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存储设备

工控家百科顾问团

贡献者:工控家001  最后更新:2019-01-24 09:16:22  浏览数:185

存储设备(英文名称为Memory)是用于储存信息的设备,通常是将信息数字化后再以利用电、磁或光学等方式的媒体加以存储

关键词: 存储设备概述工作原理应用分类选型指南维护保养注意事项故障排除


1概述

存储设备(英文名称为Memory)是用于储存信息的设备,通常是将信息数字化后再以利用电、磁或光学等方式的媒体加以存储。


2工作原理

存储设备的基本单位为存储元,可完成对二进制代码的存储;若干存储元构成存储单元,存储单元中有一个存储元用于存储地址,其它存储元用于存放字节数据;若干存储单元构成存储器,完成对任意数据的存储。

3分类

存储器根据不同的分类条件具有多种分类方式,

根据用途的不同可以分为内存(主存储器)和外存(辅助存储器);

根据存储介质的不同可分为:

(1)利用电能方式存储信息的设备如:各式存储器,如RAM、ROM等

(2)利用磁能方式存储信息的设备如:硬盘、软盘(已经淘汰)、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器(磁泡存储器在1970年代出现,但是在1980年代硬盘价格急剧下降的情况下未能获得商业上的成功。),U盘

(3)利用光学方式存储信息的设备如:CD或DVD

(4)利用磁光方式存储信息的设备如:MO(磁光盘)

(5)利用其他物理物如纸卡、纸带等存储信息的设备如:打孔卡、打孔带、绳结等

(6)专用存储系统:用于数据备份或容灾的专用信息系统,利用高速网络进行大数据量存储信息的设备。

根据存储方式的不同可分为顺序存储器和随机存储器;

根据读写功能的不同可分为RAM(随机读写存储器)和ROM(只读存储器);

根据数据保存时间长短可分为永久记忆性存储器和非永久记忆性存储器。

 


4选型指南

一、选型前准备

首先确认以下几点:

1、资金预算多少

2、快速响应优先还是高可靠性优先

3、如何评估存储的处理能力,是希望有更强的IO处理能力还是有更大的带宽

4、如何衡量存储的最终性价比

 

二、存储体系结构

1、低端存储

一般只有一个控制器,基本没有cache或者有很少的cache,所以整体响应速度慢,而且基本没有冗余,可靠性差,一般适用于可靠性要求不高的应用,或者用来做备份。

2、中端存储

一般采用双控,有较多的cache或链路,而且开始注意冗余,这个区间的存储,控制器是核心部分,如果有1个控制器坏掉,带来的性能降低会超过50%,因为损坏一个控制器后写cache会自动关闭,性能受到极大影响。

3、高端存储

 

一般采用多控,并采用以cache为核心的体系结构。多控的结构中,损坏其中某个控制器对整体性能影响比较小。

一般情况下,中端存储是性价比较高的可选产品,对于可靠性及响应要求极高的应用,会采用高端存储,比如银行、电信、移动等。

 

三、存储的cache技术

存储的cache无处不在,硬盘、存储、RAID卡都有cache,我们从cache写、cache读与cache设计说明:

1、cache写

在 cache写环境下,只要写到cache,存储就反馈为写完成,该过程是非常快的,通过写cache的镜像与电池保护,保证写到cache但还为写到磁盘 上的数据不丢失,该方式对于RAID5影响尤为明显,所以对于单控的存储,是无法开启cache写功能,对于双控上坏掉1个控制器的情况,也会自动关闭写 cache,所以性能会有很大影响。建议在任何情况下,都不要关闭cache写功能。

2、cache读

对于要读取的数据在cache中,我们称之为cache命中,否则为cache miss,cache读比磁盘读至少快5倍,所以对于高端存储,cache是核心部件,一般都有比较大的cache尺寸。cache读对于OLAP系统影响不大。

 

四、存储评估指标

存储评估指标有:iops、throughput、响应时间。一般来说,对于比较频繁的OLTP系统,更多考虑iops与响应时间,对于OLAP,一般考虑带宽

1、iops

决定iops因素:磁盘个数、cache命中率、阵列算法。

磁盘个数是决定iops最重要的因素,磁盘类型与iops关系如下:

10k rpm 15k rpm ata

100 150 50

上述值为理论值,而且是没有包含cache命中部分,对于实际情况中,该理论值还会增加,但是对于我们预估存储iops时,不能按照理论值去算。比如:假定 cache命中率在实际业务中能达到20%,则对于15k rpm盘的理论iops为150/0.8=187.5。影响iops的另一个因素是阵列算法,如cache算法、寻道算法、预读算法

2、throughput(带宽)

吞吐量主要取决于:磁盘个数、光纤通道的数量和带宽、阵列构架与iops一样,每个物理硬盘也有其最大支撑的流量大小,硬盘类型与最大流量的关系:

10k rpm 15k rpm ata

10m/s 13m/s 8m/s

假定有个阵列有100块15 rpm光纤盘,从带宽角度可以支撑最大为:100*13m/s=1300m/s,接着考虑光纤通道大小,对于1块2G的HBA卡,可以支持最多2048m /8=256m的实际流量,需要配置1300/256=5.07块HBA卡才可以满足要求。对于OLAP系统,一般会选择4G或更大的HBA卡。

3、响应时间

单 IO响应时间和iops的当前值、吞吐量大小及cache命中率都有密切关系。经验值表示:一个IO的响应时间在20ms以内,应用基本可以正常工作,做 为一个核心的高可用OLTP环境,最佳的单IO响应时间建议在10ms以内。如果应用是频繁的OLTP系统,应先考虑iops因素,选择合适的阵列算法, 配置较多且较快的磁盘及cache大小。如果是典型的OLAP系统,需要考虑存储系统带宽与存储的光纤通道带宽,配置适当的硬盘个数,这时一般不用考虑 cache大小。

 

五、最终选型决定

1、成本预算问题

2、响应速度与可靠性的选择

对于中端存储提供的响应速度,在相同磁盘数量下和高端存储差别不大,但是稳定性却比高端存储低很多

3、存储的评估指标

需要了解自己的业务,是偏重于IOPS的OLTP系统,还是偏重于带宽的OLAP系统。

4、存储的性价比

 


5注意事项

1.硬盘正在读写时不可突然断电

硬盘读写操作时,处于高速旋转之中(目前通常为7200转/分钟或5400转/分钟),如若突然断电,可能会导致磁头与盘片猛烈磨擦而损坏硬盘。因此最好不要突然关机,关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁,只有当硬盘指示灯停止闪烁、硬盘结束读写后方可关机。

2.注意保持环境卫生

在潮湿、灰尘、粉粒严重超标的环境中使用微机时,会有更多的污染物吸附至印制电路板的表面以及主轴电机内部。潮湿环境还会使绝缘电阻等电子器件工作不稳定。因此必须保持环境卫生,减少空气中的潮湿度和含尘量。切记:一般计算机用户不能自行拆开硬盘盖,否则空气中的灰尘进入硬盘内,在磁头进行读、写操作时划伤盘片或磁头。所以当硬盘出现故障时,切勿自行拆卸硬盘外壳,应该交送专业厂家修理。

3.注意硬盘防震

硬盘是一种高精设备,工作时磁头在盘片表面的浮动高度只有几微米。当硬盘处于读写状态时,一旦发生较大的震动,就可能造成磁头与盘片的撞击,导致损坏。所以不要搬动运行中的微机。在硬盘的安装、拆卸过程中应多加小心,硬盘移动、运输时严禁磕碰,最好用泡沫或海绵包装保护一下,尽量减少震动。

4.注意控制环境温度

使用硬盘时应注意防高温、防潮、防电磁干扰。硬盘工作时会产生一定热量,使用中存在散热问题。温度以20~25℃为宜,温度过高或过低都会使晶体振荡器的时钟主频发生改变。温度还会造成硬盘电路元件失灵,磁介质也会因热胀效应而造成记录错误;温度过低,空气中的水分会被凝结在集成电路元件上,造成短路。湿度过高时,电子元件表面可能会吸附一层水膜,氧化、腐蚀电子线路,以致接触不良,甚至短路,还会使磁介质的磁力发生变化,造成数据的读写错误。湿度过低,容易积累大量的因机器转动而产生的静电荷,这些静电会烧坏CMOS电路,吸附灰尘而损坏磁头、划伤磁盘片。机房内的湿度以45~65%为宜。注意使空气保持干燥或经常给系统加电,靠自身发热将机内水汽蒸发掉。另外,尽量不要使硬盘靠近强磁场,如音箱、喇叭、电机、电台、手机等,以免硬盘所记录的数据因磁化而损坏。 5.养成使用与整理硬盘的好习惯

根目录一般存放系统文件和子目录,尽量少存放其它文件。要经常运行Windows的磁盘碎片整理程序对硬盘进行整理。注意经常删"垃圾站"与"\WINDOWS\TEMP"目录中的临时文件。

6.防止计算机病毒对硬盘的破坏

硬盘是计算机病毒攻击的重点目标,应注意利用最新的杀毒软件对病毒进行防范。并注意对重要的数据进行保护和经常性的备份。

硬盘的故障复杂多样,在一篇文章中很难讲全,文中的解决办法只是抛砖引玉,值得引起大家重视的是,硬盘是比较精密的部件,正确使用好硬盘才是减少硬盘坏道发生、提高硬盘使用寿命的最好方法。我们平时要注意杜绝硬盘的不正常关机、磕碰、震动、高温状态下长时间运行等现象,定期进行磁盘碎片的整理和重要数据的备份尤其要备份好容易被忽视的主引导记录及硬盘分区表、主DOS引导记录、文件分配表等三个硬盘启动必需的数据,才是万全之策。

 


