)的Linux的全虚拟化解决方案。它是Linux的一个很小的模块,利用Linux做大量的事,如任务调度、内存管理与硬件设备交互等。准确来说,KVM是Linux kernel的一个模块。

    4、Qemu工具介绍

    (1)qemu-img

    qemu-img是QEMU的磁盘管理工具,在qemu-kvm源码编译后就会默认编译好qemu-img这个二进制文件。qemu-img也是QEMU/KVM使用过程中一个比较重要的工具。下面我们将几条重要的选项讲解一下。

    ①check [-f fmt] filename     对磁盘镜像文件进行一致性检查,查找镜像文件中的错误,目前仅支持对“qcow2”、“qed”、“vdi”格式文件的检查。

    ②create [-f fmt] [-o options] filename [size]     创建一个格式为fmt大小为size文件名为filename的镜像文件。

    ③commit [-f fmt] [-t cache] filename     提交filename文件中的更改到后端支持镜像文件(创建时通过backing_file指定的)中去。

    ④convert [-c] [-p] [-f fmt] [-t cache] [-O output_fmt] [-o options] [-s snapshot_name] [-S sparse_size] filename [filename2 [...]] output_filename     将fmt格式的filename镜像文件根据options选项转换为格式为output_fmt的名为output_filename的镜像文件。

    ⑤info [-f fmt] filename     展示filename镜像文件的信息。

    ⑥snapshot [-l | -a snapshot | -c snapshot | -d snapshot] filename       “-l” 选项是查询并列出镜像文件中的所有快照,“-a snapshot”是让镜像文件使用某个快照,“-c snapshot”是创建一个快照,“-d”是删除一个快照。

    ⑦rebase [-f fmt] [-t cache] [-p] [-u] -b backing_file [-F backing_fmt] filename     改变镜像文件的后端镜像文件,只有qcow2和qed格式支持rebase命令。

    ⑧resize filename [+ | -]size     改变镜像文件的大小,使其不同于创建之时的大小。

    (2)qemu-kvm

    此命令用于创建虚拟机,其使用格式为“qemu-kvm [options] [disk_image]”,其选项非常多,大致可分为如下几类:

    标准选项;

    USB选项;

    显示选项;

    i386平台专用选项;

    网络选项;

    字符设备选项;

    蓝牙相关选项;

    Linux系统引导专用选项;

    调试/专家模式选项;

    PowerPC专用选项;

    Sparc32专用选项。

    重要选项:

    ①qemu-kvm的标准选项:该选项主要涉及指定主机类型、CPU模式、NUMA、软驱设备、光驱设备及硬件设备等。

    ②qemu-kvm的显示选项:该选项主要用来配置虚拟机的显示状态。

    ③网络属性相关选项:该选项用来配置虚拟机的网络信息。

    (3)qemu-ga

    ①:qga是一个运行在虚拟机内部的普通应用程序(可执行文件名称默认为qemu-ga,服务名称默认为qemu-guest-agent),其目的是实现一种宿主机和虚拟机进行交互的方式,这种方式不依赖于网络,而是依赖于virtio-serial(默认首选方式)或者isa-serial,而QEMU则提供了串口设备的模拟及数据交换的通道,最终呈现出来的是一个串口设备(虚拟机内部)和一个unix socket文件(宿主机上)。

     ②:qga通过读写串口设备与宿主机上的socket通道进行交互,宿主机上可以使用普通的unix socket读写方式对socket文件进行读写,最终实现与qga的交互,交互的协议与qmp(QEMU Monitor Protocol)相同(简单来说就是使用JSON格式进行数据交换),串口设备的速率通常都较低,所以比较适合小数据量的交换。

    (4)qemu-io

    这是一个执行 Qemu I/O 操作的命令行工具,可以对qemu-img创建的镜像进行I/O测试,其帮助文档为,使用格式为qemu-io [-h] [-V] [-rsnm] [-c cmd] ... [file],下面是常用的选项:

    ①-c, --cmd:执行指令;

