存儲(chǔ)之道（下）

金琦

之前我們已經(jīng)了解了磁盤的內(nèi)部原理、構(gòu)造以及外部的接口系統(tǒng)。但一塊磁盤的容量和讀寫速度是有限的，隨著學(xué)校內(nèi)部的信息化建設(shè)不斷深入，校園的辦公文檔、郵件、監(jiān)控、視頻、電子圖書館等規(guī)模的擴(kuò)展會(huì)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)量和安全壓力，對信息化建設(shè)提出了性能更高、功能更強(qiáng)、容量更大、系統(tǒng)更安全的要求，所以原來以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)不適合今天的存儲(chǔ)需求了，這時(shí)就需要將服務(wù)器的存儲(chǔ)“外部化”，使存儲(chǔ)設(shè)備成為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以供其他節(jié)點(diǎn)訪問。這樣，服務(wù)器主機(jī)只需少量硬盤或者沒有硬盤（如很多虛擬化底層系統(tǒng)只需裝在小容量SD卡上就能滿足要求），更多的是通過網(wǎng)絡(luò)來存取存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)。基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，又使得很多其他相關(guān)技術(shù)得以推廣和應(yīng)用，如當(dāng)前關(guān)注度非常高的在網(wǎng)絡(luò)上向其他節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)流服務(wù)的云存儲(chǔ)技術(shù)。

● 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)發(fā)展簡史

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展除了涵蓋存儲(chǔ)介質(zhì)容量和速度的進(jìn)步外，存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用模式的發(fā)展才是其真正的主基調(diào)。

1988年，美國加州大學(xué)伯克利分校的學(xué)者最早提出了RAID的概念。這一概念歷史性地改變了磁盤存儲(chǔ)在主機(jī)系統(tǒng)中的使用模式，使應(yīng)用系統(tǒng)對存儲(chǔ)空間容量和性能的要求第一次脫離了實(shí)際物理磁盤的禁錮。

1994年，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的光纖通道技術(shù)誕生。它在空前地提升了存儲(chǔ)設(shè)備通道性能的同時(shí)，也使存儲(chǔ)系統(tǒng)連接方式變得更為豐富。隨后不久，在20世紀(jì)90年代中后期，光纖通道技術(shù)催生了SAN的概念，即所謂存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。SAN架構(gòu)的提出，使存儲(chǔ)系統(tǒng)正式脫離了主機(jī)和運(yùn)算系統(tǒng)，也標(biāo)志著存儲(chǔ)技術(shù)作為一個(gè)獨(dú)立技術(shù)領(lǐng)域的形成。

存儲(chǔ)行業(yè)正式形成之初，與SAN概念一起大行其道的還有另外一個(gè)重要概念，那就是NAS，即所謂網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)。從本質(zhì)上講，SAN與NAS并非對立技術(shù)。但出于業(yè)務(wù)角度考慮，各存儲(chǔ)廠商有意無意地將其對立起來，以至于業(yè)界關(guān)于SAN和NAS哪個(gè)更好的爭論持續(xù)了數(shù)年之久。2001年SNIA建立了共享存儲(chǔ)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)框架，使人們清楚地認(rèn)識(shí)到SAN與NAS技術(shù)的區(qū)別與關(guān)系，此后爭論對比之聲漸弱，取而代之的是一片SAN與NAS融合之聲。在各種SAN與NAS融合的討論中，iSCSI技術(shù)逐漸脫穎而出，成為各廠商追逐的熱點(diǎn)。2001年其1.0版本正式面市之后，不僅傳統(tǒng)存儲(chǔ)專業(yè)廠商競相采用，就連IBM、微軟、Intel和Cisco這樣的IT巨無霸們也紛紛對其窺探嘗試，并衍生了同樣以太網(wǎng)作為LAN和SAN的融合數(shù)據(jù)傳輸方式——FCoE技術(shù)，使得一個(gè)單一高性能架構(gòu)就可以滿足IP、存儲(chǔ)和服務(wù)器間有效載荷的需求成為可能。

在連接協(xié)議技術(shù)一片火熱的同時(shí)，存儲(chǔ)管理等其他技術(shù)也在同步高速發(fā)展著。虛擬存儲(chǔ)、SRM（存儲(chǔ)資源管理）、CIMOM（公共信息模型對象管理器）、ILM（信息生命周期管理）、內(nèi)容尋址等一連串的新概念層出不窮，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新的應(yīng)用模式不斷推進(jìn)，今后存儲(chǔ)行業(yè)必將作為戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)，未來必將蓬勃發(fā)展。

● 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間基礎(chǔ)概念

1.RAID技術(shù)

