服務(wù)器常用四種磁盤存儲(chǔ)技術(shù)漫議

吳昊

摘 要： 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)提供海量的存儲(chǔ)容量、即時(shí)搜索能力及可以添加設(shè)備的巨大靈活性，使用戶可以從任何地方訪問(wèn)歸檔的內(nèi)容。本文介紹了網(wǎng)路存儲(chǔ)服務(wù)器常用的磁盤存儲(chǔ)方案，并對(duì)其實(shí)用性和適用性做了比較和分析。

關(guān)鍵詞： 磁盤簇JBOD 直連式存儲(chǔ)DAS 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SANs 網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)NAS

當(dāng)很多單位順應(yīng)潮流，紛紛將數(shù)據(jù)搬上云端之際，我們不應(yīng)當(dāng)忽略對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展，這里通常有四種磁盤存儲(chǔ)方案：磁盤簇JBOD（Just a Bunch of Disks）、直連式存儲(chǔ)DAS（Direct Attached Storage，）、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SANs（Storage Area Networks）和網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)NAS（Network Attached Storage，），其各有特色，當(dāng)如何取舍？

一、JBOD：適合中小企業(yè)的存儲(chǔ)方案

JBOD又稱Span，通常指的是一個(gè)底板安裝有多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器作為存儲(chǔ)設(shè)備。和獨(dú)立磁盤冗余陣列RAID不同，RAID系統(tǒng)是在多磁盤上冗余存儲(chǔ)相同的數(shù)據(jù)，而這多個(gè)磁盤在操作系統(tǒng)看來(lái)就像一個(gè)磁盤；JBOD沒(méi)有前端邏輯來(lái)管理磁盤數(shù)據(jù)分布，相反，每個(gè)磁盤進(jìn)行單獨(dú)尋址。與RAID陣列相比，JBOD的優(yōu)勢(shì)在于其低成本，可以將多個(gè)磁盤合并共享電源和風(fēng)扇。

JBOD使用的主要問(wèn)題是單獨(dú)的磁盤出現(xiàn)故障的恢復(fù)能力，如果沒(méi)有恰當(dāng)?shù)挠鼗啬芰Γ敲匆粋€(gè)驅(qū)動(dòng)器的故障就可能導(dǎo)致整個(gè)JBOD失效。JBOD的磁盤陣列有著嚴(yán)格的制冷系統(tǒng)和電源設(shè)施，這些都是容錯(cuò)的重要體現(xiàn)。電源、冷卻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)總線和其他部件的容錯(cuò)可以幫助數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)挽回由于硬件損壞而引起的錯(cuò)誤，但是不能幫助檢查并修復(fù)錯(cuò)誤。

由于JBOD一般在使用中都包含多個(gè)磁盤，因此總存儲(chǔ)容量可以很大，一個(gè)磁盤的故障就會(huì)造成整個(gè)設(shè)備故障，勢(shì)必對(duì)系統(tǒng)是一個(gè)巨大風(fēng)險(xiǎn)。其解決辦法之一是軟件RAID。從主機(jī)端看，采用軟件RAID和JBOD的結(jié)合與硬件RAID在邏輯上沒(méi)有任何區(qū)別，只是軟件RAID會(huì)消耗一部分主機(jī)資源，而與硬件RAID相比，無(wú)法達(dá)到高性能系統(tǒng)的苛刻要求。

當(dāng)然，通過(guò)使用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備可以改進(jìn)JBOD共享存儲(chǔ)，存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備負(fù)責(zé)向多個(gè)JBOD或者RAID陣列存取數(shù)據(jù)，從而造成一種假象：每個(gè)主機(jī)都有單獨(dú)的存儲(chǔ)資源。這使得在主機(jī)上免除軟件RAID成為可能，因?yàn)檫@項(xiàng)功能現(xiàn)在由設(shè)備來(lái)承擔(dān)。從本質(zhì)上說(shuō)，存儲(chǔ)虛擬化實(shí)現(xiàn)了智能RAID控制器相同的功能。盡管存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備給出了主機(jī)系統(tǒng)中對(duì)存儲(chǔ)資源的簡(jiǎn)單描述，但它還是必須承擔(dān)管理數(shù)據(jù)放置的復(fù)雜性，并自動(dòng)地從故障和中斷中恢復(fù)。