    ②-r, --read-only:设置出口为只读模式;

    ③-s, --snapshot:使用快照文件进行测试;

    ④-n, --nocache:禁用主机缓存;

    ⑤-k, --native-aio:使用内核AIO实现(仅在Linux上);

    ⑥-t, --cache=MODE:对image使用指定的缓存模式。

    (5)qemu-nbd

    ①qemu-nbd在有的系统上叫kvm-nbd,qemu-nbd-xen等。基本上都一样。用qemu-nbd实现mount虚拟硬盘到Host上的功能。

    ②网络块设备:  Network Block Device。可以将一个远程主机的磁盘空间,当作一个块设备来使用,就像一块硬盘一样。使用它,可以很方便的将另一台服务器的硬盘空间增加到本地服务器上。 

    ③NBD与NFS有所不同,NFS只是提供一个挂载点供客户端使用,客户端无法改变这个挂载点的分区格式。而NBD提供的是一个块设备,客户端可以把这个块设备格式化成各种类型的分区,更便于用户的使用。

    5、Qemu支持的磁盘格式介绍

    qemu-nbd

    qemu-img支持非常多种的文件格式,我们可以通过“qemu-img --help”查看帮助文档得到,它支持二十多种格式:vvfat、vpc、vmdk、vhdx、vdi、ssh、sheepdog、rbd、raw、host_cdrom、host_floppy、host_device、file qed、qcow2、qcow、parallels、nbd、iscsi、gluster、 dmg、tftp、ftps、ftp、https、http、cloop、bochs、blkverify、blkdebug。

    常用文件格式:

    ①raw:raw格式是简单的二进制镜像文件,一次性会把分配的磁盘空间占用。

    ②host_device:在需要将镜像转化到不支持空洞的磁盘设备时需要用这种格式来代替raw格式。

    ③qcow2:qcow2是QEMU目前推荐的镜像格式,它是功能最多的格式。

    ④qcow:较旧的QEMU镜像格式,现在已经很少使用了,一般用于兼容比较老版本的QEMU。它支持backing_file(后端镜像)和encryption(加密)两个选项。

    ⑤cow:copy-on-write format,写时复制格式。曾经qemu的写时拷贝的镜像格式,目前由于历史遗留原因不支持窗口模式,后来被qcow格式所取代。

    ⑥vdi:兼容Oracle(Sun)VirtualBox1.1的镜像文件格式(Virtual Disk Image)。

    ⑦vmdk:VMDK(VMWare Virtual Machine Disk Format)是虚拟机VMware创建的虚拟硬盘格式,文件存在于VMware文件系统中,被称为VMFS(虚拟机文件系统)。

    ⑧vpc:兼容Microsoft的Virtual PC的镜像文件格式(Virtual Hard Disk format)。

    ⑨sheepdog:Sheepdog项目是由日本的NTT实验室发起的,为QEMU/KVM做的一个开源的分布式存储系统,为KVM虚拟化提供块存储。

    ⑩cloop:压缩的loop格式,主要用于可直接引导优盘或者光盘的一种镜像格式。

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  • 网络存储解决方案

    千次阅读 2021-12-12 11:54:24
    网络存储解决方案 一、中小型网络存储技术选择 与现有应用系统的兼容性 存储系统未来升级和扩展 选用DAS的场合 4.网络存储首选NAS 5.慎选SAN和iSCSI SAN存储案例 1. 需求分析 某钢铁企业IT系统,包括内部数据库、...