RAID為廉價(jià)磁盤冗余陣列（Redundant Arrays of Independent Disks）。RAID技術(shù)是把多個(gè)物理硬盤組成一個(gè)陣列，虛擬為一塊磁盤，并通過不同的RAID級(jí)別實(shí)現(xiàn)多種安全存儲(chǔ)機(jī)制，從而提高了磁盤讀取的性能和數(shù)據(jù)的安全性。不同的組合方式可用RAID級(jí)別來標(biāo)識(shí)。AID技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已擁有了從RAID 0到RAID 5六種明確標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別的RAID級(jí)別。另外，還有6、7、10（RAID 1與RAID 0的組合）、01（RAID 0與RAID 1的組合）、50（RAID 0與RAID 5的組合）等。不同的RAID級(jí)別代表著不同的存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)成本。下面著重介紹常用的RAID 0、RAID 1、RAID 5。

RAID 0又稱條帶（stripe），它的存取速度最快但是沒有容錯(cuò)，所以RAID 0僅應(yīng)用于對讀取性能要求較高但所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為非重要數(shù)據(jù)的情況，如筆者學(xué)校的視頻工作站的磁盤子系統(tǒng)就采用RAID 0陣列來應(yīng)對高清視頻文件大流量持續(xù)讀寫需求（如圖1）。但這種模式不宜用作唯一的存儲(chǔ)備份解決方案，也不宜在關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)中使用。

RAID1又稱鏡像（mirror），它擁有完全容錯(cuò)的能力，但實(shí)現(xiàn)成本高。RAID1應(yīng)用于對順序讀寫性能的要求高以及對數(shù)據(jù)保護(hù)極為重視的應(yīng)用（如圖2），如筆者學(xué)校數(shù)據(jù)中心中的一卡通服務(wù)都用RAID 1方式陣列來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫文件。

RAID 5是一種存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)成本兼顧的存儲(chǔ)方案。RAID 5陣列的磁盤上既有數(shù)據(jù)，也有數(shù)據(jù)校驗(yàn)信息，數(shù)據(jù)塊和對應(yīng)的校驗(yàn)信息會(huì)存儲(chǔ)于不同的磁盤上，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)盤損壞時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)同一帶區(qū)的其他數(shù)據(jù)塊和對應(yīng)的校驗(yàn)信息來重構(gòu)損壞的數(shù)據(jù)（如圖3）。另外，RAID 5本身還適合于對隨機(jī)讀寫性能要求較高而又對成本有所考慮的應(yīng)用場合，如網(wǎng)上閱卷的圖片服務(wù)器，就可以將試卷掃描圖片放置在RAID 5陣列上，因?yàn)榭蛻舳酥皇亲x而不寫，RAID 5讀的時(shí)候與RAID 0幾乎效率相同，同時(shí)也能在一定程度上保證安全。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，我們往往采用“RAID 5+熱備盤”的方式，其主要優(yōu)點(diǎn)在于，在系統(tǒng)將數(shù)據(jù)重建至備用驅(qū)動(dòng)器時(shí)用戶仍可以繼續(xù)訪問數(shù)據(jù)。它能提供良好的數(shù)據(jù)安全，磁盤故障不需要立即處理，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)使用熱備用磁盤對自己進(jìn)行重建，但故障磁盤還是應(yīng)盡快更換。

2.邏輯單元號(hào)（LUN）

LUN的全稱是Logical Unit Number，也就是邏輯單元號(hào)。我們知道，SCSI（Small Computer System Interface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）總線上可掛接的設(shè)備數(shù)量是有限的，一般為6個(gè)或15個(gè)，我們可以用對象設(shè)備ID即Target ID（或稱為SCSI ID的）來描述這些設(shè)備，設(shè)備只要一加入系統(tǒng)，就有一個(gè)代號(hào)，我們在區(qū)分設(shè)備的時(shí)候，只需說出幾號(hào)就可以了。

而實(shí)際上我們需要用來描述的對象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該數(shù)字的，于是我們引進(jìn)了LUN的概念。也就是說，LUN ID的作用就是擴(kuò)充Target ID。每個(gè)對象設(shè)備下都可以有多個(gè)LUN設(shè)備，通常簡稱LUN設(shè)備為LUN，這樣就可以說每個(gè)設(shè)備的描述由原來的Target_X變成Target_X LUN_Y了。顯而易見，我們描述設(shè)備的能力增強(qiáng)了。就好比，以前給別人郵寄東西，寫地址的時(shí)候?yàn)椋骸痢潦腥嗣衤?7號(hào)×××（收），但是自從此地建了一棟大樓且入住單位越來越多后，你就不得不這么寫：×××市人民路77號(hào)×××大廈789室×××（收）。所以可以看出，LUN就是為了使用和描述更多設(shè)備及對象而引進(jìn)的一個(gè)方法而已，并沒有什么特別的地方。LUNID不等于某個(gè)設(shè)備，它只是個(gè)號(hào)碼而已，不具有任何實(shí)體屬性。在實(shí)際環(huán)境中，我們碰到的LUN可能是磁盤空間，可能是磁帶機(jī)，或者是其他存儲(chǔ)設(shè)備、介質(zhì)、空間等。LUN的神秘之處在于，它很多時(shí)候不是什么可見的實(shí)體，而是一些虛擬的對象。比如一個(gè)陣列柜，主機(jī)那邊看作是一個(gè)對象設(shè)備，為了某些特殊需要，我們要將磁盤陣列柜的磁盤空間劃分成若干個(gè)小的單元給主機(jī)來用，于是就產(chǎn)生了一些邏輯驅(qū)動(dòng)器的說法，也就是比對象設(shè)備級(jí)別更低的邏輯對象，我們習(xí)慣于把這些更小的磁盤資源稱之為LUN0、LUN1、LUN2……而操作系統(tǒng)的機(jī)制原因，操作系統(tǒng)能識(shí)別的最小存儲(chǔ)對象級(jí)別就是LUN Device，這是一個(gè)邏輯對象，所以很多時(shí)候被稱為邏輯設(shè)備。就拿我們熟悉的Windows來說，就認(rèn)得一個(gè)磁盤，沒看到什么LUN的說法，那是不是說LUN就是物理磁盤呢？回答是否定的。其實(shí)在磁盤的屬性里就可以看到有一個(gè)LUN的值，只是因?yàn)榇疟P沒有被劃分為多個(gè)存儲(chǔ)資源對象，而是將整個(gè)磁盤當(dāng)作一個(gè)LUN來用，LUNID默認(rèn)為0（如圖4）。

