存储技术大作业

1. 列出数据中心基础架构的5个核心要素，并描述每个要素在支持业务活动方面所发挥的作用。

答：数据中心基础架构的5个核心要素：

（1）应用程序 — 用于操作通常存储在数据库中的数据的特殊专用软件；

（2）数据库 — 更常见的是数据库管理系统 (DBMS)，它提供一种结构化的数据

存储方法，将数据存储在按逻辑组织的表中，这些表之间存在关联。它们优化了数据的存储和检索；

（3）服务器/操作系统 — 提供运行应用程序和数据库所需的计算平台；

（4） 网络 — 在客户端与服务器或服务器与存储之间提供数据通信路径；

（5） 存储阵列 — 存储数据和信息的地方

2.

解释信息存储系统的7大核心要求。

答：（1）可用性 — 确保数据在需要时随时都可以访问。如前所述，无法访问数据可能会给业务造成重大的经济损失。

（2）安全性 — 防止未经授权对数据进行访问。这些机制可使服务器只能访问存储阵列上分配给它们的资源。

（3）容量 — 在不中断业务的情况下，“按需”增加存储容量的能力。如果数据库耗尽物理存储上的空间，它将会暂停，从而给业务造成影响。

（4）可扩展性 — 存储解决方案应能够与业务一起增长。随着业务不断地增长，将会部署更多的服务器，并开发新的应用程序/数据库。

（5）性能 — 为所有 I/O 请求提供快速服务。利用集中化模型将多台服务器连接到一个存储阵列。智能化的阵列、处理器和体系结构应能够实现最佳性能。

（6）数据完整性 — 必须在整个 I/O 链中进行检查，以确保数据自始至终不会中断。存储系统必须“保证”发送给它的数据确实是写入磁盘的数据，且在请求时能够获取得到。

（7）可管理性 — 应无缝执行需要满足所有这些请求的操作和活动，并最大程度减少业务活动的中断。

3. 对比ide,sata,scsi,sas四种常见接口的主要参数和试用范围。

答：IDE是俗称的并口。从英特尔的430TX芯片组开始，就提供了对Ultra DMA 33的支持，提供了最大33MB/sec的的数据传输率，以后又很快发展到了ATA 66，ATA 100以及迈拓提出的ATA 133标准，分别提供66MB/sec，100MB/sec以及133MB/sec的最大数据传输率。主要用于内部总线。

SATA是俗称的串口。目前能够见到的有SATA-1和 SATA-2两种标准，对应的传输速度分别是150MB/s和300MB/s。SATA主要用于已经取代遇到瓶颈的PATA接口 技术。主要用于内部总线。

SCSI是"小型计算机系统专用接口"的简称，SCSI硬盘就是采用这种接口的硬盘。SCSI规范发展到今天，已经是第六代技术了，从刚创建时候的SCSI(8bit)、Wide SCSI(8bit)、Ultra Wide SCSI(8bit/16bit)、Ultra Wide SCSI 2(16bit)、Ultra 160 SCSI(16bit)到今天的Ultra 320 SCSI，速度从1.2MB/s到现在的

320MB/s有了质的飞跃。目前的主流SCSI硬盘都采用了Ultra 320 SCSI接

口，能提供320MB/s的接口传输速度，转数可达万转以上。并行（主要用于内部总线）；串行（外部总线）。

SAS就是串口的SCSI接口。目前，SAS接口速率为3Gbps，其SAS扩展器多为12端口。不久，将会有6Gbps甚至12Gbps的高速接口 出现，并且会有28或36端口的SAS扩展器出现以适应不同的应用需求。SAS技术引入了SAS扩展器，使SAS系统可以连接更多的设备，其中每个扩展器允许连接多个端口，每个端 口可以连接SAS设备、主机或其他SAS扩展器。

4.

解释Raid0, Raid1，Raid5, Raid0+1, Raid1+0的概念，并分析他们的优缺点。

答：（1）RAID 0 可跨阵列中的所有驱动器对数据进行分条，而不会生成冗余数据。

性能 － 因使用分条功能而优于 JBOD。当 I/O 大小很小时，I/O 速率（称为吞吐量）可能会非常高。使用这种 RAID 类型，较大的 I/O 可产生较高的带宽（每秒移动的数据）。如果在多个控制器（每个控制器只有一个驱动器）之间对数据进行分条，则在性能上会得到进一步的提高。

数据保护 － 没有奇偶校验或镜像就意味着没有容错能力。因此，恢复数据显得极为困难。

应用 － 需要高带宽或高吞吐量，但是数据并不重要或者可以轻松重新创建数据的情形。

（2）RAID 1 使用镜像来提高容错能力。一个 RAID 1 组由 2 个（通常情况下）或更多磁盘模块组成。每次向数据磁盘写入同时也是向镜像磁盘写入。这一操作对主机而言是透明的。如果某个磁盘发生故障，磁盘阵列控制器就会使用镜像驱动器进行数据恢复，以保证连续运行。替代驱动器上的数据可以从镜像驱动器进行重建。