    网络存储解决方案

    一、中小型网络存储技术选择

    1. 与现有应用系统的兼容性
    2. 存储系统未来升级和扩展
    3. 选用DAS的场合
      4.网络存储首选NAS
      5.慎选SAN和iSCSI

    SAN存储案例

    1. 需求分析

    某钢铁企业IT系统,包括内部数据库、ERP系统、决策支持系统、历史数据保存和外部电子商务系统。其中,内部数据库安全性和性能要求高,数据一旦损坏损失巨大。数据库系统要求存储系统具有很高的I/O能力。ERP系统和决策支持系统是典型的大数据量系统,其衍生数据量常常数十倍于原始数据量,要求系统具有海量数据存储能力。
    出于安全性的考虑,外部电子商务系统应与内部数据库的数据隔离。但是,由于电子商务系统中的大量数据来源于内部数据库系统和ERP系统,又要求在两个系统之间可以快速交换数据,如图所示。
    在这里插入图片描述

    2. 方案基本结构

    该存储系统总体采用SAN基本结构,如图所示。方案主要包括磁盘阵列、磁带库、光纤交换设备和软件等部分。这样,可保证各个系统的高性能,并通过集中式的管理,减轻数据管理的压力。
    在这里插入图片描述

    3. 产品选型

    美国EMC CLARiiON FC4700是一款充分利用全光纤通道接口的潜能,为各种类型应用提供卓越性能的产品。在FC4700系统上运行EMC SnapViewTM 软件可实现任一时间点信息复制,实现高效备份。EMC MirrorViewTM 软件可以在地理上分离的位置准确保存复制用户的信息,从而实现灾难恢复和远程备份。与此同时,MirrorView和Snapview可与EMC Access LogixTM ,Application ransparent FailoverTM(ATF)和Navisphere Manager软件协同运作,共同推进FC4700系统实现最佳效能。这种硬件和软件解决方案构成的存储基础设施完全能够支持不断变化的IT环境。

    4. SAN实施注意事项

    磁盘阵列系统的LUN Masking功能需要仔细考察,有些阵列系统不需要任何外部支持和配合,而有些阵列系统的LUN Masking功能需要光纤交换机甚至光纤卡的配合和支持。
    数据快照技术可以用软件实现,优点是磁盘利用率高,但是效率和安全性较低;而硬件实现的数据快照则相反,效率和安全性高,但是磁盘利用率低。
    光纤交换设备的选择应考虑到与其他设备的配合。
    欢迎大家加我微信交流讨论(请备注csdn上添加)
    在这里插入图片描述

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  • 本文介绍了物理存储设备SDD和HDD及相关组件,并对硬盘接口进行梳理。同时也会给大家分析了存储特性指标和存储组网方式。

    一、常见物理存储设备及相关配件

    1.SSD(Solid State Disk)固态硬盘

    SSD (Solid State Disk或Solid State Drive) 固态硬盘(又称固态驱动器),利用Flash芯片或DRAM芯片作为数据永久存储的硬盘。常见的固态硬盘有笔记本的固态硬盘、存储卡、U盘等。

    SSD由控制单元存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。

    利用DRAM作为存储介质的SSD,称为RAM-Dsk,其内部使用SDRAM内存条来存储数据,所以外部断点后,需要使用电池来维持DRAM中的数据。

    现在比较常见的是基于Flash芯片存储的SSD。

    Flash芯片使用“一种叫浮动门场效应”晶体管组成,一个晶体管就是一个存储单元,称为“cell”。有两种Cell:对于单级单元(SLC,single leavel cell)闪存设备,一个晶体管可容纳1比特数据;多级单元(MLC,mutiple leavel cell),每个单元存储2比特。成本依次降低,容量依次增大,耐用度也依次降低。

    要想清楚的了解固态硬盘的存储原理,就必须认识Flash原理。

    Flash数据存储原理

    Flash 内部存储单元——金属-氧化层-半导体-场效晶体管,里面有个悬浮门(floating gata),是实际存储数据单元。 

    NAND flash示意图:

     NAND Flash 数据存储单元层次抽象图:

    2.HDD(Hard Disk Drive)硬盘驱动器(机械硬盘)

    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,缓存等几个部分组成。

    磁头定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头,由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上,信息可以通过相反的方式读取。磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇区,每个扇区可以存放512个字节的信息,向磁盘读取和写入数据时,要以扇区为单位。即读写的最小数据量为512个字节。