3.卷

卷在本質(zhì)上就是硬盤上的存儲(chǔ)區(qū)域。一個(gè)硬盤包括好多卷，一卷也可以跨越幾個(gè)磁盤。在Windows系統(tǒng)中，可以使用一種文件系統(tǒng)（如FAT或NTFS）對卷進(jìn)行格式化并為其分配驅(qū)動(dòng)器號(hào)。

為了能更好地理解卷，我們首先介紹一下基本磁盤和動(dòng)態(tài)磁盤的概念。磁盤的使用方式可以分為兩類：基本磁盤和動(dòng)態(tài)磁盤。

“基本磁盤”非常常見，我們平常使用的磁盤基本上都是“基本磁盤”。“基本磁盤”受26個(gè)英文字母的限制，也就是說，磁盤的盤符只能是26個(gè)英文字母中的一個(gè)。因?yàn)锳、B已經(jīng)被軟驅(qū)占用，實(shí)際上磁盤可用的盤符只有C～Z共24個(gè)。另外，在“基本磁盤”上只能建立4個(gè)主分區(qū)（注意：是主分區(qū)，而不是擴(kuò)展分區(qū)）。

另一種磁盤類型是“動(dòng)態(tài)磁盤”。“動(dòng)態(tài)磁盤”不受26個(gè)英文字母的限制，它是用“卷”來命名的。“動(dòng)態(tài)磁盤”的最大優(yōu)點(diǎn)是可以將磁盤容量擴(kuò)展到非鄰近的磁盤空間。

對卷來說，也分為基本卷和動(dòng)態(tài)卷。以Windows系統(tǒng)為例，基本卷就是駐留在基本磁盤上的主磁盤分區(qū)或邏輯驅(qū)動(dòng)器，而駐留在動(dòng)態(tài)磁盤上的卷就是動(dòng)態(tài)卷。Windows支持5種類型的動(dòng)態(tài)卷，主要有簡單卷、帶區(qū)卷、跨區(qū)卷、鏡像卷和RAID-5卷5種。

4.RAID、LUN、卷之間關(guān)系

LUN是對存儲(chǔ)設(shè)備而言的，卷是對主機(jī)而言的。該如何去理解呢？

首先選擇存儲(chǔ)設(shè)備上的多個(gè)硬盤形成一個(gè)RAID組，再在RAID組的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)LUN（一般創(chuàng)建一個(gè)LUN）。許多廠商的存儲(chǔ)設(shè)備只支持一個(gè)RAID組上創(chuàng)建一個(gè)LUN。此時(shí)LUN相對于存儲(chǔ)設(shè)備來說是一個(gè)邏輯設(shè)備。

而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)連接到存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，就可以識(shí)別到存儲(chǔ)設(shè)備上的邏輯設(shè)備LUN，此時(shí)LUN相對于主機(jī)來說就是一個(gè)“物理磁盤”，與C盤、D盤所在磁盤的屬性是相同的。在該“物理磁盤”上創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)分區(qū)，再創(chuàng)建文件系統(tǒng)，才可以得到一個(gè)卷。此時(shí)卷相對于主機(jī)而言是一個(gè)邏輯設(shè)備。

另外，從容量大小方面比較卷，分區(qū)、LUN、RAID的關(guān)系為：卷=分區(qū)≤主機(jī)設(shè)備管理器中的磁盤=LUN≤RAID≤存儲(chǔ)設(shè)備中硬盤的總?cè)萘俊?/p>

