數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的原理

在過去40年中，計(jì)算領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化，但是，計(jì)算機(jī)處理和產(chǎn)生數(shù)據(jù)的重要性卻沒有改變。數(shù)據(jù)一旦丟失，所有的計(jì)算能力就變得毫無價(jià)值。就像資本或智力財(cái)產(chǎn)一樣，數(shù)據(jù)也成為一種可以共享的財(cái)富，需要加以存儲(chǔ)和保護(hù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和存儲(chǔ)管理技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代的終端/主機(jī)計(jì)算模式。當(dāng)時(shí)由于數(shù)據(jù)集中在北京網(wǎng)站設(shè)計(jì)主機(jī)上，因此，連接在主機(jī)上的硬盤和磁帶是主要的存儲(chǔ)和備份設(shè)備。80年代以后，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展，尤其是客戶機(jī)/服務(wù)器模式的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)逐漸分散化。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器往往是重要數(shù)據(jù)集中的地方。而客戶機(jī)上也有一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分布造成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的復(fù)雜化。

20世紀(jì)90年代，互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展也使得存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化.這種變化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面.首先，存儲(chǔ)容量急劇膨脹，現(xiàn)在P.級(jí)(IP=250)存儲(chǔ)已經(jīng)屢見不鮮；其次，數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間也在增加，互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)必須保證每天24小時(shí)、每周7天、每年365天處于可獲得狀態(tài);最后，數(shù)據(jù)的多樣化、地理上的分散性、對(duì)重要數(shù)據(jù)的保護(hù)等都對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理提出了更高的要求。

在這個(gè)過程中，磁盤存儲(chǔ)無疑扮演著一個(gè)重要的角色。雖然磁盤存儲(chǔ)器的容量在不斷地增加，但是用戶存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的需求也在不斷上升，這就需要對(duì)磁盤存儲(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展.目前使用的擴(kuò)展磁盤存儲(chǔ)的方法主要有廉價(jià)冗余磁盤陣列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks, RAID)、直接外掛存儲(chǔ)(Directly Attached Storage, DAS)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(NetworkAttached Storage,NAS)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Storage Area Network,SAN) 。

1.冗余磁盤陣列

磁盤陣列是一種把若干硬磁盤驅(qū)動(dòng)器按照一定要求組成一個(gè)整體，整個(gè)磁盤陣列由陣列控制器管理的系統(tǒng)。冗余磁盤陣列技術(shù)于1987年由美國加州大學(xué)伯克利分校提出，最初的研制目的是組合小的廉價(jià)磁盤來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用;同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時(shí)不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問造成損失，從而開發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，提升數(shù)據(jù)的安全性。

RAID技術(shù)已經(jīng)成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分為幾個(gè)不同的等級(jí)，分別可以提供不同的速度、安全性和性價(jià)比。目前，獲得業(yè)界廣泛認(rèn)同的RAID級(jí)別的定義有RAID 0, RAID 1, RAID0+1,RAID 3和 RAID 5等。

2.直接外掛存儲(chǔ)

DAS這種存儲(chǔ)方式與個(gè)人計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)架構(gòu)一樣，外部存儲(chǔ)設(shè)備都是直接掛接在服務(wù)器內(nèi)部的總線上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備是整個(gè)服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分。DAS存儲(chǔ)方式主要適用于以下環(huán)境。

1)小型網(wǎng)絡(luò)

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小且不很復(fù)雜，所以采用這種存儲(chǔ)方式對(duì)服務(wù)器的影響不會(huì)很大。這種存儲(chǔ)方式十分經(jīng)濟(jì)，適合擁有小型網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)客戶。

2)地理位置分散的網(wǎng)絡(luò)

雖然企業(yè)總體網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，但在地理分布上很分散，通過SAN或NAS在它們之間進(jìn)行互連非常困難。此時(shí)各分支機(jī)構(gòu)的服務(wù)器則可采用DAS存儲(chǔ)方式，以降低成本。