     需要对硬盘进行分区、格式化、挂载等操作才能使用。

    参考链接:【Linux】文件系统与硬盘存储(分区、格式化、挂载、inode、软链接与硬链接)_Jacky_Feng的博客-CSDN博客

    3.SSD和HDD特性对比

    磁盘类型

    SSD

    HDD

    单位成本

    容量

    IOPS

    延迟

    噪音

    重量

    工作温度范围

    抗震性

     4.存储配件

    网卡(网络适配器、网络接口卡)

    网卡是一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件(通俗讲网卡就是让计算机连接网络的硬件设备)。网卡和计算机之间的通信是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行。网卡和网络之间的通信通过电缆或双绞线以串行传输方式进行。

    每一个网卡都有一个独一无二的MAC地址(又称局域网地址、物理地址),这个MAC地址能够标识该计算机具体的网络节点,它被写在卡上的一块ROM中。理论上,除非网卡被盗,否则一般是不会被顶替,所以局域网采用MAC地址来标识具体用户。

    在通信过程中,通过交换机内部的交换表把MAC地址和IP地址一一对应。局域网内一台主机A向另一台主机B发送数据。交换机首先将A发送的数据包接收,然后把数据包中的IP地址按照交换表中的对应关系映射给MAC地址,然后将数据包转发到对应的MAC地址的主机上去。这样,即使B主机的IP被盗,但由于此主机没有对应的MAC地址,因此也不能接收到相应的数据。

    HBA卡(Host Bus Adapter,主机总线适配器)

    常规定义:HBA卡是连接主机I/O总线和计算机内存系统的I/O适配器。

    HBA是一个在服务器和存储装置间提供输入/输出(I/O)处理和物理连接的电路板或集成电路适配器。在服务器内部IO通道是PCI和SBus,存储系统的IO通道是光纤通道或SCSI,HBA作用就是实现内涂通道协议PCI或Sbus和光纤通道或SCSI协议之间的转换。因为HBA减轻了主处理器在数据存储和检索任务的负担,它能够提高服务器的性能。

    二、常见接口类型

    硬盘接口是硬盘与计算机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度。在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。SCSI与ATA是目前现行的两大主机与外设通信的协议规范,它们各自有自己的物理接口定义。对于ATA协议,对应就是IDE接口;对于SCSI协议,对应就是SCSI接口

    IDE(Integrated Drive Electronics)电子集成驱动器

    本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。IDE代表着硬盘的一种类型,但在实际的应用中,人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1,这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了,而其后发展分支出更多类型的硬盘接口,比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。

     

     IDE接口使用一根40芯或80芯的扁平电缆连接硬盘与主板,每条线最多连接两个IDE设备(硬盘或者光驱)。

     IDE接口属于并行的ATA标准,所以也称为PATA(Parallel ATA)。由于并行传输随着电路频率的提升,传输线缆上的信号干扰越来越难以解决,已经到达了当前技术的极限,所有,并行IDE硬盘逐渐被串行SATA硬盘取代

    SATA(Serial Advanced Technology Attachment)串行ATA ,一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口。(普遍用于机械硬盘HDD)

     特点:

    • 总线使用嵌入式时钟信号,可同时对指令及数据封包进行循环冗余校验,具有较强的纠错能力,提高了数据传输的可靠性(PATA只能对来回传输的数据进行校验,无法对指令进行校验)。
    • 结构简单、支持热插拔(即带电插拔,热插拔功能就是允许用户在不关闭系统,不切断电源的情况下取出和更换损坏的硬盘、电源或板卡等部件)
    • 传输速度快。连续串行方式传输数据,2003年发布的SATA1.0 规范提供的传输速率已经达到150MB/S,比最快的并行ATA133MB/s还快。(SATA传输率说明:数据传输速率是指串行接口数据传输的实际比特率,SATA 1.0的传输速率是1.5Gb/s,SATA 2.0的传输速率是3.0Gb/s,SATA 3.0的传输速率是6.0Gb/s。与其他高速串行接口一样,SATA接口也采用了一套用来确保数据流特性的编码机制,这套编码机制将原本每字节所包含的8位数据(即1B=8b)编码成10位数据(即1B=10b),这样一来,SATA接口的每字节串行数据流就包含了10位数据,经过编码后的SATA传输速率就相应地变为SATA实际传输速率的十分之一,所以1.5Gb/s=150MB/s,3.0Gb/s=300MB/s,而6.0Gb/s=600MB/s。)

