Lesson2 大纲
存储系统环境的三大组成

host
connectivity
storage

信息主机物理和逻辑组件
接口协议PCI IDE/ATA SCSI
存储选项

磁带
光盘
磁盘驱动器

Host

应用程序在主机上运行

from 简单的笔记本电脑 to 服务器集群（服务器集群用LAN连接），甚至mainframe (大型主机)

物理组成？

CPU
storage
1. disk device and internal memory 磁盘设备内部存储器
IO设备
1. H to H communications
  1. Network Interface card NIC 网络接口卡
  2. Host to storage device 主机到存储设备
2. communications
  1. host bus adapter HBA 主机总线适配器

逻辑组成

HOST
application
OS
File system
volume manager
device drivers
HBA

详细论述

application
1. 用户和主机间的接口
2. 三层架构
  1. application UI APP
  2. computing logic 计算逻辑
  3. underlying databases 数据库
3. 应用程序数据访问可分为
  1. block级访问：数据 stored and retrieved(检索) in blocks，指定LBA
  2. 文件级访问：通过指定文件名，path存储，检索
OS
1. resides between APP and hardware
2. controls environment

主机的逻辑控制组件 LVM

creating and controlling 主机级 logical storage
1. storages’ physical view is converted to logical one by mapping —— 物理视图变为逻辑视图
2. logical data blocks are mapped to physical data blocks(逻辑数据块变为物理数据块)
通常为OS一部分，或第三方主机软件提供
LVM组成
1. physical volume
2. volume group
3. logical volume

LVM后续部分：

Device drivers 设备驱动程序
1. OS可以识别设备
2. access, control 设备给API
3. 取决于硬件和OS
文件系统
1. 一个单元存储的相关记录
2. 数据集合
3. 文件的层次结构

Volume Groups

一个或多个 physical volumes
LVM 将 Volume Groups 是为单独的实体管理
Volume Groupe 内可根据需要进行增删
Physical volumes 多为大小相等的连续磁盘块
host在OS上至少用一个disk group
1. APP和OS各自data保存在单独的volume group中

LVM例子

partitioning
concatenation

How Files are Moved to and from Storage

用户（配置管理
文件（存于
File system files（被file system映射
File system 块（存于
LVM logical extents LVM逻辑扩展数据块 (被LVM映射到
Disk physical extents (存于)
disk sectors (被disk存储子系统管理)

Connectivity

主机之间或主机与任何存储设备之间的互连
物理组件

bus 总线
port端口
cable电缆

CPU 通过bus连接 HBA， HBA与Disk各有一个port，port之间通过cable连接

protocol

receiver和sender之间通信定义格式

Tightly connected
1. RAM, 到控制器的存储缓冲区（例如PCI）
directly attached
1. 以中等距离将主机连接到存储器（例如IDE/ATA）
networkconnected
1. 网络连接的实体，如网络主机、NAS或SAN（例如SCSI或FC

Popular Connectivity Options: PCI

用于本地总线系统 local bus system

即插即用
interconnection between micro processor and attached devices
吞吐量133MB/s
PCI 32/64 bits
PCI express : PCI总线的增强版，具有更高的吞吐量和时钟速度

Popular Connectivity Options: IDE/ATA

Integrated Device Electronics (IDE) / Advanced Technology Attachment (ATA)

最欢迎
高性能低成本
廉价的存储互联
用于内部链接

Serial Advanced Technology Attachment (SATA

热插拔
IDE/ATA 规范串行版本
增强型总线为 6Gb/s

Popular Connectivity Options: SCSI

并行SCSI(Small computer system interfac)

最受欢迎的服务器硬盘接口
成本高于IDE/ATA
支持多个同时数据访问
“高端环境”
320MB/s
串行SCSI(SAS)
3gb/s

Storage: Medias and Option

magenetic tape

低成本
长期存储
缺点：sequanttial 顺序数据访问、一次单个应用程序访问，物理损耗、存储、检索开销（Physical wear and tear and Storage/retrieval overheads）

Optical Disk

小型单用户中作为分发介质
Write once and read many (WORM)
限制：容量速度

Disk Driver

受欢迎
随机读写
合适performance intensive online app

第一部分总结

Key points covered in this lesson:

Host components
- Physical and Logical
Connectivity options
- PCI, IDE/ATA, SCSI
Storage options
- Tape, optical and disk driv

第二部分

Physical Disk Structure

对于柱面

spindle
cylinder

对于platter

track
sector

磁盘驱动性能

Electromechanical device
- 影响存储system的总体性能
disk service time
- 多用于完成IO请求
- seek time
- rotational latency
- data transfer rate

Disk Drive Performance: seek time

定位 read/write head 所需时间
寻道时间端，IO操作越快
寻道时间的规格包括
1. 全行程 full stroke
2. 平均值
3. tacnk to track

Disk Drive Performance: Rotational Speed/Latency

盘片在R/W磁头下旋转和定位数据所花费的时间

rotation speed of the spindle
average rotational latency
1. one-half of time
2. 5.5ms for 5400 rpm drive （rps （转/秒）或 rpm （转/分））
3. 2.0 ms for 1500 rpm drive

Disk Drive Performance: Data Transfer Rate

单位时间传输速率

内部传输速率：数据从track到dis internal buffer
外部传输速度 : 生成的接口速度

Fundamental Laws Governing Disk Perfor

Little’s Law

$a\times R$

N: 系统总需求数
a: 到达率
R：平均响应时间

Utilization law

$a\times RS$

U： UO控制吕勇率
RS：服务时间

total response time

$\frac{RS}{1 - U}$

服务时间的话：得翻倍

企业级山村又是

更快的性能
1. 比IO PS强30倍
2. 小于1ms的服务
时间是
1. 能效更高
2. IO减少98%的时间
可靠性更高
1. 无移动部件
2. RAID重建

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