硬盤
硬盤結構
硬盤的主要指標
容量：
指硬盤能存儲的數據量大小，以字節爲基本單位
單碟容量：
硬盤都是由一個或幾個盤片組成，單碟容量就是指包括正反兩面在內的單個盤片的總容 量
轉速：
即主軸馬達轉動速度，單位爲RPM（Round PedMinute），即每分鐘盤片轉動圈數
緩存：
是硬盤控制器上的一塊內存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內部盤片和外部接口 之間的緩衝器
平均訪問時間：硬盤磁頭找到目標數據所需的平均時間
平均尋道時間：磁頭尋找目標數據所在磁道所需的平均時間
平均潛伏時間：當磁頭移動到數據所在的磁道後，等待指定的數據扇區轉動到磁頭下方的時 間
數據傳輸率：
內部數據傳輸率：數據從盤片表面傳輸到硬盤的緩存的速率
外部數據傳輸率：數據從硬盤的緩存讀出到外部總線的速率
MTBF：Mean TimeBetween Failure，
平均無故障時間
硬盤的主要技術
S.M.A.R.T:Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology，自監測、分析及報告技術、檢測磁頭、磁盤、馬達、電路等部件，然後根據得到的關於各部件運行情況與歷史記錄的數據進行分析、比較，根據需要會自動向用戶發出警告
TCQ：Tagged CommandQueuing ，標記命令隊列
NCQ：Native CommandQueuing ，本機命令隊列，是SATA Ⅱ規範支持的一種新的功能，支 持NCQ的硬盤可以對指令進行排隊（多達32條指令），重新編排指令執行次序，也 可以立即執行指令，可提高硬盤的性能，減少CPU佔用率
Duty Cycle：指硬盤的工作負荷， 定義爲特定時間段內硬盤用於尋道、讀/寫操作的時間佔 總時間的百分比。100%即表示硬盤每天24小時不停在進行讀寫操作
SCT：即S.M.A.R.T CommandTransport，該技術在硬盤內部劃出一部分扇區做爲日誌記錄， 分析SMART命令包含的狀態信息，判斷硬盤的工作狀況從而調節負載（比如數據流量） 來保證硬盤可靠性
轉速和緩存對硬盤性能的影響
硬盤的讀寫速度通硬盤的轉速成正比
更高的轉速可縮短硬盤的實際讀寫時間
硬盤緩存的大小直接影響硬盤的整體性能
硬盤類型及接口
ATA/IDE接口硬盤簡介
ATA(Advanced Technology Attachment )高級技術附加裝置
ATA硬盤是傳統的桌面級硬盤，主要應用於個人PC機，也經常稱爲IDE （Integrated Drive Electronics ）硬盤
ATA接口爲並行ATA技術，下一代的產品是串行ATA（SATA）
SCSI接口硬盤簡介
SCSI(SmallComputer System Interface )小型計算機系統接口
SCSI硬盤併發處理性能優異，常應用於企業級存儲領域
SCSI硬盤採用並行接口，接口速率目前發展到320MB/s，基本已經達到極限，已被其 串行版本SAS（ Serial Attached SCSI ）硬盤所替代
FC接口硬盤簡介
FC硬盤採用FC-AL(Fiber Channel Arbitrated Loop，光纖通道仲裁環) 接口模式
FC-AL是一種雙端口的串行存儲接口
FC-AL支持全雙工工作方式
FC-AL利用類似SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環拓撲結構，一個控制器能訪 問126個硬盤
SATA接口硬盤簡介
SATA：Serial ATA (SerialAdvanced Technology Attachment )串行ATA
SATA採用串行方式進行數據傳輸，接口速率比IDE接口高，最低爲150MB/s，並且第 二代（SATAⅡ ）300MB/s接口硬盤已經形成商用，規劃內的最高速率可達600MB/s SATA硬 盤採用點對點連接方式，支持熱插拔，即插即用
SATAⅡ技術
SATAⅡ有一下五個主要特性：
} 更高的端口傳輸率（300MB/s）
} 本機命令隊列（NCQ）
} 組件管理（EnclosureManagement ），比如風扇控制，溫度控制，新硬盤指示，壞硬盤指示，硬盤狀態指示等
} 端口複用（PortMultiplier ），允許多個硬盤連接到同一端口
} 可向上兼容SAS技術
SATAⅡ技術可對24×7企業在線和近線存儲應用提供超大容量和高可靠性的支持
SAS接口硬盤簡介
SAS(SerialAttached SCSI) 串行連接SCSI
SAS是一種點對點、雙全工、雙端口的接口
SAS專爲滿足高性能企業需求而設計，並且兼容SATA硬盤，爲企業用戶帶來前所未 有的靈活性
SAS技術優點
性能：能夠提供3.0Gbit/s的傳輸率，規劃到12.0Gbit/s
兼容性：SAS連接器可以同時支持SATA和SAS硬盤
可擴展性：通過Expander可以擴展到16000個設備
支持世界範圍唯一的設備ID號，提高了設備尋址能力
支持更長距離的電纜，在無光纖傳輸能力的情況下，電纜長度可以到10米