    串行传输:字符中比特位在发送端一位接一位地传送,数据到达接收端后,接收设备将依次传来地比特流还原成字符。成本低,适合远距离传输。

    并行传输:采用多信道同时传输(通常为8通道),以字符为单位一个字符一个字符地传送数据,一个字符中多个比特位同时传送给接收端。多条并行通道,成本较高,适合短距离、要求传输速度快的场合。

    (在并行传输中,如果传输频率过高,数据线间会产生干扰,造成数据出错,即使为数据线间添加屏蔽层,也不能保证屏蔽掉高频产生地干扰,所以,并行传输的最高传输频率有一定限制。

    并行传输最高传输频率约为33MHz,而串行传输的频率达到10GHz,大约为33MHz的310倍,所以并行传输每发送一次,串行传输可发送310次。)

    SCSI(Small Computer System Interface,小型计算机系统接口)

    SCSI并不是专门为硬盘设计的接口,是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术,它支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、扫描仪、服务器和工作站、工控设备在内的多种设备。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低,以及热插拔等优点,但较高的价格使得它很难如ATA硬盘般普及,因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。

    SCSI接口从诞生到现在已经历了二十多年的发展,先后衍生出了SCSI-1、Fast SCSI、Fast-WIDE-SCSI-2、Ultra SCSI、Ultra 2 SCSI、Ultra 160 SCSI、Ultra 320 SCSI等,现在市场中占据主流的是Ultra 160 SCSI、Ultra 320 SCSI接口产品。

    SCSI接口传输率

    在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器(一块SCSI控制卡),才能支持SCSI设备,这与IDE硬盘不同。在SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片,它对SCSI设备进行控制,能处理大部分的工作,降低了中央处理器的负担(CPU占用率)。在同时期的硬盘中,SCSI硬盘的转速、缓存容量、数据传输速率都要高于IDE硬盘,因此更多是应用于商业领域。

    SCSI卡
    SCSI卡

    SCSI接口连接器分为内置和外置两种:内置数据线的外形和IDE数据线一样,只是针数和规格稍有差别,主要用于连接光驱和硬盘,40针ATA 33线有40根导线,40针ATA 66有80根导线,而SCSI内置接口则分为25针、50针、68针和80针

    68针SCSI硬盘

     在服务器领域,并行SCSI硬盘被串行SAS硬盘取代,目前主流的硬盘都是可热插拔的SAS硬盘,SAS就是串行连接的SCSI。

    SAS(Serial Attached SCSI)串行连接SCSI接口

    SAS是新一代SCSI技术,和SATA相同,都采用串行技术获取更高的传输速度,并通过缩短连接线改善内部空间。此接口的设计是为了改善存储系统的性能、可用性和扩充性,并且提供与SATA硬盘的兼容性。

    SAS在SCSI基础上引入SAS扩展器,可以连接更多设备,同时由于它的连接器较小,SAS可以在3.5英寸或更小的2.5英寸硬盘驱动器上实现全双端口,为同时发送读写操作提供了两条活动通道

    单工方式:只允许A发送器给B接收器传送数据,而B不能给A发送数据

    半双工方式:可以允许A向B传送数据,也允许B向A传送数据,但是一个时间段只允许发送一个动作。(相互发数据的动作只允许一个先发生,一个后发生)

    全双工方式:允许A和B同时进行双向传送数据。(即A——>B 同时 B ——>A)

    SAS接口技术可以向下兼容SATA。SAS系统的背板既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器,也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。(注意,SATA系统并不兼容SAS,所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。) 

