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青岛网站建设最便宜,河北住房和城乡建设厅网站电话是多少,百度首页广告多少钱,wordpress评论头像添加alt目录 第6章 阵列之行——大话磁盘阵列 开篇#xff1a;从“私家车库”到“中心化超级车库” 6.1 初露端倪——外置磁盘柜应用探索 6.1.1 驱动力#xff1a;服务器机箱的容量围墙 6.1.2 技术实现与局限性 6.2 精益求精——结合RAID卡实现外置磁盘阵列 6.2.1 外置RAID控制…目录第6章 阵列之行——大话磁盘阵列开篇从“私家车库”到“中心化超级车库”6.1 初露端倪——外置磁盘柜应用探索6.1.1 驱动力服务器机箱的容量围墙6.1.2 技术实现与局限性6.2 精益求精——结合RAID卡实现外置磁盘阵列6.2.1 外置RAID控制器的登场6.2.2 带来的关键优势6.3 独立宣言——独立的外部磁盘阵列6.3.1 核心特征网络接口与多主机连接6.3.2 共享存储与初步的存储网络6.4 双龙戏珠——双控制器的高安全性磁盘阵列6.4.1 主动-主动与主动-被动6.4.2 实现高可用的关键技术6.5 龙头风尾——连接多个扩展柜6.5.1 级联与SAS扩展6.5.2 统一管理与性能考量6.6 锦上添花——完整功能的模块化磁盘阵列6.6.1 核心软件功能存储操作系统6.6.2 统一存储6.7 一脉相承——主机和磁盘阵列本是一家6.8 天罗地网——SAN6.8.1 SAN的核心组件6.8.2 关键技术与设计原则6.8.3 SAN的类型与演进6.8.4 SAN的价值总结本章结语工业化革命的完成第6章 阵列之行——大话磁盘阵列开篇从“私家车库”到“中心化超级车库”想象一下数据的“住所”如何进化早期数据住在服务器机箱这个“私家车库”里存取方便但空间小、搬家迁移难一着火服务器故障全烧光。现在数据住在专业的“中心化超级车库”——磁盘阵列里。这里容量巨大、有专业消防队冗余机制、多条进出通道多路径还能为整个城市数据中心的车辆数据提供服务。本章我们将亲历这场存储的“工业化革命”看存储如何从服务器内部的一个部件演变为企业IT版图中独立且核心的基础设施支柱。6.1 初露端倪——外置磁盘柜应用探索6.1.1 驱动力服务器机箱的容量围墙最初的困境很简单服务器机箱的硬盘槽位是有限的。当业务数据增长需要在数据库服务器上加装第9、第10块硬盘时物理空间和内部散热都成了问题。外置磁盘柜Just a Bunch Of Disks, JBOD应运而生。它本质上是一个带有独立电源和风扇的“硬盘集装箱”通过SAS或光纤通道FC线缆连接到服务器的RAID卡或HBA主机总线适配器卡上。6.1.2 技术实现与局限性连接方式早期的外置磁盘柜多采用并行SCSI总线距离短、设备数有限。后来被串行SCSISAS和光纤通道FC取代支持更长的距离和更多的设备。工作模式此时磁盘柜本身是“无脑”的。所有的RAID计算、数据调度、缓存管理都由服务器内部的RAID卡完成。磁盘柜只是提供了物理盘位、电源和背板连接。核心局限单点故障RAID卡在服务器内部。一旦服务器宕机整个存储即使磁盘柜和硬盘都完好也无法访问。资源独占存储被牢牢绑定在一台服务器上无法被其他服务器共享形成“信息孤岛”。扩展性差性能瓶颈集中在服务器的那块RAID卡上扩展能力受限。阶段总结这是存储外部化的第一步解决了容量问题但未解决可用性和共享问题。存储的“大脑”控制器仍在服务器内。6.2 精益求精——结合RAID卡实现外置磁盘阵列当外置磁盘柜普及后人们开始思考能否把RAID卡的“智能”也部分迁移出来让它更专业、更强大6.2.1 外置RAID控制器的登场这就是外部RAID控制器或RAID机头的概念。它不再是一张插在服务器里的卡而是一个独立的、带有专用处理器如XOR引擎用于快速奇偶校验计算、大容量缓存带电池或闪存保护的硬件设备。工作流程进化磁盘柜的硬盘直接连接到此外部RAID控制器。控制器将物理硬盘组织成RAID组并创建出虚拟的逻辑单元LUN。