基于總線的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

基于總線的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

0存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的引入傳統(tǒng)的存儲(chǔ)是以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)。從結(jié)構(gòu)上看，它是基于總線連接的存儲(chǔ)。存儲(chǔ)設(shè)備通過I/O總線如IDE、SCSI等與服務(wù)器相連,客戶機(jī)的數(shù)據(jù)訪問必須通過服務(wù)器,然后經(jīng)過其I/O總線訪問相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備,服務(wù)器此時(shí)實(shí)際上起到了一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的作用。基于總線連接的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)存在著許多不可克服的缺點(diǎn),如:原始容量限制、共享性和可擴(kuò)展性差、距離受限、所有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)受服務(wù)器性能限制無法集中管理等。隨著Internet的快速發(fā)展,在線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)快速增長(zhǎng),加上對(duì)存儲(chǔ)性能和提供7×24h的可用性的要求使得這些缺點(diǎn)日漸嚴(yán)重。如何解決這些問題呢?以存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為中心的存儲(chǔ)是對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)新需求的回答。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是一種全新的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)。它支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和存儲(chǔ)設(shè)備協(xié)議,采用面向網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu),使數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分離,把信息智能從服務(wù)器遷移到網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備。那么,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)將如何發(fā)展?本文論述了DAS、NAN和SAN的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)新技術(shù)InfiniBand和DAFS,分析了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)未來發(fā)展的趨勢(shì)。1發(fā)展迅速，快速發(fā)展網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)是基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種通用網(wǎng)絡(luò)術(shù)語。目前,以存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為中心的存儲(chǔ)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)主要有三種:直連式存儲(chǔ)(DAS:DirectAttachedStorage)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備(NAS:NetworkAttachedStorage)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)(SAN:StorageAreaNetwork)。1.1das存儲(chǔ)DAS(DirectAttachedStorage——直接連接存儲(chǔ))被定義為直接連接在各種服務(wù)器或客戶端擴(kuò)展接口下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備,是指將存儲(chǔ)設(shè)備通過SCSI接口或光纖通道直接連接到服務(wù)器上的方式。如圖1,它完全以服務(wù)器為中心,寄生在相應(yīng)服務(wù)器或客戶端上,其本身是硬件的堆疊,不帶有任何存儲(chǔ)操作系統(tǒng)。其特征為存儲(chǔ)設(shè)備為通用服務(wù)器的一部分,該服務(wù)器同時(shí)提供應(yīng)用程序的運(yùn)行,即數(shù)據(jù)訪問與操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和服務(wù)程序緊密相關(guān)。當(dāng)用戶數(shù)量增加或服務(wù)器正在提供服務(wù)時(shí),其響應(yīng)速度會(huì)變慢。在網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠的情況下,服務(wù)器本身成為數(shù)據(jù)輸入輸出的瓶頸?，F(xiàn)在已漸漸不能滿足用戶的需求,不再為大家所采用。DAS存儲(chǔ)沒有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),存在許多缺點(diǎn):一方面該技術(shù)不具備共享性,每種客戶機(jī)類型都需要一個(gè)服務(wù)器,從而增加了存儲(chǔ)管理和維護(hù)的難度;另一方面,當(dāng)存儲(chǔ)容量增加時(shí),擴(kuò)容變得十分困難。而且當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),數(shù)據(jù)也難以獲取。因此,DAS難以滿足現(xiàn)今的存儲(chǔ)要求。