    二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。在物理层,SAS接口和SATA接口完全兼容,SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中。从接口标准上而言,SATA是SAS的一个子标准,因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘,但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中,因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制。在协议层,SAS由3种类型协议组成,根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令;SCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理;SATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下,SAS可以和SATA及部分SCSI设备无缝结合

    SATA接口和SAS接口对比图

     从上图,可知它们的针数是相同的,区别主要有两个,其一为SATA的数据口和供电接口不相连,而SAS是相连的;另一为SAS接口背面还有触点(冗余接口)。

    和传统并行SCSI接口比较起来,SAS不仅在接口速度上得到显著提升(现在主流Ultra 320 SCSI速度为320MB/s,而SAS刚起步速度就达到300MB/s,目前已达到1200MB/s甚至更多),而且由于采用了串行线缆,不仅可以实现更长的连接距离,还能够提高抗干扰能力,并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。所以SAS硬盘已经成为主流。

    PCI-E(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准.

    PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输,所连接的设备分配独享通道带宽,不共享总线带宽,主要支持主动电源管理,错误报告,端对端的可靠性传输,热插拔以及服务质量等功能。特点:数据传输速率高,潜力大。

    在PCIe总线的物理链路的一个数据通路(Lane)中,由两组差分信号,共4根信号线组成。其中发送端的TX部件与接收端的RX部件使用一组差分信号连接,该链路也被称为发送端的发送链路,也是接收端的接收链路;而发送端的RX部件与接收端的TX部件使用另一组差分信号连接,该链路也被称为发送端的接收链路,也是接收端的发送链路。一个PCIe链路可以由多个Lane组成。

    PCIe链路可以由多条Lane组成,目前PCIe链路可以支持1、2、4、8、12、16,即×1、×2、×4、×8、×12、×16宽度的PCIe链路。每一个Lane上使用的总线频率与PCIe总线使用的版本相关。

    M.2 

    当前最复杂、最多变的固态硬盘接口。

    M.2接口是Intel推出的一种替代MSATA新的接口规范,是为超极本量身定做的新一代接口标准。

    M.2接口从物理形态上,最常见的是B key和M key 两种形态。

    M.2的优势:

    ①兼容多种通信协议,读写速度快

    Socket 2(B key ——NGFF(Next Generation Form Factor))支持SATA、PCI-E x2接口(如果采用PCI-E ×2接口标准,最大的读取速度可以达到700MB/s,写入也能达到550MB/s)

    Socket 3(M key ——NVMe) 支持PCI-E ×4接口

     ②体积小。M.2标准的SDD单面NAND闪存颗粒布置2.75mm,而mSATA为4.85mm,明显mSATA 更厚。

    NVMe —— Non-Volatile Memory express(非易失性内存主机控制器接口规范)

    NVMe 协议是一种Host(主机)与SSD之间通讯的协议,它在协议栈中隶属高层,是个应用层协议,底层通常是PCIe协议栈。和传统SATA协议相比,NVMe协议作了很多针对多核host以及NAND存储介质的协议优化。

    通过PCI Express总线将存储连接到服务器(CPU),能够使固态硬盘(SSD)运行得更快,它有助于缓解闪存通过最初为HDD设计的SAS或SATA连接到系统时出现的瓶颈。

    NVMe SSD在很大程度上实现了并行性,极大地提高了吞吐量。传统的SATA连接只能支持一个队列,一次只能接收32条数据,类似只有一条车道的车流可以容纳32辆车。NVMe SSD,当数据从存储传输到服务器主机时,它会进入一行或队列,NVMe存储支持最多64000个队列,每个队列有64000个条目,类似从一条单行道走到一条6.4万车道的路上,每条车道都能容纳6.4万辆汽车。

    对于SATA,理论最大传输速度为6.0 Gbps(在实践中,最大传输速度要低得多)。这就相当于给SATA SSD的运行速度设定了上限。超过一定限度,使用再快的闪存对系统的整体性能没有影响,因为SATA连接会造成瓶颈。

    NVMe 与 PCIe 的关系?