● 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

1.DAS

DAS是指將外置存儲(chǔ)設(shè)備通過連接電纜，直接連接到一臺(tái)主機(jī)上。連接方式一般為SCSI或FC接口。存儲(chǔ)設(shè)備一般直接連接服務(wù)器，服務(wù)器為核心，存儲(chǔ)設(shè)備不直接接入網(wǎng)絡(luò)（如圖5）。可以理解為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備是整個(gè)服務(wù)器結(jié)構(gòu)的延伸。

DAS這種直連方式，能夠解決單臺(tái)服務(wù)器的存儲(chǔ)空間擴(kuò)展、高性能傳輸需求，并且隨著大容量硬盤的推出，單臺(tái)外置存儲(chǔ)系統(tǒng)容量還會(huì)上升。此外，DAS還可以構(gòu)成基于磁盤陣列的雙機(jī)高可用系統(tǒng)，滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對高可用的要求。在一些學(xué)校如一卡通等，由于數(shù)據(jù)要求獨(dú)立，往往采用這種單列存儲(chǔ)方式。

2.NAS

NAS是一種采用直接與網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)相連的特殊設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的機(jī)制。由于這些設(shè)備都分配有IP地址，所以客戶機(jī)通過充當(dāng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的服務(wù)器可以對其進(jìn)行存取訪問，甚至在某些情況下，不需要任何中間介質(zhì)客戶機(jī)也可以直接訪問這些設(shè)備。全面改進(jìn)了以前低效的DAS存儲(chǔ)方式，NAS服務(wù)器可集中連接所有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，如各種磁盤陣列、磁帶、光盤機(jī)等，存儲(chǔ)容量可以較好地?cái)U(kuò)展，同時(shí)由于這種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式是NAS服務(wù)器獨(dú)立承擔(dān)的，所以，對原來的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器性能基本上沒什么影響，可確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能不受影響（如圖6）。它提供了一個(gè)簡單、高性價(jià)比、高可用性、高擴(kuò)展性和總擁有成本較低的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)解決方案。

3.SAN

SAN是指存儲(chǔ)設(shè)備相互連接且與一臺(tái)服務(wù)器或一個(gè)服務(wù)器群相連的網(wǎng)絡(luò)。其中的服務(wù)器用作SAN的接入點(diǎn)。在有些配置中，SAN也與網(wǎng)絡(luò)相連。SAN中將特殊交換機(jī)當(dāng)作連接設(shè)備。它們看起來很像常規(guī)的以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，是SAN中的連通點(diǎn)。SAN使得在各自網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)相互通信成為可能，同時(shí)帶來了很多有利條件。

（1）FCSAN

FCSAN是指通過支持SAN協(xié)議的光纖信道交換機(jī)，將主機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)系起來，組成一個(gè)LUN Based的“網(wǎng)絡(luò)”。其核心技術(shù)就是Fibre Channel（FC，光纖信道）協(xié)議，這是ANSI為網(wǎng)絡(luò)和信道I/O接口建立的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集成，支持HIPPI、IPI、SCSI、IP、ATM等多種高級(jí)協(xié)議。FCSAN獨(dú)立于LAN的服務(wù)器后端存儲(chǔ)專用網(wǎng)絡(luò)，主要利用Fibre Channel protocol（光纖通道協(xié)議），通過FC交換機(jī)建立起與服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間的直接連接（如圖7）。

（2）IPSAN

IPSAN基于IP網(wǎng)絡(luò)來搭建SAN，是通過iSCSI的完整網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)解決方案來傳輸指令和獲取數(shù)據(jù)的。ISCSI是IETF提出的經(jīng)TCP/IP/以太網(wǎng)傳送SCSI指令的協(xié)議。通過iSCSI協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)的SCSI命令和數(shù)據(jù)將被封裝成一個(gè)以ISCSI頭在先的連續(xù)字節(jié)串，該字節(jié)串被送到TCP/IP層，并被分解成適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組后，交給主機(jī)和適用與iSCSI協(xié)議的存儲(chǔ)設(shè)備。如果發(fā)出一個(gè)讀數(shù)據(jù)的請求，則從物理磁盤中檢索出數(shù)據(jù)，將其重新封裝成iSCSI字節(jié)串后送到提出請求的主機(jī)，整個(gè)過程對用戶和文件系統(tǒng)是透明的（如圖8）。

4.DAS、NAS和SAN的比較

在傳統(tǒng)的DAS模塊中，SCSI最多允許連接15個(gè)設(shè)備。這些設(shè)備串行地連接在SCSI總線上，設(shè)備越多，性能就越低。一臺(tái)主機(jī)上的存儲(chǔ)設(shè)備往往不能與其他主機(jī)共享。如果一臺(tái)主機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備已用完，即使其他主機(jī)有空閑存儲(chǔ)空間，它也難以使用，必須增加新的存儲(chǔ)設(shè)備。

NAS在一定程度上解決了直接附接的存儲(chǔ)問題，NAS和SAN之間有一些相同的地方，如在存儲(chǔ)設(shè)備和操作系統(tǒng)的主機(jī)之間都是通過網(wǎng)絡(luò)連接的，都有較好的可擴(kuò)展性，但NAS和SAN之間還是有很大差別的。