6故障排除

一、硬盘常见故障及维修方法

1、开机不能识别硬盘

故障现象:系统从硬盘无法启动,从软盘或光盘引导启动也无法访问硬盘,使用CMOS中的自动检测功能也无法发现硬盘的存在。

故障分析:这类故障先排除连接线及电源问题后,可能会有两种情况,一种是硬故障,一种是软故障。硬故障包括磁头损坏、盘体损坏、主电路板损坏等故障。磁头损坏的典型现象是开机自检时无法通过自检,并且硬盘因为无法寻道而发出有规律的“咔嗒、咔嗒”的声音、盘体损坏主要是指电机损坏,造成盘片不能转动或者转动无力、电路板损坏是指没有听到硬盘马达的转动声音,用手贴近硬盘感觉没有明显的震动,则可能是硬盘电路板损坏导致的故障;软故障一般是指硬盘里面的固件损坏,造成硬盘在电脑中系统无法识别。

故障排除:针对硬故障,如果是硬盘电路板烧毁这种情况一般不会伤及盘体,只要能找到相同型号的电路板更换(运气好的话只需更换电路板上的某个元件),硬盘修复的可能性应在80%以上,一般修复后数据都还在、针对磁头损坏和电机损坏,那就要求开盘来处理,这个要求比较高了,一般自已不能操作。否则建议直接换新硬盘;针对软故障,要通过特殊设备进行处理固件,修改里面的固件,使系统能够识别硬盘,一般自已也处理不了。

2、硬盘能够正确识别,但无法访问所有分区

故障现象:开机自检能够正确识别出硬盘型号,但不能正常引导系统,屏幕上显示:“Invalid partition table”,可从软盘启动,但不能正常访问所有分区。

故障分析:造成该故障的原因一般是硬盘主引导记录中的分区表有错误,当指定了多个自举分区(只能有一个自举分区)或病毒破坏了分区表时将有上述提示。

故障排除:用可引导的软盘或光盘启动到DOS系统,用FDISK/MBR命令重建主引导记录,然后用Fdisk或者其它软件进行分区格式化。不过对于主引导记录损坏和分区表损坏这类故障,推荐使用Disk Genius软件来修复,便于操作。启动后可在“工具”菜单下选择“重写主引导记录”项来修复硬盘的主引导记录。选择“恢复分区表”项需要以前做过备份,如果没有备份过,就选择“重建分区表”项来修复硬盘的分区表错误,一般情况下经过以上修复后就可以让一个分区表遭受严重破坏的硬盘得以在Windows下看到正确分区。

3、硬盘出现坏道

故障现象:打开、运行或拷贝某个文件时硬盘出现操作速度变慢,同时出现硬盘读盘异响,或干脆系统提示“无法读取或写入该文件”;每次开机时,磁盘扫描程序自动运行,但不能顺利通过检测,有时启动时硬盘无法引导,用软盘或光盘启动后可看见硬盘盘符,但无法对该区进行操作或干脆就看不见盘符,具体表现如开机自检过程中,屏幕提示“Hard disk drive failure”,读写硬盘时提示“Sector not found”或“General error in reading drive C”等类似错误信息。

故障分析:上述诸现象是硬盘出现坏道的明显表现。硬盘坏道分为逻辑坏道和物理坏道两种,前者为软坏道,可用软件修复,因此称为逻辑坏道;后者为真正的物理性坏道,由于这种坏道是由于硬件因素造成的且不可修复,因此称为物理坏道,只能通过更改硬盘分区或扇区的使用情况来解决。

故障排除:对于硬盘的逻辑坏道,推荐使用MHDD配合THDD与HDDREG等硬盘坏道修复软件进行修复,一般均可很好的识别坏道并修复。

U盘常见故障及处理方法 
U盘损坏可能性要比硬盘损坏可能性的要高很多,主要是由于FALSH存储芯片数据读写方式造成它的寿命很短以及会出现很多山塞U盘的原因,造成U盘及其它FALHS存储(如SD,CF,TF等)故障出现要高于硬盘,所以U盘我们一般只能作为短期或者过渡存存储数据的设备,不能作为长期存储的设备。而且一旦U盘出现故障,数据恢复的可能性要远远小于硬盘。

U盘出现故障,一般是二个原因,即硬件故障和软件故障

硬件故障造成U盘在插上USB口后,电脑不认,没有出现“可移动磁盘”,这个问题较好解决,一般是 USB口接触不好,处理办法:(1)拔下,等十秒钟再插上USB口,使接触完好;。(2) 电脑的USB功能没有打开。处理办法:启动电脑进去BIOS设定,找到USB功能选项,选“使能”。3)U盘电路出现问题,找稍微懂点电路,都能修好。以上三个问题处理好,里面的数据都在,一般不会造成数据丢失。(4)U盘的主控芯片出现问题,这个故障较难处理,而且一旦损坏,数据恢复的难度大大增加。

软件故障造成U盘无法打开盘符或者里面的数据出现乱码,这多是由于文件系统造成,和硬盘出现这个故障原因一样,可以Disk Genius软件来修复,便于操作。

 


参考资料

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