    NVMe是一种协议,是一组允许SSD使用PCIe总线的软硬件标准。

    PCIe是实际的物理连接。

    三、存储特性指标

    1.容量

    单个设备能够写入并存储的最大容量,一般以KiB、 MiB、 GiB、TiB等单位衡量

    2.BW(bandwidth,带宽

    存储设备单位时间内能够读/写的数据吞吐量,一般以KiB/s、 MiB/s、 GiB/s等单位衡量

    3.延迟

    存储设备对读/写操作响应的时间,一般以ms单位衡量

    磁盘完成一个I/O请求所花费的时间,它由寻道时间旋转延迟数据传输时间三部分构成。

    (1)寻道时间:指将读写磁头移动至正确的磁道上所需要的时间。寻道时间越短,I/O操作越快,目前磁盘的平均寻道时间一般在3-15ms。

    常见磁盘平均物理寻道时间为:
    7200转/分的STAT硬盘平均物理寻道时间是9ms
    10000转/分的STAT硬盘平均物理寻道时间是6ms
    15000转/分的SAS硬盘平均物理寻道时间是4ms

    (2)旋转延迟: 指盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间。旋转延迟取决于磁盘转速,通常使用磁盘旋转一周所需时间的1/2表示。

    常见硬盘的旋转延迟时间为:

    7200  转/分的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/7200/2 = 4.17ms

    10000 转/分的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/10000/2 = 3ms,

    15000 转/分的磁盘其平均旋转延迟约为60*1000/15000/2 = 2ms。

      (3)   数据传输时间:完成传输所请求的数据所需要的时间,它取决于数据传输率,其值等于数据大小除以数据传输率。目前IDE/ATA能达到133MB/s,SATA 可达到300MB/s的接口数据传输率,数据传输时间通常远小于前两部分消耗时间。简单计算时可忽略。

    4.IOPS(I/O per second,每秒输入/输出

    单位时间内存储设备能承载的读写操作次数。

    与IOPS容易混淆的另一概念吞吐量

    吞吐量(throughput)单位时间内可以成功传输的数据数量。吞吐量=IPOS*I/O大小

    两者适合于不同的场合:

    • 随机读写频繁的场景,如小文件存储(图片)、OLTP数据库、邮件服务器,关注随机读写性能,IOPS是关键衡量指标。
    • 顺序读写频繁的场景,传输大量连续数据,如电视台的视频编辑,视频点播VOD(Video On Demand),关注连续读写性能。数据吞吐量是关键衡量指标。

    示例:

    写入10000个1KB文件要比写入1个10MB文件耗费的时间要多得多,虽然数据总量都是10M。因为写入10000个1KB小文件时,根据文件分布情况和大小情况,可能需要做几万甚至十几万次IO才能完成;而写入一个10M大文件,如果这个文件在磁盘上是连续存放的,那么可能只需要几十次IO就能完成。对于写入小文件的情况,追求的是IOPS高的磁盘。对于写入连续大文件,较高的IOPS性能也不会有提升,需要较大传输带宽的硬盘,追求的是吞吐量大的磁盘。

    读取10000个1KB文件,用时10秒  Throught(吞吐量)=1MB/s ,IOPS=1000  追求IOPS
    读取1个10MB文件,用时0.2秒  Throught(吞吐量)=50MB/s, IOPS=5  追求吞吐量

     吞吐量和带宽的区分

    带宽一般指链路上每秒所能传送的比特数,可类比公路的最大限速

    吞吐量是实际链路中每秒所能传送的比特数,可类比公路上实际行驶速度

    四、数据传输方式

    IP传输:通过网络直接进行端到端的数据传输,由软件的服务端和客户端自定义传输协议,常见千兆、10GE(万兆)、25GE、40GE等

    iSCSI(Internet Small Computer System Interface):通过网络连接的SCSI,常用于挂载LUN(逻辑盘)设备 ,用于在基于IP的存储设备之间建立连接及管理连接,在现有的IP网络上封装SCSI数据进行传输。