目前，JBOD比較適合中小企業(yè)用戶的存儲(chǔ)需求。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中，即使在百分之一的概率下出現(xiàn)故障，無(wú)非是多花些時(shí)間的問(wèn)題，不會(huì)對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)造成致命影響，而用戶在成本上卻得到很大回報(bào)，無(wú)需為低端存儲(chǔ)應(yīng)用做昂貴投資。

二、DAS：簡(jiǎn)便并不簡(jiǎn)單

直連式存儲(chǔ)DAS，指的是將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如以太網(wǎng)）連接到一群計(jì)算機(jī)上。DAS與服務(wù)器主機(jī)之間的連接通道通常采用SCSI連接，隨著服務(wù)器CPU處理能力越來(lái)越強(qiáng)，存儲(chǔ)硬盤空間越來(lái)越大，陣列的硬盤數(shù)量越來(lái)越多，SCSI通道將出現(xiàn)IO瓶頸，同時(shí)服務(wù)器主機(jī)SCSI ID資源有限，能夠建立的SCSI通道連接也有限。

DAS依賴服務(wù)器主機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)IO讀寫和存儲(chǔ)維護(hù)管理，數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)要求占用服務(wù)器主機(jī)資源（包括CPU、系統(tǒng)IO等），數(shù)據(jù)流需要回流主機(jī)再到服務(wù)器連接著的磁帶機(jī)（庫(kù)），數(shù)據(jù)備份通常占用服務(wù)器主機(jī)資源20%～30%，因此許多企業(yè)用戶的日常數(shù)據(jù)備份常常在深夜或業(yè)務(wù)系統(tǒng)不繁忙時(shí)進(jìn)行，以免影響正常業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行。DAS數(shù)據(jù)量越大，備份和恢復(fù)的時(shí)間就越長(zhǎng)，對(duì)服務(wù)器硬件的依賴性和影響就越大。

但是，多臺(tái)服務(wù)器同時(shí)使用DAS時(shí)，存儲(chǔ)空間不能在服務(wù)器之間動(dòng)態(tài)分配，可能造成相當(dāng)?shù)馁Y源浪費(fèi)；對(duì)于存在多個(gè)服務(wù)器的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，設(shè)備分散，不便管理。而且服務(wù)器本身容易成為系統(tǒng)瓶頸，若服務(wù)器發(fā)生故障，數(shù)據(jù)不可訪問(wèn)。

三、SAN：適用于大型企業(yè)的存儲(chǔ)方案

SAN，指的是采用FC（Fibre Channel）網(wǎng)狀通道技術(shù)，通過(guò)FC交換機(jī)連接存儲(chǔ)陣列和服務(wù)器主機(jī)，建立的專用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。SAN主要用于存儲(chǔ)量大的工作環(huán)境，如ISP、銀行等。SAN經(jīng)過(guò)十多年發(fā)展，已趨于成熟，成為業(yè)界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，盡管各廠商光纖交換技術(shù)不完全相同，其服務(wù)器和SAN存儲(chǔ)有兼容方面的問(wèn)題。

當(dāng)前企業(yè)存儲(chǔ)方案所遇到的兩個(gè)主要問(wèn)題是：數(shù)據(jù)與應(yīng)用系統(tǒng)緊密結(jié)合所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性限制，以及SCSI標(biāo)準(zhǔn)的限制。大多數(shù)分析都認(rèn)為SAN是未來(lái)企業(yè)級(jí)的存儲(chǔ)方案，這是因?yàn)镾AN便于集成，能改善數(shù)據(jù)可用性及網(wǎng)絡(luò)性能，還可減輕作業(yè)管理壓力。

SAN實(shí)際是一種專門為存儲(chǔ)建立的獨(dú)立于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之外的專用網(wǎng)絡(luò)。目前SAN提供的傳輸速率一般為2Gb/S～4Gb/S，同時(shí)SAN網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)存在，因此存取速度很快。另外，SAN一般采用高端的RAID陣列，使SAN的性能在幾種專業(yè)存儲(chǔ)方案中傲視群雄。