1.2應(yīng)用數(shù)據(jù)安全NAS(NetworkAttachedStorage——網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ))即將存儲(chǔ)設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如以太網(wǎng)),連接到一群計(jì)算機(jī)上,提供數(shù)據(jù)和文件服務(wù)。如圖2,NAS是一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)文件存儲(chǔ)及文件備份設(shè)備,或稱為網(wǎng)絡(luò)直連存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)磁盤陣列。一個(gè)NAS里面包括核心處理器、文件服務(wù)管理工具、一個(gè)或者多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。NAS可以應(yīng)用在任何的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中。主服務(wù)器和客戶端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件,包括SMB格式(Windows)、NFS格式(Unix、Linux)和CIFS格式等等。NAS系統(tǒng)可以根據(jù)服務(wù)器或者客戶端計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令完成對(duì)內(nèi)在文件的管理。另外的特性包括:獨(dú)立于操作平臺(tái)、不同類的文件共享、交叉協(xié)議用戶安全性/許可性、瀏覽器界面的操作/管理和不會(huì)中斷網(wǎng)絡(luò)的增加和移除服務(wù)器。NAS將存儲(chǔ)設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接,可以無需服務(wù)器直接上網(wǎng),不依賴通用的操作系統(tǒng),而是采用一個(gè)面向用戶設(shè)計(jì)的、專門用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的簡(jiǎn)化操作系統(tǒng),內(nèi)置了與網(wǎng)絡(luò)連接所需的協(xié)議,因此使整個(gè)系統(tǒng)的管理和設(shè)置較為簡(jiǎn)單,適用于文件系統(tǒng)和Web服務(wù)系統(tǒng)的存儲(chǔ)和共享優(yōu)化存儲(chǔ),可以有效地管理多用戶、多應(yīng)用的單一數(shù)據(jù)的共享。NAS依靠LAN和WAN連接標(biāo)準(zhǔn),使用IP、以太網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS)和公共互聯(lián)網(wǎng)文件系統(tǒng)(CIFS)等技術(shù),降低了操作和開發(fā)的難度。同時(shí),NAS支持多通信協(xié)議,可以在Unix和Windows客戶機(jī)上使用,實(shí)現(xiàn)異種機(jī)的存儲(chǔ)訪問。1.3高信噪比光纖直接連接SAN(StorageAreaNetwork——存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò))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)。如圖3,SAN可以定義為是以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為中心,采用可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過具有高傳輸速率的光纖通道直接連接方式,提供SAN內(nèi)部任意節(jié)點(diǎn)之間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換,并且將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理集中在相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)。在多種光纖通道傳輸協(xié)議逐漸走向標(biāo)準(zhǔn)化并且跨平臺(tái)群集文件系統(tǒng)投入使用后,SAN最終將實(shí)現(xiàn)在多種操作系統(tǒng)下最大限度的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)優(yōu)化管理,以及系統(tǒng)的無縫擴(kuò)充。SAN是一種特殊的高速網(wǎng)絡(luò),連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和諸如大磁盤陣列或備份磁帶庫的存儲(chǔ)設(shè)備,SAN置于LAN之下,而不涉及LAN。利用SAN,不僅可以提供大容量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù),而且地域上可以分散,并緩解了大量數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于局域網(wǎng)的影響。SAN的結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲(chǔ)陣列,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)。1.4存儲(chǔ)和存儲(chǔ)分離從軟件角度看,上述三種類型存儲(chǔ)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是不同的,其區(qū)別如圖4所示。在DAS中,應(yīng)用與存儲(chǔ)是一體的,通過系統(tǒng)總線可以訪問存儲(chǔ)設(shè)備;NAS是應(yīng)用與存儲(chǔ)分離的系統(tǒng),應(yīng)用服務(wù)器通過局域網(wǎng)(LAN)訪問文件存儲(chǔ)系統(tǒng),通常NAS以標(biāo)準(zhǔn)化訪問協(xié)議(如NFS)提供服務(wù);在SAN中,文件系統(tǒng)與存儲(chǔ)系統(tǒng)完全分離,存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際上成為運(yùn)行應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)服務(wù)器,二者以高速FC連接。2網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的發(fā)展趨勢(shì)2.1infiniband體系InfiniBand是被用來取代PCI總線的新I/O體系結(jié)構(gòu)。