第5章网络存储备份技术 随着网络技术的不断发展,应用领域的快速扩张,不论是 Internet还是企业和机构网络上的数据量都在成倍地增长, 因而对数据访问的速度、可用性、可靠性、可管理性等要 求变得非常突出。网络存储和备份技术就是解决上述问题 的非常好的手段 对于大多数读者来说,存储与备份技术可能比风络、服务 器等常用技术陌生得多,但目前对于大、甲型网络系统而 存储与备份技术几乎成为必备选项。因此,网络存储 备份技术成为了网络系统集成的重要内容之一
第5章 网络存储备份技术 随着网络技术的不断发展，应用领域的快速扩张，不论是 Internet还是企业和机构网络上的数据量都在成倍地增长， 因而对数据访问的速度、可用性、可靠性、可管理性等要 求变得非常突出。网络存储和备份技术就是解决上述问题 的非常好的手段。 对于大多数读者来说，存储与备份技术可能比网络、服务 器等常用技术陌生得多，但目前对于大、中型网络系统而 言，存储与备份技术几乎成为必备选项。因此，网络存储 备份技术成为了网络系统集成的重要内容之一
本章主要内容 1·网络存储技术 2·网络备份技术 3·常用网络系统备份方案 4·基于 CA ARC Serve的典型备份案例
本章主要内容 ◼ 网络存储技术 ◼ 网络备份技术 ◼ 常用网络系统备份方案 ◼ 基于CA ARC Serve的典型备份案例 1 2 3 4
5.1网络存储技术 九十年代以前,存储产品大多作为服务器的组成部分之一,这 种形式的存储被称为SAS( Server attached Storage服务器附 属储)或DAs( Direct Attached Storage,直接连接存储或 直接附属存储) 随着技术的发展,进入九十年代以后,人们逐渐意识到I系统 的数据集中和共享成为二个亟待解决的问题。于是,网络化存 储的概忿被提出并得到了迅速发展。从架构上来分,当令的岗 经化存储系统主要包括SAN( Storage area Network,存储区 域网络或称存域网络)和NAS( Network Attached storage, 网络连接存储或网络附属存储)两大类。 本节介绍当前流行的几种主要的存储技术 RAID DAS SAN NAS ISCSI
5.1 网络存储技术 ◼ 九十年代以前，存储产品大多作为服务器的组成部分之一，这 种形式的存储被称为SAS（Server Attached Storage 服务器附 属存储）或DAS（Direct Attached Storage，直接连接存储或 直接附属存储） ◼ 随着技术的发展，进入九十年代以后，人们逐渐意识到IT系统 的数据集中和共享成为一个亟待解决的问题。于是，网络化存 储的概念被提出并得到了迅速发展。从架构上来分，当今的网 络化存储系统主要包括SAN（Storage Area Network，存储区 域网络或称存域网络）和NAS（Network Attached Storage， 网络连接存储或网络附属存储）两大类。 ◼ 本节介绍当前流行的几种主要的存储技术： ◼ RAID ◼ DAS ◼ SAN ◼ NAS ◼ iSCSI
5.1.2RAID存储技术 RAID( Redundant Array of Independent Disks)是指独立磁盘冗 余阵列,其最初所指为廉价磁盘冗余阵列。RAID阵列技术允许将 系列磁盘分组,以实现提高可用性的目的,并提供为实现数据 保护而必需的数据冗余。RAID一般是通过磁盘阵列卡控制SCSI磁 盘驱动器来实现的。 RAID的实现方式:RAID可以通过硬件实现,也可以通过软件实 现,但二者有着天壤之别。RAID硬件阵列是使用专门的磁盘阵列 卡来实现的。RAID软阵列是通过支持RAID的操作系统进行配置 和管理而实现的,如 Windows m操作系统就能提供软件RAID功 能。因软件RAID需要占用CPU时间,所以RAID模式越复杂,对于 计算机系统影响就越大,运行效率也越低;再者,RAID系统受制 于脆弱的操作系统,可靠性也很难保障,因此,除非经费受限, 般不建议采用。 硬件RAID实现分为两种:种是内置(或集成)RAID控制器, 种是外置RAID控制器。外置RAID控制器包括从控制器到硬盘 等一套设备。外置RAID控制器比内置RAID控制器结构更加复杂, 缓存容量更大,功能也更强大、可扩展性也更强