NAS和SAN之間的一個(gè)本質(zhì)區(qū)別在于：對用戶而言，NAS提供的是文件級(jí)服務(wù)，而SAN提供的是塊存儲(chǔ)服務(wù)。NAS在存儲(chǔ)服務(wù)設(shè)施中實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)。存儲(chǔ)設(shè)備一般是通過SCSI并行電纜直接連接到NAS文件服務(wù)器。NAS文件服務(wù)器負(fù)責(zé)管理這些存儲(chǔ)設(shè)備，給應(yīng)用服務(wù)器提供一個(gè)或幾個(gè)文件系統(tǒng)。應(yīng)用程序?qū)ξ募到y(tǒng)進(jìn)行文件級(jí)操作，如打開、讀、寫、關(guān)閉一個(gè)文件。NAS文件服務(wù)器把對文件的操作映射成對磁盤塊的操作，但應(yīng)用程序不知道文件位于哪個(gè)磁盤塊。應(yīng)用服務(wù)器和NAS文件服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換可以通過傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)進(jìn)行。而在SAN中，文件系統(tǒng)位于應(yīng)用服務(wù)器上。應(yīng)用程序可以對文件進(jìn)行操作，也可以直接操作存儲(chǔ)塊。對文件進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)用服務(wù)器把對文件的操作映射成對磁盤塊的操作，再把對磁盤塊的操作通過SAN執(zhí)行，最終附接到SAN的存儲(chǔ)設(shè)備，完成對存儲(chǔ)塊的操作。因此，對于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的用戶而言，NAS提供的是面向文件的存儲(chǔ)服務(wù)，而SAN提供的是面向存儲(chǔ)塊的存儲(chǔ)服務(wù)。

NAS存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)通常是通過常規(guī)的局域網(wǎng)傳輸?shù)模推渌愋偷挠?jì)算機(jī)通信共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸將占用較大比例的局域網(wǎng)帶寬，特別是在執(zhí)行數(shù)據(jù)備份時(shí)，上千兆的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)長時(shí)間地占用局域網(wǎng)，這會(huì)嚴(yán)重影響其他應(yīng)用程序?qū)钟蚓W(wǎng)的使用。另外，如果局域網(wǎng)上有許多應(yīng)用程序在使用局域網(wǎng)通信，也會(huì)使存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)貌坏阶銐虻膸挶ＷC。SAN專用于存儲(chǔ)服務(wù)的屬性，可以有效地避免這一問題的發(fā)生。

SAN通常使用適合存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓膺w通道協(xié)議。首先，光遷通道協(xié)議的效率比NAS所用的局域網(wǎng)中的TCP/IP高。TCP/IP中每個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)單元的頭比光遷通道協(xié)議數(shù)據(jù)幀的頭大兩倍。其次，光遷通道協(xié)議中數(shù)據(jù)幀的最大長度也比以太網(wǎng)大。因此，鑒于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常傳輸大量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，光遷通道協(xié)議更適合在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中使用。

NAS的優(yōu)點(diǎn)則在于NAS文件服務(wù)器的管理簡單，基本上是即插即用，而SAN需要購買光遷通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和主機(jī)適配卡。因此，NAS的成本一般低于有同樣存儲(chǔ)容量的SAN。

● 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)特色技術(shù)

在了解了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)后，我們還需要對存儲(chǔ)的一些特色功能進(jìn)行了解，結(jié)合學(xué)校的具體需求，去選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。

1.自動(dòng)分層

現(xiàn)在存儲(chǔ)設(shè)備中同時(shí)支持的存儲(chǔ)介質(zhì)往往是有區(qū)分的（如固態(tài)硬盤SSD、光纖通道FC盤、串行SAS盤和SATA盤等），它們的讀寫速度和單位時(shí)間讀寫次數(shù)（IOPS）性能差異非常大，這也意味著這些存儲(chǔ)介質(zhì)價(jià)格差異非常大，根據(jù)數(shù)據(jù)對性能的不同訪問需求，以及訪問的頻度，將數(shù)據(jù)在不同類型的存儲(chǔ)介質(zhì)之間遷移，即把那些不常被訪問的數(shù)據(jù)或過時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到速度較慢、成本較低的存儲(chǔ)介質(zhì)上，如SATA磁盤或磁帶，以此來降低硬件成本;而把那些經(jīng)常被訪問或重要的數(shù)據(jù)放在速度較快、成本較高的光纖磁盤，甚至固態(tài)硬盤SSD上，以此來提升性能。在一些高端存儲(chǔ)系統(tǒng)中，就已經(jīng)使用了SSD盤對元數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以達(dá)到元數(shù)據(jù)訪問加速的目的，如筆者學(xué)校布置的云桌面項(xiàng)目，為節(jié)約存儲(chǔ)成本，采用系統(tǒng)盤鏈接克隆的方式，即每位教師云桌面都要用到系統(tǒng)盤母鏡像，這就對讀寫速度和IOPS的要求非常高，可發(fā)布在固態(tài)硬盤SSD上;每個(gè)系統(tǒng)盤的增量數(shù)據(jù)能自動(dòng)歸屬到讀寫速度較快的光纖通道FC盤;而每位教師自己的數(shù)據(jù)盤可以自動(dòng)歸屬到讀寫速度較慢的串行SAS盤和SATA盤上。