    FC(Fibre Channel,光纤通道):是一种高速网络互联技术,通过专有的光纤及光交设备进行数据传输,常见8Gb、16Gb等。

    FCoE(Fibre Channel over Ethernet,以太网光纤通道标准):它利用以太网,发送光纤通道的帧,让光纤通信的资料可以以太网中传输。

    NFS(Network File System,网络文件系统 )是一种分布式文件系统,通过网络传输文件数据

    CIFS(Common Internet File System,网络文件共享系统),一种应用层网络传输协议,主要功能是使网络上的机器能够共享相关资源。

    存储组网方式分类:

    SAN(Storage Area Network,存储局域网络):IP/FC;

    NAS(Network Attached Storage,网络附属存储):NFS CIFS

     

    SAN(Storage Area Network,存储区域网络)

    SAN是一个由存储设备和系统部件构成的网络,所有的通信都在一个与应用网络隔离的单独的网络上完成,可以被用来集中和共享存储资源。SAN不但提供了对数据设备的高性能连接提高了数据备份速度,还增加了对存储系统的冗余连接提供了对高可用群集系统的支持。 
    SAN是关联存储设备和服务器的网络。它和以太网有类似的架构。以太网由服务器、以太网卡、以太网集线器/交换机及工作站所组成,而SAN则由服务器HBA卡集线器/交换机存储装置所组成。 

    NAS(Network Attached Storage)网络附加存储。在NAS存储结构中,存储系统不再通过I/O总线附属于某个服务器或客户机,而直接通过网络接口与网络直接相连,由用户通过网络访问。
    NAS实际上是一个带有瘦服务器的存储设备,其作用类似于一个专用的文件服务器。这种专用存储服务器去掉了通用服务器原有的不适用的大多数计算功能,而仅仅提供文件系统功能。与传统以服务器为中心的存储系统相比,数据不再通过服务器内存转发,直接在客户机和存储设备间传送,服务器仅起控制管理的作用。

    NAS的主要特点:

       1. NAS使用了传统以太网协议,当进行文件共享时,则利用了NFS和CIFS以沟通NT和Unix系统。由于NFS和CIFS都是基于操作系统的文件共享协议,所以NAS的性能特点是进行小文件级的共享存取。 

       2. NAS设备是直接连接到以太网的存储器,并以标准网络文件系统如NFS、SMB/CIFS over TCP/IP接口向客户端提供文件服务。NAS设备向客户端提供文件级的服务。但内部依然是以数据块的层面与它的存储设备通讯。文件系统是在这个NAS 存储器里。 

      3.2. NAS的主要长处:

      1. NAS适用于那些需要通过网络将文件数据传送到多台客户机上的用户。NAS设备在数据必须长距离传送的环境中可以很好地发挥作用。  

      2. NAS设备非常易于部署。可以使NAS主机、客户机和其他设备广泛分布在整个企业的网络环境中。NAS可以提供可靠的文件级数据整合,因为文件锁定是由设备自身来处理的。  

      3. NAS应用于高效的文件共享任务中,例如UNIX中的NFS和Windows NT中的CIFS,其中基于网络的文件级锁定提供了高级并发访问保护的功能。 

    五、CPU与内存、磁盘的交互 

    CPU使用一种称为内存映射IO的技术向I/O设备发送命令。在使用内存映射I/O系统中,地址空间有一块地址是为了与I/O设备通信保留的,这个地址称为I/O端口。

    以磁盘读取数据为例演示CPU、内存、磁盘的交互。

    (1)CPU将读命令、逻辑块号和存储磁盘扇区内容的主存地址写到与磁盘相关联的存储器映射地址,发起磁盘读。

     (2)磁盘控制器读扇区,并执行到主存的DMA传送

     (3)当DMA传送完成,磁盘控制器以一个中断通知CPU

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