5.1.2 RAID存储技术 ◼ RAID（Redundant Array of Independent Disks）是指独立磁盘冗 余阵列，其最初所指为廉价磁盘冗余阵列。RAID阵列技术允许将 一系列磁盘分组，以实现提高可用性的目的，并提供为实现数据 保护而必需的数据冗余。RAID一般是通过磁盘阵列卡控制SCSI磁 盘驱动器来实现的。 ◼ RAID的实现方式：RAID可以通过硬件实现，也可以通过软件实 现，但二者有着天壤之别。RAID硬件阵列是使用专门的磁盘阵列 卡来实现的。RAID软阵列是通过支持RAID的操作系统进行配置 和管理而实现的，如Windows NT操作系统就能提供软件RAID功 能。因软件RAID需要占用CPU时间，所以RAID模式越复杂，对于 计算机系统影响就越大，运行效率也越低；再者，RAID系统受制 于脆弱的操作系统，可靠性也很难保障，因此，除非经费受限， 一般不建议采用。 ◼ 硬件RAID实现分为两种：一种是内置（或集成）RAID控制器， 一种是外置RAID控制器。外置RAID控制器包括从控制器到硬盘 等一套设备。外置RAID控制器比内置RAID控制器结构更加复杂， 缓存容量更大，功能也更强大、可扩展性也更强
磁盘镜像技术(1) ■磁盘镜像就是在一台服务器内安装二个(或者多个)独 立的硬盘,即用一块磁盘控制器连接两个性能相同的硬 盘。当系统工作时,将数据同时存入这两个硬盘,这两 份数据称为镜像关系 个硬盘出现故障时,可以使 用另一个硬盘,从而保证网络系统正常运行。 数据流A、B、C RAID控制器 几 几 B 磁盘1 磁盘2
磁盘镜像技术（1） ◼ 磁盘镜像就是在一台服务器内安装二个（或者多个）独 立的硬盘，即用一块磁盘控制器连接两个性能相同的硬 盘。当系统工作时，将数据同时存入这两个硬盘，这两 份数据称为镜像关系。当一个硬盘出现故障时，可以使 用另一个硬盘，从而保证网络系统正常运行
磁盘镜像技术(2) 不足之处: 不能并行写入,因此存储数据的时候并不能提升速 度。不过,在读取数据的时候镜像可以提升速度 RAID控制器可以读取镜像的两个设备中的任意一个 的数据,当其中一个使用时,另一个空闲的可以响 应其他的请求; 磁盘镜像可以防止单个硬盘的物理损坏,但无法防 止逻辑损坏; 日磁盘控制器出现故障,整个网络系统就完全不 能运行了
磁盘镜像技术（2） ◼ 不足之处： ◼ 不能并行写入，因此存储数据的时候并不能提升速 度。不过，在读取数据的时候镜像可以提升速度。 RAID控制器可以读取镜像的两个设备中的任意一个 的数据，当其中一个使用时，另一个空闲的可以响 应其他的请求； ◼ 磁盘镜像可以防止单个硬盘的物理损坏，但无法防 止逻辑损坏； ◼ 一旦磁盘控制器出现故障，整个网络系统就完全不 能运行了
奇偶校验技术 奇偶校验( Parity!)是应用于RAID中的另一种冗余技术 RAID中的 Parity类似于内存中的技术。 不必把数据镜像,对整个硬盘的数据进行奇偶校验运 算,只需一个硬盘就能保证数据完整性,这就是奇偶 校验技术相对于镜像技术的优势。考虑硬盘有可能崩 溃,而多个硬盘同时崩溃的可能性极小 因此通过将 奇偶校验数据分布在磁盘阵列的多个磁盘上,可实现 更为可靠的分布式奇偶校验。奇偶校验技术的主要缺 陷是:①需要进行大量的运算,对于计算机CPU有着 相当高的要求。每一次读取、写入数据都要进行一次 奇偶校验运算,必须具畚硬件RAID控制器,运用软件 RAID几乎是不可能实现的;②恢复数据比镜像技术复 杂,恢复速度也要慢的多
奇偶校验技术 ◼ 奇偶校验（Parity）是应用于RAID中的另一种冗余技术。 RAID中的Parity类似于内存中的技术。 ◼ 不必把数据镜像，对整个硬盘的数据进行奇偶校验运 算，只需一个硬盘就能保证数据完整性，这就是奇偶 校验技术相对于镜像技术的优势。考虑硬盘有可能崩 溃，而多个硬盘同时崩溃的可能性极小，因此通过将 奇偶校验数据分布在磁盘阵列的多个磁盘上，可实现 更为可靠的分布式奇偶校验。奇偶校验技术的主要缺 陷是：①需要进行大量的运算，对于计算机CPU有着 相当高的要求。每一次读取、写入数据都要进行一次 奇偶校验运算，必须具备硬件RAID控制器，运用软件 RAID几乎是不可能实现的；②恢复数据比镜像技术复 杂，恢复速度也要慢的多
条块技术(1) 条块( Striping)技术是把进入RAID控制器的数据分割成很多部 部分为二个条块,再采用并行处理方式把条块数据分布 到RAID阵列的所有驱动器上。 ■举个例子说明条块技术的工作原理:假设需要存储的数据分为 块(A,B,C,D),且需要分布到3个硬盘上,那么第一个字 草在储在第在个使看m第一个字节奁值在等左个硬葵后第三 如此循环。图5-2给出了条块技术工作原理示意图。 数据流A、B、C RAID控制器 几 几 几 D B 个条块