依據(jù)處理數(shù)據(jù)的大小類型，自動(dòng)分層存儲(chǔ)還分為兩個(gè)等級(jí)：卷級(jí)和數(shù)據(jù)塊級(jí)。

在自動(dòng)分層存儲(chǔ)的早期，一些廠商采用了卷級(jí)的處理方式，也就是在I/O請求下降至一定閾值時(shí)，利用“半自動(dòng)”功能將LUN從FC盤遷移至低成本、高容量的SATA盤。這種方式非常簡單，但由于涉及大數(shù)據(jù)遷移和粒度不足的問題，實(shí)際情況下幾乎無法使用：其中的風(fēng)險(xiǎn)便是下移一個(gè)LUN之后，還需要為一個(gè)新I/O峰值再遷移回來，這在高速事務(wù)處理的存儲(chǔ)服務(wù)中，會(huì)在極大程度上影響性能。

對于高端存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)部來說，數(shù)據(jù)塊級(jí)是自動(dòng)分層存儲(chǔ)的最高境界，只有做到這一步才能做到真正對應(yīng)完全自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)透明化。目前，大多數(shù)廠商的自動(dòng)分層存儲(chǔ)的粒度已經(jīng)達(dá)到了塊級(jí)，不同廠商的數(shù)據(jù)塊的大小不盡相同：512KB～1GB不等（一些廠商已經(jīng)打算將數(shù)據(jù)塊減少至32KB）。而越小的數(shù)據(jù)塊粒度，也就意味著可以在后端移動(dòng)更少的數(shù)據(jù)，從而帶來更高的效率;越大的數(shù)據(jù)塊粒度，也就意味著在遷移大量數(shù)據(jù)之前，算法需要在等待的同時(shí)面臨遷移數(shù)據(jù)為時(shí)已晚的風(fēng)險(xiǎn)。比如數(shù)據(jù)塊粒度為GB級(jí)的，在遷移一個(gè)大型LUN中幾MB的數(shù)據(jù)，就可能有必須將GB級(jí)的數(shù)據(jù)移至更昂貴的上層存儲(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，自動(dòng)分層存儲(chǔ)也正在向應(yīng)用級(jí)別發(fā)展，也就是云存儲(chǔ)系統(tǒng)將來能夠知道幾種流行應(yīng)用程序的I/O要求及其他使用模式，然后自動(dòng)重新分層，以滿足這些要求。這種互操作性需要為關(guān)于重新分層的數(shù)據(jù)的信息（元數(shù)據(jù)）確定標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)有助于實(shí)現(xiàn)更容易跨不同供應(yīng)商生產(chǎn)的設(shè)備或文件系統(tǒng)進(jìn)行分層，還有可能便于針對內(nèi)部數(shù)據(jù)中心和云存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分層。

2.自動(dòng)精簡

自動(dòng)精簡配置是一種先進(jìn)的、智能的、高效的容量分配和管理技術(shù)，它擴(kuò)展了存儲(chǔ)管理功能，可以用小的物理容量為操作系統(tǒng)提供超大容量的虛擬存儲(chǔ)空間。并且隨著應(yīng)用的數(shù)據(jù)量增長，實(shí)際存儲(chǔ)空間也可以及時(shí)擴(kuò)展，而無須手動(dòng)擴(kuò)展。概括而言，自動(dòng)精簡配置提供的是“運(yùn)行時(shí)空間”，可以顯著減少已分配但是未使用的存儲(chǔ)空間。

如果采用傳統(tǒng)的磁盤分配方法，需要用戶對當(dāng)前和未來業(yè)務(wù)發(fā)展的規(guī)模進(jìn)行正確的預(yù)判，提前做好空間資源的規(guī)劃。但這并不是一件容易的事情，即使是最優(yōu)秀的系統(tǒng)管理員，也不可能恰如其分地為應(yīng)用分配好存儲(chǔ)資源，而沒有一點(diǎn)的浪費(fèi)。根據(jù)業(yè)界的權(quán)威統(tǒng)計(jì)，由于預(yù)分配了太大的存儲(chǔ)空間而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，大約占總存儲(chǔ)空間的30%。在實(shí)際中，由于對應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模的估計(jì)不準(zhǔn)確，往往會(huì)造成容量分配的浪費(fèi)。比如，為學(xué)校的郵件服務(wù)器和資源庫服務(wù)器應(yīng)用考慮未來數(shù)據(jù)的增長，往往需要將數(shù)據(jù)盤空間盤符劃得非常大，如給數(shù)據(jù)盤符分配了5TB的空間，但該應(yīng)用卻只需要1TB的容量，這就造成了4TB的容量浪費(fèi)，而且這4TB容量被分配了之后，很難再被別的應(yīng)用系統(tǒng)使用。自動(dòng)精簡配置技術(shù)有效地解決了存儲(chǔ)資源的空間分配難題，提高了資源利用率。采用自動(dòng)精簡配置技術(shù)的數(shù)據(jù)卷分配給用戶的是一個(gè)邏輯的虛擬容量，而不是一個(gè)固定的物理空間，只有當(dāng)用戶向該邏輯資源真正寫數(shù)據(jù)時(shí)，才按照預(yù)先設(shè)定好的策略從物理空間分配實(shí)際容量。