优点 — 高数据可用性和高 I/O 速率（数据块大小较小）

缺点 — 阵列中的磁盘总数是数据（可用）磁盘的两倍。这表示开销成本达到 100%，而可用存储容量为 50%

（3）RAID 5 不会像 RAID 3 那样，在所有磁盘上并行读取和写入数据。相反，它会执行独立的读取和写入操作。它没有专用的奇偶校验驱动器；数据和奇偶校验信息分布在组中的所有驱动器上。

优点 — 功能最全面的 RAID 级别。传输速率高于单个驱动器的速率，但总体 I/O 速率较高。在并行处理（多任务）应用/环境中使用效果较佳。由于使用奇偶校验而非镜像，因而实现了成本节省。

缺点 — 与 RAID 3 相比，传输速率较慢。小型写入速度慢，因为它们需要进行读取-修改-写入 (RMW) 操作。在恢复和重建模式下性能有所降低；如果同一个组中有多个驱动器丢失，将会造成数据丢失。

（4）RAID 0+1 是结合了 RAID 0 的速度和 RAID 1 的冗余能力的一种方法。RAID 0+1 作为镜像阵列实施，该阵列的基本元素为 RAID 0 条带。

优点 — 中等数据可用性，高 I/O 速率（数据块大小较小），并且能够经受多个驱动器故障，但前提是这些故障必须发生在同一个条带上

缺点 — 磁盘总数等于数据磁盘的两倍，且开销成本为 100%

（5）RAID 1+0（或者 RAID 10、RAID 1/0 或 RAID A）也结合了 RAID 0 的速度和 RAID 1 的冗余能力，但是它的实施方式与 RAID 0+1 有所不同。RAID

1+0 是一种条带化阵列，该阵列的单个元素为 RAID 1 阵列（即镜像）。

优点 — 高数据可用性，高 I/O 速率（数据块大小较小），并且能够经受多个驱动器故障，但前提是这些故障必须发生在不同的镜像上

缺点 — 磁盘总数等于数据磁盘的两倍，且开销成本为 100%

5. 论述DAS,SAN,NAS和IPSAN的优缺点、主要功能，应用场景，以及他们之间的区别和联系。

答：（1）DAS（直连存储）：

优缺点：优点—适用于本地数据资源调配；在小型环境中可快速部署；易于在简单的配置中部署；可靠性；低资金开支；低复杂性。

缺点—必须直接连接主机；数据可用性；数据传输速度可能下降（CPU

拥塞、缓存、多路径）；可扩展性有限（主机的连接端口数；可寻址的磁盘数；距离限制）；需要停机才能进行维护

主要功能：内部 DAS 一般通过主机和操作系统进行管理，或者由某个第三方软件进行管理。设备管理提供了许多功能，包括：

.磁盘/卷分区/管理

.操作系统的文件系统特定布局

.用于存储和检索数据的数据寻址

外部 DAS 管理的一个主要功能是主机操作系统不直接负责资源的任何基本管理（例如，LUN 创建、文件系统布局和数据寻址）。外部 DAS 还提供了存储资源的多路径选择（尽管某些高端主机本身即提供这一选择）。内部多路径更易受系统故障的影响。

应用场景：直连存储（或 DAS）是最基本的存储级别。DAS 设备或者存在于主机中，成为主机的一个集成部分（如硬盘驱动器、可移动存储设备等），或者从外部直接连接到单个服务器（如 RAID 阵列或可移动介质）。

（2）SAN（光纤通道存储区域网络）：

优缺点：优点—高带宽 （光纤通道）；SCSI 扩展（数据块 I/O）；资源整合（集中化的存储和管理）；可扩展性（最多可包含 1,600 万个设备）；安全的访问（隔离和过滤）

主要功能：SAN 使用光纤通道传输，这是一组标准，定义了用于执行高速串行数据传输（速度可高达每秒 400 MB）的一组协议。SAN 提供了一种标准的数据传输介质，计算机系统通过该介质与设备（例如磁盘存储阵列）进行通信。

基于光纤通道的 SCSI 实施允许设备以动态光纤通道拓扑进行连接，动态光纤通道拓扑可扩展更远的距离并提供更高的灵活性和可管理性，同时保留了 SCSI

的基本功能。光纤通道网络通常被称为执行通道操作的网络。因为它是一个网络基础架构，因此可以无缝地连接很多设备和主机，一个 SAN 中的设备可以多达 1,600 万个。这能够更好地利用公司资产并简化配置和安全的管理。

