网上数据存储技术实现的研究

来源:万方数据 | 作者:吴子勤 张士臣 李康
 在网络飞速发展的今天,选择一种适合需求的高性能数据存储方式变得十分重要。如何确保数据的一致性、安全性和可靠性?如何实现不同主机类型的数据访问和保护?如何实现网上的数据集中访问以及便于实现不同数据的集中管理等,这些问题必须由新网络上储存技术来实现。数据灾难小到一般的文件损坏、误操作,大到整个网上系统因病毒入侵、黑客攻击而瘫痪。因此,企事业必须有一套正确的数据存储和恢复系统方案。现代网络存储技术主要利用网上技术实现信息的异地储存,即电子数据不再直接储存在本地服务器上,而是通过网络保存到与服务器相连的专门设备上。当前比较流行的几种主要存储技术:SAN(Network Attached Storage)、NAS(Store area Network)和DAS(Direct Attached Storage)等。这几种网络存储方式特点各异,均可应用在不同的网络应用平台上。
 
1、SAN储存技术

  SAN是指在网上服务器群的后端,采用光纤通道技术,通过光纤通道交换机连接储存阵列和服务器主机,建立专用于区域网络。SAN经过十多年的发展,已经相当成熟,成为企事业界的事实标准。SAN储存采用的带宽从100Mbps、200Mbps,发展到目前的1Gbpd、2Gbps。如图01所示。

 

 
(1)SAN储存性能

  SAN作为网络基础设施,是为了提供灵活、高性能和高扩展的存储环境而设计的。SAN的关键性能如下:

  一是它不同于通常所说的网络级,为连接服务器、磁盘阵列、磁带库等储存设备而建立的高性能网络:二是提供了良好的存储连接,服务器可以访问存储区域网上的任何储存设备,如磁带、磁盘阵列,同时储存设备之间、储存设备同SAN交换机之间也可以进行通信;三是独立服务器网上的一种专门的网络,这种网络通过采用光纤通道协议来传输数据,在连接上可以使用光纤和铜缆;四是特别适合干服务集群、灾难恢复等数据量传输的关键领域,与传统的技术相比,SAN技术的最大特点是以实现网上服务与存储系统之间多对多的连接,而且这种连接是本地的高速连接;五是完全采用光纤连接的技术,从而保证了巨大的数据传输带宽(100Mbps),对于所有的应用都可以满足。

  (2)SAN的优势

  面对迅速增长的数据存储需求,大型企事业和服务提供商渐渐开始选择SAN作为网上基础设施,因为SAN有如下优势:一是可提供大容量储存设备数据共享:二是实现调整计算机与高速储存设备的互联:三是提高了数据的可靠性、安全性和开放性;四是具有出色的扩展性,利用光纤通道技术,可以有效地传输数据块。

  2、NAS储存技术

  NAS采用(TCP/IP、ATM、FDDI)技术,将一种分布、独立的数据整合为集中化管理的中心,通过网络交换机连接存储系统和服务主机,建立专门用于数据存储的专网。如02图所示。

 

 
(1)NAS储存的性能

  NAS实际上是一个带有操作系统的储存设备,其作用类似于一个专用的文件服务器。这种专用储存设备具有可附加大容量的存储,内嵌操作系统,专门针对文件至釜凳行熹誓蓉生图02 NAS储存结构和优化,以提供高效率的文件服务等特点。NAS的行要性能如下:

  一是去掉了通用服务器不适用于数据传输的大多数计算功能,而仅仅提供文件系统功能用于存储服务,降低了储存设备的成本:二是为方便存储到网络之间以最有效的方式发送数据,专门优化了系统软硬件体系结构,多线程、多任务的网络操作系统内核,特别适合于处理来自网络的I/O请求,不仅响应速度快,而且数据传输速率也高;三是它的模式以网络为中心,利用现有的以太网资源来接入专用的网络储存设备,而不是另外再部署光纤交换机连接传统的储存设备。

(2)NAS技术优势

  NAS需求旺盛已经成为事实。主要有如下优势:一是为那些访问和共享大量文件系统数据的企事业环境提供了一个高效、性能优异的解决方案;二是在企事业数据量膨胀中,SAN、大型磁带库、硬盘柜等产品虽然都是很好储存解决方案,但它们那高贵的身份和复杂的操作是资金和技术实力有限的中小企事业无论如何也不能接受的,因此,NAS正是满足这种需求的产品;三是适合于那些需要通过网络将文件数据传送到多台客户机上的用户,非常易于部署,可以使用NAS主机、客户机和其他设备广泛分布在整个企事业的网络环境中。

 3、DAS存储技术

  DAS是指将储存设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到一台计算机上。当服务器在地理上比较分散、很难通过远程连接进行互联时,直接连接是一个比较好的方案。如03图所示。

 

 

DAS已经有近40年的使用历史,是目前最常用的网络储存设备。但是随着用户数据的不断增长,尤其是数百GB以上时,其在存储、恢复、扩展、灾害等方面的问题变得日益困扰着系统管理员。主要原因:

  (1)DAS储存的性能

  一是DAS依赖服务器主机操作系统进行数据的I/O读写和存储维护管理,数据设备和恢复要占用服务器主机资源(包括CPU、系统I/O等):二是数据流需要流回主机再到服务器连接着的磁带机(库),数据存储占用服务器主机资源的20-30%:三是许多企事业的用户日常数据存储常常在深夜或业务系统不繁忙时进行,因此,以免影响正常业务系统的运行:四是DAS储存的数据量越大,存储和恢复的时间就会越长,对服务器硬件的依赖性和影响力就越强。

  (2)DAS的SCSI连接

  DAS与服务主机之间的连接通道是采用SCSI的,带宽为10Mbps、20Mbps、40Mbps、80Mbps等。随着服务器CPU的处理能力越来越强,存储硬盘空间越来越大,阵列的硬盘数量越来越多,SCSI通道将会成为I/O瓶颈:服务主机SCSI ID资源有限,能够建立的SCSI通道连接也有限。

  (3)DAS的限制

  无论DAS储存还是服务主机的扩展,从一台服务器扩展为多台服务器组成的集群或储存阵列容量的扩展,都会造成业务系统的停机,从而给企事业带来经济损失。对于银行、电信、传媒等行业7x24小时服务的关键业务系统,这是不可接受的。并且DAS储存或服务主机的升级扩展,只能原厂商提供,因此受到设备厂商限制。

  4、结束语

  SAN、NAS和DAS之间的区别正在变得模糊,所有的网络存储技术在用户的存储需求下接受挑战。SAN与NAS都是为适应高性能和密集的网络储存要求而在DAS的基础上发展起来的,是新型数据储存模式中的两个主要发展方向。网络存储技术的未来发展:一是走向开放化和标准化:二是SAN、NAS技术逐步取代DAS技术:三是虚拟储存技术逐步兴趣;四是储存技术走向IP化等方面的趋势。

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