条块技术（1） ◼ 条块（Striping）技术是把进入RAID控制器的数据分割成很多部 分，每一部分为一个条块，再采用并行处理方式把条块数据分布 到RAID阵列的所有驱动器上。 ◼ 举个例子说明条块技术的工作原理：假设需要存储的数据分为了 4块（A，B，C，D），且需要分布到3个硬盘上，那么第一个字 节存储在第一个硬盘上、第二个字节存储在第二个硬盘上，第三 个字节存储在第三个硬盘上，而第四个字节又存到一个硬盘上， 如此循环。图5-2给出了条块技术工作原理示意图
条块技术(2) 如果某一个磁盘出了故障,如磁盘2有故障,可以通过读取磁盘 的数据(A、D、C)以及磁盘3的数据(C、B、A),恢复原始 数 据(A,B,C,D)。当需要移动、传输数据时,控制器将对两 硬盘同时存取,从而提高性能。条块分割是RAⅠD中最具代表性的 以说RAiD阵列中的硬盘越多,性能的提高就越明显,而硬盘驱动 器数目决定了条块带宽 n条块技术的数据分块有两个级别: 字节一级的条块 数据块一级的条块 条块容量的大小是实现RAID的一个很关键的技术,不同的应用中 应该采用不同的尺寸。条块容量对于最终性能的提高或者降低影 响很眀显,条块容量越小,文件被分割的就越多,同时传输性能 将因并行处理能力的提高而提高,但是也会增加文件存储的随杌 性。而使用大的条块容量所取得的效果同使用小的条块睿量相反, 数据分布和传输的性能蒋会减低,不过文存放的随机性花会下
条块技术（2） ◼ 如果某一个磁盘出了故障，如磁盘2有故障，可以通过读取磁盘1 的数据（A、D、C）以及磁盘3的数据（C、B、A），恢复原始数 据（A，B，C，D）。当需要移动、传输数据时，控制器将对两个 硬盘同时存取，从而提高性能。条块分割是RAID中最具代表性的 技术，它使得磁盘系统传输性能成倍提高。在一定的范围内，可 以说RAID阵列中的硬盘越多，性能的提高就越明显，而硬盘驱动 器数目决定了条块带宽。 ◼ 条块技术的数据分块有两个级别： ◼ 字节一级的条块 ◼ 数据块一级的条块 ◼ 条块容量的大小是实现RAID的一个很关键的技术，不同的应用中 应该采用不同的尺寸。条块容量对于最终性能的提高或者降低影 响很明显，条块容量越小，文件被分割的就越多，同时传输性能 将因并行处理能力的提高而提高，但是也会增加文件存储的随机 性。而使用大的条块容量所取得的效果同使用小的条块容量相反， 数据分布和传输的性能将会减低，不过文件存放的随机性也会下 降
双机集群的磁盘阵列技术 双机集群的磁盘阵列见4.1.4节中的有关内容,示意图 见图4-3。在硬件上,于双数据库服务器之间设一组可 伸缩的磁盘阵列,并以RAID-5技术将用户的共同数据 存于共享磁盘组中。双机集群的磁盘阵列控制软件于 多个处理器之间分配负载、应用、数据库,将其连接 起来,使它们成为一个系统出现在用户面前。 这样的双机集群磁盘阵列系统,可以克服单点故障的 发生,在操作系统崩溃、网络控制失效或IO故障时, 控制软件均可检测出现的问题,并立即将应用操作转 移到另外一个系统上。其故障恢复对用户是完全透明 的。在灾难性事件发生时,仍可提供持续的计算能力, 最大限度地减少停机时间,AdvS( Advanced file System)实用程序重新启动系统只需几秒钟。整个系 统的可靠性、可用性和高服务性都将得到提高
双机集群的磁盘阵列技术 ◼ 双机集群的磁盘阵列见4.1.4节中的有关内容，示意图 见图4-3。在硬件上，于双数据库服务器之间设一组可 伸缩的磁盘阵列，并以RAID-5技术将用户的共同数据 存于共享磁盘组中。双机集群的磁盘阵列控制软件于 多个处理器之间分配负载、应用、数据库，将其连接 起来，使它们成为一个系统出现在用户面前。 ◼ 这样的双机集群磁盘阵列系统，可以克服单点故障的 发生，在操作系统崩溃、网络控制失效或I/O故障时， 控制软件均可检测出现的问题，并立即将应用操作转 移到另外一个系统上。其故障恢复对用户是完全透明 的。在灾难性事件发生时，仍可提供持续的计算能力， 最大限度地减少停机时间，AdvFS（Advanced File System）实用程序重新启动系统只需几秒钟。整个系 统的可靠性、可用性和高服务性都将得到提高