控制器再通过SCSI、SAS或FC接口将这些LUN呈现给服务器。6.2.2 带来的关键优势性能提升专用硬件处理RAID运算和缓存不消耗服务器CPU资源。缓存保护高端控制器使用非易失性存储NVS如电池备份的DRAM或闪存确保在断电时写缓存数据不丢失在保证安全的前提下大幅提升写性能。管理界面提供独立的Web或CLI管理界面配置和管理存储不再依赖服务器操作系统。此时的架构服务器 - HBA卡 - 外部RAID控制器 - 磁盘柜存储的“大脑”已经外移但和服务器之间仍是通过直连DAS方式连接。6.3 独立宣言——独立的外部磁盘阵列随着“大脑”外移一个更革命性的想法诞生了为什么不让这个“大脑”同时为多个服务器服务于是独立磁盘阵列诞生了。它不仅是一个存储设备更是一个网络化的存储节点。6.3.1 核心特征网络接口与多主机连接独立磁盘阵列的关键进化在于前端接口。它不再仅仅提供面向单个服务器的SCSI或SAS接口而是集成了光纤通道FC或iSCSI等网络接口。光纤通道FC专为存储设计的高性能、低延迟网络协议。磁盘阵列通过FC端口连接到FC交换机。iSCSI在标准以太网上传输SCSI命令成本更低利用现有IP网络基础架构。这样多台服务器可以通过网络交换机同时连接到同一个磁盘阵列访问各自被授权访问的LUN。6.3.2 共享存储与初步的存储网络这催生了最早的存储区域网络SAN雏形。SAN是一种高速专用网络其核心目的是将存储设备从服务器中解耦出来实现块级block-level数据的集中化和共享。应用场景爆发数据库Oracle, SQL Server、虚拟化平台VMware、大型关键应用SAP等需要高性能、高可用的场景迅速成为独立磁盘阵列的主战场。6.4 双龙戏珠——双控制器的高安全性磁盘阵列对于关键业务任何单点故障都是不可接受的。外部RAID控制器虽然独立了但其本身若发生故障会导致其管理的所有LUN不可用。6.4.1 主动-主动与主动-被动为了解决控制器级的高可用双控制器架构成为企业级磁盘阵列的标准配置。主动-被动Active-Passive一个控制器处理所有I/O另一个处于待命状态。一旦活跃控制器故障被动控制器接管其工作。存在资源闲置。主动-主动Active-Active两个控制器同时处理I/O共同承担负载。任何一个故障其负载由另一个自动接管。这不仅提供了高可用性还提升了性能。现代高端阵列如QSAN XN4226D和Synology PAS7700均采用双主动控制器架构确保无单点故障和服务不中断。6.4.2 实现高可用的关键技术缓存镜像两个控制器的缓存内存通过专用通道实时同步。任何一个控制器写入缓存的数据会立即镜像到另一个控制器的缓存中确保数据一致性。故障无缝切换当软件检测到控制器故障如心跳丢失时会在秒级甚至毫秒内完成切换。对前端主机而言可能仅感知到一次短暂的I/O暂停而不需要重启或修改配置。多路径软件在服务器端需要安装多路径软件如Linux的DM-MPIO、Windows的MPIO。该软件能识别到通往同一LUN的多条路径例如通过控制器A和控制器B并在活动路径故障时自动将I/O切换到备用路径。6.5 龙头风尾——连接多个扩展柜单个磁盘阵列机箱的盘位总是有限的如2U24盘位。为了满足PB级的容量需求需要能够连接额外的磁盘扩展柜。6.5.1 级联与SAS扩展主磁盘阵列称为控制器柜通过其背板上的SAS扩展端口连接第一个扩展柜。第一个扩展柜再连接第二个以此级联下去。现代SAS技术如SAS-3 12Gb/s SAS-4 24Gb/s支持庞大的扩展能力。以QSAN XN4为例一个双控制器的主机柜通过12 Gb/s的SAS宽端口可以连接多达20个扩展柜将总盘位数从26个提升至546个理论最大原始容量从798TB提升至16.7PB。6.5.2 统一管理与性能考量所有扩展柜中的硬盘在逻辑上都被主控制器统一管理。它们可以和控制器柜内的硬盘混合共同组成一个大的RAID组。优势实现了容量的无缝、线性扩展。挑战远端扩展柜上的硬盘访问延迟会略高于控制器柜内的硬盘在配置高性能RAID如RAID 10时需考虑硬盘的物理分布。