自動(dòng)精簡配置的核心原理是“欺騙”操作系統(tǒng)，讓操作系統(tǒng)認(rèn)為存儲(chǔ)設(shè)備中有很大的存儲(chǔ)空間，而實(shí)際上各邏輯資源是為未來考慮的使用容量。如圖9所示，針對前面的例子，可以預(yù)先為應(yīng)用系統(tǒng)分配5TB的邏輯空間，但實(shí)際占用的物理空間可以只有1TB，只有當(dāng)應(yīng)用的實(shí)際容量接近或超過1TB時(shí)，才會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的策略再為應(yīng)用系統(tǒng)分配一部分新的物理空間，如再分配1TB，使該應(yīng)用的實(shí)際物理空間達(dá)到2TB。

3.快照

存儲(chǔ)快照技術(shù)的定義是：關(guān)于指定數(shù)據(jù)集合的一個(gè)完全可用副本，該副本包括相應(yīng)數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)（副本開始的時(shí)間點(diǎn)）的映像。快照可以是其所表示的數(shù)據(jù)的一個(gè)副本，也可以是數(shù)據(jù)的一個(gè)復(fù)制品。

快照的一個(gè)作用是能夠進(jìn)行在線數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)。當(dāng)存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)生應(yīng)用故障或者文件損壞時(shí)，可以進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)恢復(fù)，將數(shù)據(jù)恢復(fù)到某個(gè)可用的時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)。快照的另一個(gè)作用是為存儲(chǔ)用戶提供了另外一個(gè)數(shù)據(jù)訪問通道，當(dāng)原數(shù)據(jù)進(jìn)行在線應(yīng)用處理時(shí)，用戶可以訪問快照數(shù)據(jù)，還可以利用快照進(jìn)行測試等工作。所有存儲(chǔ)系統(tǒng)，不論高、中、低端，只要應(yīng)用于在線系統(tǒng)，那么快照就將成為一個(gè)不可或缺的功能。

當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)快照主要有兩種技術(shù)：一種是第一次寫時(shí)復(fù)制（Copy On the First Write，COFW），有時(shí)簡稱為寫時(shí)復(fù)制（Copy On Write，COW），即在數(shù)據(jù)第一次寫入到某個(gè)存儲(chǔ)位置時(shí)，首先將原有的內(nèi)容讀取出來，寫到另一位置處（為快照保留的存儲(chǔ)空間，稱為快照空間），然后再將數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)設(shè)備中。而下次針對這一位置的寫操作，將不再執(zhí)行寫時(shí)復(fù)制操作。這種技術(shù)常在計(jì)算機(jī)相關(guān)的技術(shù)中使用，其基本原理大同小異，只是面向的對象不同，適用的場合不一樣。從COW的執(zhí)行過程可以知道，這種實(shí)現(xiàn)方式在第一次寫入某個(gè)存儲(chǔ)位置時(shí)需要完成一個(gè)讀操作（讀原位置的數(shù)據(jù)），兩個(gè)寫操作（寫原位置與寫快照空間），如果寫入頻繁，那么這種方式將非常消耗I/O時(shí)間。因此可推斷，如果預(yù)計(jì)某個(gè)卷上的I/O多數(shù)以讀操作為主，寫操作較少，這種方式的快照實(shí)現(xiàn)技術(shù)是一個(gè)較理想的選擇，因?yàn)榭煺盏耐瓿尚枰^少的時(shí)間。除此之外，如果一個(gè)應(yīng)用易出現(xiàn)寫入熱點(diǎn)，即只針對某個(gè)有限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作，那么COW的快照實(shí)現(xiàn)方式也是一個(gè)較理想的選擇。因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)更改都局限在一個(gè)范圍內(nèi)，對同一份數(shù)據(jù)的多次寫操作只會(huì)出現(xiàn)一次寫時(shí)復(fù)制操作。