3)特殊應(yīng)用服務(wù)器

在一些特殊應(yīng)角服務(wù)器上，如集群服務(wù)器或某些數(shù)據(jù)庫使用的原始分區(qū)，均要求存儲(chǔ)設(shè)備直接連接到應(yīng)用服務(wù)器。

3.網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)

NAS采用獨(dú)立于服務(wù)器、單獨(dú)為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而開發(fā)的一種文件服務(wù)器來連接存儲(chǔ)設(shè)備，自成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就不再是服務(wù)器的附屬，而是作為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)存在于網(wǎng)絡(luò)之中，可由所有的網(wǎng)絡(luò)用戶共享.NAS有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)即插即用:NAS是網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)，與用戶的操作系統(tǒng)平臺(tái)無關(guān)。

(2)存儲(chǔ)部署簡(jiǎn)單:NAS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)連接所需要的協(xié)議，因此使整個(gè)系統(tǒng)的管理和設(shè)置較為簡(jiǎn)。

(3)存儲(chǔ)設(shè)備位置非常靈活。

(4)‘管理容易且成本低:NAS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式是基干現(xiàn)有的企業(yè)Ethernet而設(shè)計(jì)的，按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，以文件的1/0方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。NAS的缺點(diǎn)是存儲(chǔ)性能較低，可靠性不高。

4.存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

1991年，IBM公司在S/390服務(wù)器中推出T ESCON (Enterprise System Connection)技術(shù)，它是基于光纖介質(zhì)、最大傳輸速率達(dá)17 Maps的服務(wù)器訪問存儲(chǔ)器的一種連接方式.在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推出了功能更強(qiáng)的ESCON Director，構(gòu)建了一套最原始的SAN系統(tǒng)。SAN存儲(chǔ)方式創(chuàng)造了存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化，存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化順應(yīng)了計(jì)算機(jī)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)。SAN的支撐技術(shù)是光纖通道(Fibre Channel, FC)技術(shù).FC技術(shù)支持HIPPI,IPI, SCSI , IP ,ATM等多種高級(jí)協(xié)議，其最大特性是將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通信協(xié)議與傳輸物理

介質(zhì)隔離開，這樣，多種協(xié)議便可在同一個(gè)物理連接上同時(shí)傳送。用光纖通道構(gòu)建的SAN由以下三個(gè)部分組成。

·存儲(chǔ)和備份設(shè)備:包括磁帶、磁盤和光盤庫等.
·光纖通道網(wǎng)絡(luò)連接部件:包括主機(jī)總線適配卡、驅(qū)動(dòng)程序、光纜、集線器、交換機(jī)、光纖通道和SCSI ( Small Computer System Interface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)間的橋接器.
·應(yīng)用軟件和管理軟件:包括備份軟件、存儲(chǔ)資源管理軟件和存儲(chǔ)設(shè)備管理軟件。

SAN的優(yōu)勢(shì):

(1)網(wǎng)絡(luò)部署容易。

(2)高存儲(chǔ)性能。因?yàn)镾AN采用了光纖通道技術(shù)，所以它具有更高的存儲(chǔ)帶寬，存儲(chǔ)性能明顯提高.SAN的光纖通道使用全雙工串行通信方式來傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速率高達(dá)1062. 5Mbps.

(3)良好的擴(kuò)展能力.由于SAN采用了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此擴(kuò)展能力更強(qiáng)。光纖接口提供了10km的連接距離，這使得實(shí)現(xiàn)物理上分離、不在本地機(jī)房的存儲(chǔ)變得非常容易。

NAS和SAN字面上很相似，都是新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式。NAS通常是一個(gè)服務(wù)器群，如應(yīng)用服務(wù)器、郵件服務(wù)器等，存儲(chǔ)設(shè)備易于附加在這個(gè)系統(tǒng)上。SAN多部署于電子商務(wù)應(yīng)用中，大量的數(shù)據(jù)備份和其他業(yè)務(wù)需要在網(wǎng)上頻繁地存儲(chǔ)和傳輸; SAN可以從用戶的主網(wǎng)上卸掉大量的數(shù)據(jù)流量，可將網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)擁塞中解脫出來。SAN和NAS的功能是互為補(bǔ)充的，可以共存于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。