InfiniBand把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入I/O體系中,形成一個(gè)I/O交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),主機(jī)系統(tǒng)通過一個(gè)或多個(gè)主機(jī)通道適配器(HCA)連接到I/O交換網(wǎng)上,存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備通過目標(biāo)通道適配器(TCA)連接到該I/O交換網(wǎng)上。InfiniBand體系結(jié)構(gòu)把IP網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)合二為一,以交換機(jī)互連和路由器互連的方式支持系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。服務(wù)器端通過主機(jī)通道適配器(HCA)連接到主機(jī)內(nèi)存總線上,突破了PCI的帶寬限制,存儲(chǔ)設(shè)備端通過終端通道適配器(TCA)連接到物理設(shè)備上,突破了SCSI和FC-AL的帶寬限制。2.2dafs解決程序負(fù)載DAFS把RDMA的優(yōu)點(diǎn)和NAS的存儲(chǔ)能力集成在一起,全部讀寫操作都直接通過DAFS的用戶層——RDMA驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行,從而降低了網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議所帶來的系統(tǒng)負(fù)載。DAFS的基本原理是通過縮短服務(wù)器讀寫文件時(shí)的數(shù)據(jù)路徑來減少和重新分配CPU的計(jì)算任務(wù)。它提供內(nèi)存到內(nèi)存的直接傳輸途徑,使數(shù)據(jù)塊的復(fù)制工作不需要經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)器和文件服務(wù)器的CPU,而是在這兩個(gè)物理設(shè)備預(yù)先映射的緩沖區(qū)中直接傳輸。也就是說,文件可以直接由應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)酱鎯?chǔ)服務(wù)器內(nèi)存,而不必先填充各種各樣的系統(tǒng)緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)接收器。2.3實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)將不同廠商的FC-SAN、NAS、IP-SAN、DAS等各類存儲(chǔ)資源整合起來,形成一個(gè)統(tǒng)一管理、監(jiān)控和使用的公用存儲(chǔ)池。虛擬存儲(chǔ)的實(shí)質(zhì)是資源共享,因此,統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ)的任務(wù)有兩點(diǎn):其一是如何進(jìn)一步增加可共享的存儲(chǔ)資源的數(shù)量;其二是如何通過有效的機(jī)制在現(xiàn)有存儲(chǔ)資源基礎(chǔ)上提供更好的服務(wù)。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看,存儲(chǔ)虛擬化有三種途徑:基于主機(jī)的虛擬化存儲(chǔ)、基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化存儲(chǔ)以及基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化存儲(chǔ)。統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)只能從虛擬存儲(chǔ)的實(shí)質(zhì)出發(fā),因此,單一存儲(chǔ)映象的方法可能是虛擬存儲(chǔ)的發(fā)展方向。2.4存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)ip-兩組IP-SAN是采用iSCSI(InternetSmallComputerSystemsInterface)協(xié)議構(gòu)架在IP網(wǎng)絡(luò)上的SAN。iSCSI協(xié)議通過IP協(xié)議來封裝SCSI命令,并在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸SCSI命令和數(shù)據(jù)。在FC-SAN結(jié)構(gòu)中,服務(wù)器間的消息傳遞使用的是前端局域網(wǎng),而數(shù)據(jù)傳輸則被限制在后端的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中。但是,IP-SAN的倡導(dǎo)者認(rèn)為存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)使用相同的體系架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),也就是說,IP-SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)既使用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行消息傳遞,也使用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?；贗P網(wǎng)絡(luò)的SAN系統(tǒng)可充分利用目前普遍使用的IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,解決了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)的問題。另一方面,IP-SAN的數(shù)據(jù)傳輸路徑和FC-SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)的I/O路徑相比,只是光纖通道卡和FCP協(xié)議變?yōu)閕SCSI卡和iSCSI協(xié)議。3p-sa網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)提高了數(shù)據(jù)的共享性、可用性、可擴(kuò)展性和管理性,但仍然存在一些缺陷.如:NAS的性能較低;SAN的實(shí)現(xiàn)費(fèi)用較高,互操作性差;IP-SAN則存在著嚴(yán)