4.重復(fù)數(shù)據(jù)消除

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除，是一種數(shù)據(jù)縮減技術(shù)，采用該功能可以減少重復(fù)的數(shù)據(jù)保存，如在區(qū)域教育技術(shù)中心資源庫在做備份時(shí)，采用重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)的存儲(chǔ)能鑒別大量教師重復(fù)上傳的大容量的影視音頻數(shù)據(jù)，這將節(jié)省大量空間。它的工作方式是在某個(gè)時(shí)間周期內(nèi)查找不同文件中不同位置的重復(fù)可變大小數(shù)據(jù)塊。重復(fù)的數(shù)據(jù)塊用指示符取代。高度冗余的數(shù)據(jù)集（如備份數(shù)據(jù)）從數(shù)據(jù)重復(fù)刪除技術(shù)的獲益極大。這樣就可以獲得更多的備份空間，進(jìn)而就可以使磁盤上的備份數(shù)據(jù)保存更長的時(shí)間。而且，重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)可以允許用戶在不同站點(diǎn)之間進(jìn)行高效、經(jīng)濟(jì)的備份數(shù)據(jù)復(fù)制。

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除可采用硬件或者軟件方式來解決，基于軟件的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除旨在消除源的冗余，如在Windows Server 2012中，重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)是一項(xiàng)單獨(dú)的組件，需要通過添加角色和功能向?qū)нM(jìn)行安裝之后才能正常使用，通過將文件分割成小的（32～128KB）且可變大小的區(qū)塊、確定重復(fù)的區(qū)塊，然后保持每個(gè)區(qū)塊一個(gè)副本，區(qū)塊的冗余副本由對單個(gè)副本的引用所取代。這樣，文件不再作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)流進(jìn)行存儲(chǔ)，而是替換為指向存儲(chǔ)在通用存儲(chǔ)位置的數(shù)據(jù)塊的存根。因此，我們可以在更小的空間中存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù);而基于硬件的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除強(qiáng)調(diào)存儲(chǔ)系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)削減，通常基于硬件的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的壓縮級(jí)別通常會(huì)更高，并且基于硬件的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除產(chǎn)品需要的維護(hù)更少。

● 云存儲(chǔ)發(fā)展展望

云存儲(chǔ)技術(shù)是從傳統(tǒng)存儲(chǔ)發(fā)展而來的，云存儲(chǔ)事實(shí)上是傳統(tǒng)技術(shù)在遇到新需求之后的演變和概括。什么是云存儲(chǔ)？很多人都有自己的理解。我們現(xiàn)在已初步達(dá)成了一個(gè)基本共識(shí)：云存儲(chǔ)不僅是存儲(chǔ)技術(shù)或設(shè)備，更是一種服務(wù)的創(chuàng)新。云存儲(chǔ)應(yīng)用也在繁榮發(fā)展，最早是文件共享、歸檔和備份等基礎(chǔ)功能，如各類網(wǎng)盤應(yīng)用（百度、360、金山等公司提供的各種網(wǎng)盤類應(yīng)用），慢慢改變了人們存儲(chǔ)和使用文件的習(xí)慣。后來具體到某種文檔的網(wǎng)絡(luò)在線編輯方式，諸如各類云筆記服務(wù)（Google Doc、有道云筆記）等。現(xiàn)代教育教學(xué)正需要云存儲(chǔ)前來提供技術(shù)保障。有了云存儲(chǔ)，就如同筑起了一個(gè)大的虛擬存儲(chǔ)池，用戶不會(huì)看到具體的磁盤，也不必關(guān)心自己的數(shù)據(jù)經(jīng)過何種路徑通往何種具體的存儲(chǔ)設(shè)備。各學(xué)校的資源實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一接入和統(tǒng)一管理，提升了設(shè)備的利用率，避免了重復(fù)投資造成的浪費(fèi)。同時(shí)，在一個(gè)云環(huán)境中，存儲(chǔ)的重點(diǎn)已經(jīng)不僅僅是容量的問題，而是要盡可能地讓存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)和自動(dòng)管理。更為重要的是，云存儲(chǔ)為學(xué)校實(shí)現(xiàn)“云桌面”打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，一個(gè)“云桌面”在遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)上可表現(xiàn)為一組可調(diào)用各種云計(jì)算資源的虛擬機(jī)文件集，如圖10所示為筆者學(xué)校“私有云”上的一臺(tái)“云桌面teacher-1”在遠(yuǎn)端存儲(chǔ)上所表現(xiàn)的文件形式。

現(xiàn)在，筆者學(xué)校師生通過各種移動(dòng)智能終端，就能遠(yuǎn)程借用數(shù)據(jù)中心的云計(jì)算功能，隨時(shí)隨地移動(dòng)辦公、學(xué)習(xí)，各種應(yīng)用也能夠很方便地實(shí)現(xiàn)。而且這也為學(xué)校今后采集基于云存儲(chǔ)的教育管理數(shù)據(jù)帶來了極大的便利，可以做出最優(yōu)化的分析和決策，以迎接事實(shí)已經(jīng)到來的教育大數(shù)據(jù)時(shí)代的挑戰(zhàn)。