數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的原理

在過去40年中，計算領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化，但是，計算機(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，所有的計算能力就變得毫無價值。就像資本或智力財產(chǎn)一樣，數(shù)據(jù)也成為一種可以共享的財富，需要加以存儲和保護(hù)。

數(shù)據(jù)存儲和存儲管理技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代的終端/主機(jī)計算模式。當(dāng)時由于數(shù)據(jù)集中在北京網(wǎng)站設(shè)計主機(jī)上，因此，連接在主機(jī)上的硬盤和磁帶是主要的存儲和備份設(shè)備。80年代以后，隨著個人計算機(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)存儲逐漸分散化。此時網(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)在三個方面.首先，存儲容量急劇膨脹，現(xiàn)在P.級(IP=250)存儲已經(jīng)屢見不鮮；其次，數(shù)據(jù)持續(xù)時間也在增加，互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)必須保證每天24小時、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、對重要數(shù)據(jù)的保護(hù)等都對數(shù)據(jù)存儲管理提出了更高的要求。

在這個過程中，磁盤存儲無疑扮演著一個重要的角色。雖然磁盤存儲器的容量在不斷地增加，但是用戶存儲大量數(shù)據(jù)的需求也在不斷上升，這就需要對磁盤存儲進(jìn)行擴(kuò)展.目前使用的擴(kuò)展磁盤存儲的方法主要有廉價冗余磁盤陣列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks, RAID)、直接外掛存儲(Directly Attached Storage, DAS)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NetworkAttached Storage,NAS)和存儲區(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)動器按照一定要求組成一個整體，整個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磁盤來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲的費(fèi)用;同時也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時不會對數(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)，分為幾個不同的等級，分別可以提供不同的速度、安全性和性價比。目前，獲得業(yè)界廣泛認(rèn)同的RAID級別的定義有RAID 0, RAID 1, RAID0+1,RAID 3和 RAID 5等。

2.直接外掛存儲

DAS這種存儲方式與個人計算機(jī)的存儲架構(gòu)一樣，外部存儲設(shè)備都是直接掛接在服務(wù)器內(nèi)部的總線上，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備是整個服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分。DAS存儲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)存儲量小且不很復(fù)雜，所以采用這種存儲方式對服務(wù)器的影響不會很大。這種存儲方式十分經(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。此時各分支機(jī)構(gòu)的服務(wù)器則可采用DAS存儲方式，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)，均要求存儲設(shè)備直接連接到應(yīng)用服務(wù)器。

3.網(wǎng)絡(luò)附加存儲

NAS采用獨(dú)立于服務(wù)器、單獨(dú)為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲而開發(fā)的一種文件服務(wù)器來連接存儲設(shè)備，自成一個網(wǎng)絡(luò)。這樣數(shù)據(jù)存儲就不再是服務(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)立存儲結(jié)點(diǎn)，與用戶的操作系統(tǒng)平臺無關(guān)。

(2)存儲部署簡單:NAS不依賴通用的操作系統(tǒng)，而是采用一個面向用戶設(shè)計的、專門用于數(shù)據(jù)存儲的簡化操作系統(tǒng)，內(nèi)置了與網(wǎng)絡(luò)連接所需要的協(xié)議，因此使整個系統(tǒng)的管理和設(shè)置較為簡。

(3)存儲設(shè)備位置非常靈活。

(4)‘管理容易且成本低:NAS數(shù)據(jù)存儲方式是基干現(xiàn)有的企業(yè)Ethernet而設(shè)計的，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)是存儲性能較低，可靠性不高。

4.存儲區(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存儲方式創(chuàng)造了存儲的網(wǎng)絡(luò)化，存儲的網(wǎng)絡(luò)化順應(yīng)了計算機(jī)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化的趨勢。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)議便可在同一個物理連接上同時傳送。用光纖通道構(gòu)建的SAN由以下三個部分組成。

·存儲和備份設(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)動程序、光纜、集線器、交換機(jī)、光纖通道和SCSI ( Small Computer System Interface，小型計算機(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、存儲資源管理軟件和存儲設(shè)備管理軟件。

SAN的優(yōu)勢:

(1)網(wǎng)絡(luò)部署容易。

(2)高存儲性能。因?yàn)镾AN采用了光纖通道技術(shù)，所以它具有更高的存儲帶寬，存儲性能明顯提高.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)存儲模式。NAS通常是一個服務(wù)器群，如應(yīng)用服務(wù)器、郵件服務(wù)器等，存儲設(shè)備易于附加在這個系統(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，可以共存于一個網(wǎng)絡(luò)中。