应用场景：储区域网络 (SAN) 是一个专用网络，它在计算机系统和存储设备（可以包括磁带和磁盘资源）之间传输数据。SAN 包括一个通信基础架构，它提供

物理连接，还包括一个管理层，它组织连接、存储元素和计算机系统以便使数据传输安全而可靠。

（3）NAS（网络连接存储）：

优缺点：优点—支持全局信息访问 ；提高效率；提供灵活性；集中化存储；简化管理；可扩展性；高可用性 – 通过本机群集实现；提供与环境的安全集成（用户验证和授权）

缺点—速度（网络延迟和拥塞；协议栈效率低；应用程序响应要求）；可靠性；连接性；可扩展性

主要功能：NAS 是一个功能强大且易于管理的网络信息存储库。管理员希望

NAS 能够为小型数据库应用程序提供存储库、充当备份的过渡存储池，还能够完成许多其他任务。有些公司为其 SAN 添加了企业 NAS 服务，并利用集中化存储。

应用场景：NAS 是网络基础架构上使用独特寻址方案的共享存储。NAS 服务器是一个存储设备，它由高性能文件服务器组成，并与 LAN 连接。它是一种单用途计算机，专门作为文件数据的高性能、高速专用通信网关使用。

（4）IPSAN（Internet 协议存储区域网络）

优缺点：优点—经济高效（多数公司都已拥有 IP 网络，并且非常熟悉传统的网络管理；利用现有的光纤通道应用程序）；扩展 SAN 的延伸范围（标准光纤通道距离；IP 可将光纤通道的应用扩展到地区/全球距离；如果有较高的链路速度，IP 可以处理同步应用）

缺点—高购置成本；专用的基础架构；专用的管理模型

主要功能：保护现有的光纤通道基础架构和投资；完全支持跨 LAN/WAN 的光纤通道结构服务；使 IP 网络对于 FC 结构是透明的

应用场景：远程备份和恢复；远程数据复制；存储整合

（5）联系：IP SAN也算是SAN的一种，只是服务器和存储之间通过网络交换机互联；实施 SAN 可以解决 DAS 配置中遇到的许多问题。

6. 描述数据备份中的三种备份方式，并假定某文件在三天内的内容为下表所示，若每天备份，给出三种备份方式对应的备份文件，当原始数据被破坏后，三种备份方式恢复数据分别需要哪几个备份文件。

日期

文件内容

第一天

ABCD

第二天

ABCDE

第三天

ABCDEF

答：（1）数据备份的三种方式：

完整备份是目标卷上所有数据的备份，不管数据本身是否发生了更改。

增量备份包含自上个任意类型的备份（任意最新备份）以来所做的更改。

累积备份也称为差异备份，属于增量备份的一种，包含自上个完整备份以来对文件所做的更改。

（2）三种备份方式对应的备份文件：

完整备份：ABCD，ABCDE，ABCDEF

增量备份：ABCD，E，F

累积备份：ABCD，E，EF

（3）三种备份方式恢复数据分别需要的备份文件：

完整备份：ABCDEF

增量备份：ABCD，E，F

累积备份：ABCD，EF

7.

请描述备份 / 恢复与归档之间的区别。

答：数据备份和数据归档有许多不同点。首先，数据备份是将数据拷贝到顺序读写的介质上，而数据归档是将数据转移到速度稍微低一些的随机读写的介质上。数据备份一般都会保留多个副本，而数据归档通常通过重复数据删除或者CAS技术只保留一份。两者另外一个很大的区别是，数据归档的重点是为文件提供索引和搜索功能，而数据备份则侧重于对备份策略或者备份后的镜像进行搜索。最后一个不同点是，备份的数据通常保存的时间比较短，主要是用在数据恢复的时候，而归档后的数据一般要保存很长一段时间，因为法律对此都有明文的规定。

大部分的数据归档软件都提供重复数据删除功能，常用的方式有以下几种：单实例存储，文件级别重复数据删除，块级别重复数据删除，内容地址存储算法等。在此之前，数据备份软件只能使用第三方的硬盘设备来完成重复数据删除，而现在，一些著名的数据备份软件厂商如 CommVault 系统公司、EMC公司、IBM公司和赛门铁克公司在各自的备份软件中都实现了重复数据删除。这项功能的出现也消除了原先人们认为数据备份不支持单实例存储的说法。

由于两者本质的不同，数据归档软件中的有些功能是绝对不能用在数据备份软件中的，例如，在文件级别进行搜索或者建立索引。因为数据备份是基于镜像级别的，所以它根本不能对每个文件建立索引。不过，在运行电子发现程序或者搜索业务数据时所用的全文搜索跟上面的搜索是不一样的。

数据备份由来已久并且引用了很多数据归档软件中的功能。由于它们的功能相互补充，数据备份和数据归档以后还会继续存在下去，而且不能彼此取代对方。