SAN由于其基礎(chǔ)是一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)，因此擴(kuò)展性很強(qiáng)，無(wú)論是在一個(gè)SAN系統(tǒng)中增加一定的存儲(chǔ)空間，還是增加幾臺(tái)使用存儲(chǔ)空間的服務(wù)器都非常方便。通過(guò)SAN接口的磁帶機(jī)，SAN系統(tǒng)可以方便高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中備份。目前常見(jiàn)的SAN有FC-SAN和IP-SAN，其中FC-SAN為通過(guò)光纖通道協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)SCSI協(xié)議，IP-SAN通過(guò)TCP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)SCSI協(xié)議。

SAN結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲(chǔ)陣列，這樣不管數(shù)據(jù)置放在哪里，服務(wù)器都可直接存取所需的數(shù)據(jù)。因?yàn)椴捎昧斯饫w接口，SAN具有更高的帶寬。因?yàn)镾AN解決方案是從基本功能剝離出存儲(chǔ)功能，所以運(yùn)行備份操作就無(wú)需考慮它們對(duì)網(wǎng)絡(luò)總體性能的影響。SAN方案使得管理及集中控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化，特別是對(duì)于全部存儲(chǔ)設(shè)備都集群在一起的時(shí)候。光纖接口提供了10公里連接長(zhǎng)度，這使得實(shí)現(xiàn)物理上分離的、不在機(jī)房的存儲(chǔ)變得非常容易。此時(shí)，成本和復(fù)雜性便成為光纖信道中的主要矛盾。

四、NAS：基于SCSI技術(shù)的存儲(chǔ)方案

NAS被定義為一種特殊的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，包括存儲(chǔ)器件（例如磁盤陣列、CD/DVD驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器或可移動(dòng)的存儲(chǔ)介質(zhì)）和內(nèi)嵌系統(tǒng)軟件，可提供跨平臺(tái)文件共享功能。NAS通常在一個(gè)LAN上占有自己的節(jié)點(diǎn)，無(wú)需應(yīng)用服務(wù)器干預(yù)，允許用戶在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)，在此配置中，NAS集中管理和處理網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)據(jù)，將負(fù)載從應(yīng)用或企業(yè)服務(wù)器上卸載下來(lái)，有效降低總擁有成本，有利于保護(hù)用戶投資。

NAS本身能夠支持多種協(xié)議（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等），而且支持各種操作系統(tǒng)。通過(guò)任何一臺(tái)工作站，用瀏覽器軟件就可以對(duì)NAS設(shè)備進(jìn)行直觀方便的管理。值得說(shuō)明的是，NAS不同于SAN：NAS產(chǎn)品是一個(gè)專有文件服務(wù)器或一個(gè)只讀文件訪問(wèn)設(shè)備，而SAN是一種網(wǎng)絡(luò)；NAS產(chǎn)品能通過(guò)SAN連接到存儲(chǔ)設(shè)備，而SAN是在服務(wù)器和存儲(chǔ)器之間用作I/O路徑的專用網(wǎng)絡(luò)，包括面向塊（SCSI）和面向文件（NAS）的存儲(chǔ)產(chǎn)品。

NAS的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

1.NAS產(chǎn)品是真正即插即用的產(chǎn)品。NAS設(shè)備一般支持多計(jì)算機(jī)平臺(tái)，可用于混合Unix/Windows NT局域網(wǎng)內(nèi)。

2.NAS設(shè)備物理位置靈活，可放置在工作組內(nèi)，靠近數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用服務(wù)器；也可在其他地點(diǎn)，通過(guò)物理鏈路與網(wǎng)絡(luò)連接。

3.無(wú)需應(yīng)用服務(wù)器干預(yù)，NAS設(shè)備允許用戶在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)，這樣既可減小CPU開(kāi)銷，又能顯著改善網(wǎng)絡(luò)性能。

4.能實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)，將多個(gè)磁盤合并成一個(gè)邏輯磁盤，滿足海量存儲(chǔ)的需求，而且實(shí)施簡(jiǎn)單：無(wú)需專業(yè)人員操作和維護(hù)，節(jié)省用戶投資。

但是，NAS沒(méi)有解決與文件服務(wù)器相關(guān)的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，即備份過(guò)程中的帶寬消耗。與將備份數(shù)據(jù)流從LAN中轉(zhuǎn)移出去的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）不同，NAS仍使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行備份和恢復(fù)。NAS的一個(gè)缺點(diǎn)是它將存儲(chǔ)事務(wù)由并行SCSI連接轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)上，這就意味著LAN除了必須處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份操作的存儲(chǔ)磁盤請(qǐng)求。