硬盘存储的基本模式

出处：IBM 作者：邹雁飞时间：2007-12-27 17:03:10

在过去的十几年里，在同一个组织结构里的设置的多台服务器来完成不同的多任务方式特长得特别快。服务器所担任的应用处理范围很广，比如有数据库应用，网站服务，事务处理及应用设置等等。虽然组织结构依靠这些服务器来完成经典的服务任务，基于INTEL处理器的服务器占了主要的地位，被广泛用来存储文件或处理打印事务。

文件服务器不仅被广泛使用，并且涉及宽阔的事务领域：从大企业到部门，商场，分办公室及小公司。交易需要安全地实现存储及存得文件。

服务器需要连接硬盘存储的一般的技术连接方式是直接存储(Direct Attached Storage DAS)。这种方式是给每一个服务器分配对应的硬盘存储。虽然DAS的设置及购买实施很简单直接，我们很快意识到每一个新的存储投资只能对应于一个特定的服务器。对于DAS存储的有效利用率及管理很快成为管理员的主要挑战。

图1：直接连接存储(DAS Direct Attached Storage) 不同应用的服务器与存储一一对应

在方便地设置DAS服务器的同时也就隐含了一些弊端。在图1中我们可以看到不同服务器所对应相连的硬盘利用率是不同的。有些服务器的存储利用率高达90%，而有的只有30%或40%。如果将利用率乘以10或100，对于一些大的企业而言，他们的IT部门并没有对服务器的存储进行有效的利用。进一步研究利用率的问题我们会发现，造成这个问题的原因是DAS的连接方式，不能使服务器之间共享存储资源。DAS方案还有一个问题是服务器没有一个存储的中央管理，比如数据的备份及恢复，需要对每一个服务器独立进行。

服务器的存储容量的低利用率问题，某些服务器的存储空间用完，需单一管理一定数量的不能共享的存储资源，缺乏灵活性，所有的这些弱点导致浪费资源，潜在导致更高的管理压力及高的成本。这些不足推动存储业急需开发一种新的存储技术去解决这些问题。

使用共享存储池方案

为了解决DAS的弱点问题，一种新的存储解决方案应运而生，将单一的存储整合为一共享存储池。此方案可以给用户带来两大好处：降低成本及简化管理。存储池的目的是在物理上将孤立的存储小岛整合成大片陆地，由此来提高存储的利用率。也由此来减少不同的管理工具，有效地实现各种如数据备份的任务。所有的这些好处将有效地降低客户的总成本。

现有的突出的存储整合方式有两种：Networked Attached Storage (NAS) 和 Storage Area Networks (SANs)。虽然这两种方式都是实现了存储共享的目的，不过它们各自有自己的优点与弱点---取决于不同的应用与现有的IT环境。

存储局域网络Storage Area Networks (SANs)

SAN是一个专门的由存储设备及服务器组成的网络，改变了服务器与存储设备一一对应的传统方式。SAN环境中具有一个共享的存储池。

SAN连接方式与Local Area Networks (LANs)的设计理论是一样的，也同样具有陆游器，转接器，交换机及网关，不过SAN通常使用高性能但同时比较昂贵的技术——光纤作为它的媒体介质。

SAN使用的I/O协议为光纤协议Fibre Channel Protocol (FCP)，称之为串口SCSI命令协议。存储数据的I/O方式为“block I/O”，因为只对直接连接的硬盘而言，读写的I/O命令是直接定位于一个特定的设备及硬盘上的特定扇区来进行的。

图2：存储局域网络Storage Area Networks (SANs)

SAN是一种高性能的优秀解决方案，特别适合数据库，邮件及事务处理应用系统。SAN能提供高的性能提高比率，软件允许多个SAN设备作为一个单一存储池来出现在SAN的服务器前。SAN可以实现单点管理，而不需多种管理工具。

网络连接存储Network Attached Storage (NAS)

包括三部分：服务器，存储(内置/外置)，操作系统。

NAS是将存储设备优化，使得通过现有的TCP/IP网络来满足文件共享的理念。NAS方案很容易实施而且成本不高，因为大多数的客户已搭好了LAN环境。

通过现有的熟悉的IP结构来实施NAS存储池能给我们带来好处。搭建SAN环境的成本一般很底，因为它所需的基本LAN环境及主要的设备已经就位了。相比搭建SAN环境来讲成本要低得多。NAS可以使用现有的IT技术及所支持的资源来实现，由此可以大大降低客户的成本。

图3 网络连接存储 Network Attached Storage (NAS)

如何区别这三种方式

从物理连接来讲，DAS是服务器与存储一一对应，SAN与NAS是有共享的存储池。

不过从物理连接方式来讲区别并不是有那么明显的界限的，NAS环境中服务器可以直接连接存储柜象EXP400/DS300/400，FastT等等，这类似DAS，DS300走的是TCP/IP协议，它为什么不是NAS而是SAN存储呢？

这里我们来区分一下它们存储数据的两种不同I/O方式—— FILE I/O及BLOCK I/O。

FILE I/O ——操作系统会对硬盘进行格式化，在硬盘分区上产生一个文件系统结构。操作系统通过文件系统来实现对硬盘数据的定位。

BLOCK I/O——操作系统没有对硬盘进行格式化，没有在硬盘分区上产生文件系统。是应用(SQL)绕过OS直接定位读取RAW DISK(扇区)的数据。

NAS的数据读取方式是 FILE I/O，当用户与NAS服务器请求交换数据时是通过操作系统来实现的，对于硬盘的数据扇区定位是稍后通过NAS的操作系统应用来实现的。

比如客户想访问一个1M的文件，是不可以只访问这个文件的10KB的部分，必须打开整个文件，所以叫FILE I/O。DAS及SAN通过BLOCK I/O(RAW I/O)来直接定位硬盘的数据，效率较高，这也是SAN为什么性能高的原因之一。

NAS网关

NAS网关作用是将FILE I/O转换成BLOCK I/O(将NAS与SAN的优势结合起来)

使得不同操作系统的客户端可以访问不同应用的服务器的存储数据，发挥SAN快速存取存储数据的特性。

网络技术

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