6.6 锦上添花——完整功能的模块化磁盘阵列至此一个功能完整的模块化磁盘阵列或称为中端存储阵列已经成型。它不仅仅是硬盘的集合而是一个集计算控制器、缓存、网络、磁盘管理于一体的复杂系统。6.6.1 核心软件功能存储操作系统硬件之上的存储操作系统是磁盘阵列的灵魂它提供企业级的数据服务精简配置按需分配存储空间提高利用率。自动分层根据数据冷热在SSD和HDD之间自动迁移数据兼顾性能与成本。快照与克隆瞬间创建数据的时间点副本用于测试、备份、分析。数据缩减包括压缩和重复数据删除有效降低实际存储容量需求。数据复制实现阵列间同步如MetroCluster或异步复制用于容灾。6.6.2 统一存储现代磁盘阵列如QSAN XN4226D往往是统一存储阵列。它同时支持块存储协议iSCSI, FC,NVMe-oF下一代高性能协议用于数据库、虚拟化。文件存储协议NFS, SMB/CIFS用于文件共享。这意味着一个物理设备可以同时承载数据库LUN和部门文件共享简化了基础架构。6.7 一脉相承——主机和磁盘阵列本是一家尽管磁盘阵列已经高度独立但它与服务器主机在架构思想上同宗同源。一个双控制器的磁盘阵列可以看作是两个为存储功能深度优化的专用“服务器”的紧密结合。控制器相当于服务器主板拥有CPU多核至强、内存可达数TB、缓存。前端接口卡相当于服务器的HBA卡或网卡提供FC、以太网等主机连接。后端接口卡相当于服务器的RAID卡或SAS HBA用于连接硬盘。存储操作系统相当于服务器操作系统但专为数据I/O路径优化。这种架构决定了磁盘阵列的设计、故障排查和性能调优与服务器系统有诸多相通之处。6.8 天罗地网——SAN当企业拥有多台独立磁盘阵列并为数十上百台服务器提供存储时一个专门的、优化的存储网络就变得至关重要。这就是成熟的存储区域网络SAN。6.8.1 SAN的核心组件终端设备发起端服务器通过HBA卡或支持iSCSI的网卡连接。目标端磁盘阵列、磁带库等存储设备。网络设备光纤通道交换机是FC SAN的核心提供高带宽、低延迟的无阻塞交换。线缆与介质光纤线缆多模/单模。管理软件用于分区Zoning、监控、性能分析。6.8.2 关键技术与设计原则分区Zoning类似于网络VLAN在SAN交换机上逻辑隔离确保只有特定的服务器能看到特定的存储阵列端口这是安全和管理的基础。多路径Multipathing服务器到存储的LUN通常有两条以上物理路径通过不同的HBA卡、交换机、阵列控制器。多路径软件管理这些路径实现负载均衡和故障切换。冗余设计一个高可用的SAN设计要求消除所有单点故障通常包括双HBA卡、双交换机、双阵列控制器、交叉连接的布线。6.8.3 SAN的类型与演进协议类型传输介质特点典型应用FC SAN光纤高性能、低延迟、稳定可靠传统企业核心核心数据库、关键虚拟化IP SAN (iSCSI)以太网成本低、利用现有网络、距离远中型应用、分支机构、备份FCoE聚合增强以太网在以太网上承载FC帧融合网络数据中心网络融合NVMe-oF光纤/以太网解锁NVMe SSD全性能超低延迟AI/ML、高性能计算、金融交易6.8.4 SAN的价值总结SAN构建了一个集中化、网络化、服务化的存储资源池。它带来的变革是根本性的对服务器存储变成可灵活申请、按需扩展的网络服务。对数据实现了集中管理、专业保护快照、克隆、复制和高效利用精简、去重。对业务提供了支撑关键应用高性能、高可用需求的坚实基础架构。本章结语工业化革命的完成从服务器内的一颗硬盘到机架外的一个柜子再到网络中的一个专业系统最后成为数据中心里一个通过天罗地网SAN连接所有计算资源的核心资源池——磁盘阵列的演进史就是一部存储的工业化革命史。这场革命的本质是专业化、规模化、服务化。存储从此不再是计算的附属品而是与计算、网络并驾齐驱的第三大IT基础架构支柱。回顾旅程外置磁盘柜解决容量问题存储硬件开始独立。外部RAID控制器解决性能与智能问题存储“大脑”外移。独立磁盘阵列解决共享问题存储成为网络节点。双控制器阵列解决高可用问题满足关键业务需求。模块化功能阵列解决数据服务问题存储变得“聪明”。存储区域网络SAN解决规模化与资源池化问题完成最终形态进化。