靈活性:SAS可以使用現有的SCSI命令集，保護企業現有SCSI軟件的投資，繼承了 SCSI的高可用性，並在SCSI命令排隊方面進行了優化
SAS完全承襲了SCSI的優勢，採用串行技術性能得到進一步提升，同時還考慮了向下兼容SATA的問題，因此用戶可以根據不同的需求和承受能力，靈活選擇SAS和SATA進行組合來構建存儲系統
RAID
RAID基本概念
RAID（RedundantArray of Independent Disks）即獨立磁盤冗餘陣列，RAID技術將多個單獨的物理硬盤以不同的方式組合成一個邏輯硬盤，從而提高了硬盤的讀寫性能和數據安全性。
RAID級別
RAID0 數據條帶化，無校驗
RAID1 數據鏡像，無校驗
RAID2 海明碼錯誤檢驗及校正
RAID3 數據條帶化讀寫，校驗信息存放於專用硬盤
RAID4 單次寫數據採用單個硬盤，校驗信息存放於專用硬盤
RAID5 數據條帶化，校驗信息分佈式存放
RAID6 數據條帶化，分佈式校驗並提供兩級冗餘
同時採用兩種不同的RAID方式還能組合成新的RAID級別
RAID0+1 先做RAID 0，後做RAID 1，同時提供數據條帶化和鏡像
RAID10 類似於RAID 0+1，區別在於先做RAID 1，後做RAID 0
RAID50 先做RAID 5，後做RAID 0，能有效提高RAID 5的性能
RAID組狀態
物理卷和邏輯卷
RAID由幾個硬盤組成，從整體上看相當於一個物理卷
在物理卷的基礎上可以按照指定容量創建一個或多個邏輯卷，通過LUN（login Unit Number）來標識
RAID、邏輯卷的形成過程
虛擬RAID技術
RAID級別和特點
RAID 0
既沒有容錯設計的條帶硬盤陣列（Striped Disk Array without Fault Tolerance），以條帶形式將RAID組的數據均勻分佈在各個硬盤中
RAID 1
RAID1又稱鏡像（Mirror），數據同時一致寫到主硬盤和鏡像硬盤
RAID 10
RAID10是將鏡像和條帶進行兩級組合的RAID級別，第一級是RAID 1鏡像對，第二級是RAID 0。RAID 10也是一種應用比較廣泛的RAID級別。
RAID 0+1
RAID 0+1是將條帶和鏡像進行兩級組合的RAID級別，第一級是RAID 0，第二級是RAID1。一般來說，RAID0+1的失效概率要比RAID 10大，不過無硬盤故障下，RAID 0+1的讀取速度要比RAID 10快
RAID 50
RAID50是將RAID 5和RAID 0進行兩級組合的RAID級別，最低一級是RAID 5，第二級爲RAID 0
RAID級別 | 優點 | 缺點 | 最小硬盤數 |
RAID 0 | 1、極高的讀寫效率 2、速度快，由於不存在校驗，所以不佔用CPU資源 3、部署簡單 | 1、無冗餘，通常和其他RAID級別混合使用 2、不適合用於關鍵數據環境 | 2 |
RAID 1 | 1、提供了很高的數據安全性和可用性 2、100%的數據冗餘 3、設計、使用簡單 4、不作校驗計算，CPU佔用資源少 | 1、空間利用率只有1/2 2、相對於單個硬盤，無法提高寫性能 | 2 |
RADI 3 | 1、數據分佈式存儲在連續的硬盤上，具有較高的讀速率，適合大文件連續讀操作的應用 2、如果有一個硬盤損壞，數據的有效性沒有影響 | 1、檢驗盤是整個硬盤陣列系統的瓶頸 2、有數據盤故障時，每次讀操作時都需要進行校驗計算，讀寫性能大幅度下降 | 3 |
RAID 5 | 1、高讀取速率，中等寫速率 2、提供一定程度的數據安全 | 1、RAID組裏單塊硬盤的故障，會導致其他硬盤讀寫性能大幅度下降 | 3 |
RAID 6 | 1、可以同時允許兩塊硬盤失效 | 1、磁盤利用率比RAID 5更低 2、校驗計算複雜，對控制器性能消耗很大，增加系統負載 3、出現硬盤失效時，RAID重建時對系統性能影響更大，並且重建時間長 | 4 |
RAID 10
| 1、高讀取速率 2、高寫速率，較校驗RAID而言，寫開銷最小 3、至多可以容許n個硬盤同時損壞（2N個硬盤組成的RAID10陣列） | 1、只有1/2的硬盤利用率
| 4
|
| RAID 50 | 1、比單個RAID 5容納更多的硬盤 2、比單個RAID 5有更好的讀性能 3、至多可以容許N個硬盤同時損壞（N個RAID5組成的RAID 50陣列） 4、比相同容量的單個RAID5重建時間更短 | 1、比較難實現 2、同一個RAID 5組內的兩個硬盤損壞會導致整個RAID 50陣列的失效
| 6 |
RAID比較和選擇
常用RAID比較
常用RAID選擇
RAID硬盤失效處理
熱備和熱插拔
熱備：HotSpare
定義：當冗餘的RAID組中某個硬盤失效時，在不干擾當前RAID系統的正常使用的情 況下,用RAID系統中另外一個正常的備用硬盤自動頂替失效硬盤，及時保證RAID 系統的冗餘性。
全局式：備用硬盤爲系統中所有的冗餘RAID組共享
專用式：備用硬盤爲系統中某一組冗餘RAID組專用
熱插拔：HotSwap
定義：在不影響系統正常運轉的情況下，用正常的硬盤物理替換RAID系統中失效硬盤
關鍵在於熱插拔時電子器件的保護機制
