一 引言

　　由于數(shù)字設(shè)備的產(chǎn)生及快速發(fā)展(例如個人電腦、筆記本電腦、平板電腦、及智能電話等)，因此新的數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生，其規(guī)模越來越龐大。

　　根據(jù)市場研究公司IDC的一項調(diào)查顯示，全球數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)量每2年便翻一番。2011年的數(shù)據(jù)量將達(dá)到里程碑式的1.8澤字節(jié)(ZB)，也就是1.8萬億G字節(jié)。IDC調(diào)查了一年中世界范圍內(nèi)原創(chuàng)或復(fù)制的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：全球IT從業(yè)人數(shù)的增長并沒有與服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的大量增加成正比。到2020年，服務(wù)器數(shù)量將是現(xiàn)在的10倍，信息量將是現(xiàn)在的50倍。根據(jù)該調(diào)查得出的結(jié)論，到2020年，全球?qū)�從事管理�?shù)據(jù)工作的IT專業(yè)人員的需求量將是現(xiàn)在的1.5倍。

　　如何有效地管理和存儲這些海量的數(shù)據(jù)，這一難題成為業(yè)界所關(guān)注的焦點。而分布式存儲系統(tǒng)被認(rèn)為是針對該問題的最佳解決方案，也越來越受到大家的關(guān)注。

二 傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)

　　2.1 直連式存儲(DAS)

　　開放系統(tǒng)的直連式存儲(Direct-Attached Storage，DAS)，已經(jīng)有近40年的發(fā)展歷史，它的特點是：存儲設(shè)備是通過電纜(通常是SCSI接口電纜)直接連接服務(wù)器。I/O(輸入，輸出)請求直接發(fā)送到存儲設(shè)備，它基于服務(wù)器，其本身是硬件的堆疊，不帶有任何存儲操作系統(tǒng)。它的缺點是：

　�、俟芾韽�(fù)雜；

　�、谥鞣�務(wù)器容易成為訪問的瓶頸；

　　③缺乏數(shù)據(jù)共享能力；

　�、軘U展能力有限；

　�、莶荒茉诰�擴展和維護(hù)。

　　2.2 網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)

　　網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(Network Attached Storage，NAS)是一種將分布、獨立的數(shù)據(jù)整合為大型、集中化管理的數(shù)據(jù)中心，以便對不同主機和應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行訪問的技術(shù)。

　　NAS被定義為一種特殊的專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，包括存儲器件(例如磁盤陣列、CD/DVD驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器或可移動的存儲介質(zhì))和內(nèi)嵌系統(tǒng)軟件，可提供跨平臺文件共享功能。但是文件服務(wù)器容易成為整個系統(tǒng)的瓶頸，例如在大規(guī)模數(shù)據(jù)訪問時會出現(xiàn)性能方面的問題。

　　2.3 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)

　　存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Storage Area Network)的支撐技術(shù)是光線通道(Fiber Channel)技術(shù)，這是ANSI為網(wǎng)絡(luò)和通道I/O接口建立的—個標(biāo)準(zhǔn)集成。支持HIPPI、IPI、SCSI、IP、ATM等多種高級協(xié)議。它的最大特性是將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通信協(xié)議與傳輸物理介質(zhì)隔離。這樣，多種協(xié)議可在同一個物理連接上同時傳送，高性能存儲體和寬帶網(wǎng)絡(luò)使用單I/O接口使得系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度大大降低。

　　SAN的主要特點是：

　　①具有較高的擴展能力和高存儲能力；

　�、跀�(shù)據(jù)分享能力有限；

　　③安全性較差。

三 分布式存儲系統(tǒng)分類

　　分布式存儲系統(tǒng)從數(shù)據(jù)存儲模型上來看，可以分為以下幾類。

　　3.1 存儲虛擬化

　　全球網(wǎng)絡(luò)存儲工業(yè)協(xié)會(Storage Networking Industry Association，SNIA)對存儲虛擬化做了如下定義：從應(yīng)用、計算機服務(wù)器或者一般的網(wǎng)絡(luò)資源中抽象、隱藏或隔離存儲系統(tǒng)，使應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)可以獨立地管理、存儲及獲得數(shù)據(jù)。使用存儲虛擬化的應(yīng)用服務(wù)或者設(shè)備可以集成不同的存儲設(shè)備，還能添加底層存儲資源來擴展存儲能力。

　　對存儲虛擬化(Storage Virtualization)最通俗的理解就是對存儲硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)。通過將一個或多個目標(biāo)(Target)服務(wù)或功能與其他附加的功能集成，統(tǒng)一提供有用的全面功能服務(wù)。典型的虛擬化情況有：屏蔽系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加或集成新的功能，仿真、整合或分解現(xiàn)有的服務(wù)功能等。虛擬化是作用在一個或者多個實體上的，而這些實體則是用來提供存儲資源或服務(wù)的。

　　存儲虛擬化的主要特點是：

　　①通過虛擬化集中管理現(xiàn)有的存儲資源以提高資產(chǎn)利用率；

　　②不會增加管理和配置的復(fù)雜程度；

　�、劭梢酝ㄟ^增加新的存儲資源(通常是硬件設(shè)備)，提高線性的擴展存儲能力，但不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)搜索方面的問題；

　�、芴峁┌踩�性更高的租戶管理機制，因此用戶和數(shù)據(jù)可以共享虛擬化的資源，而不受其他用戶的影響；

　�、菘梢詿o縫集成多個存儲廠家的存儲設(shè)備，避免了廠家鎖定的問題。

　　存儲虛擬化技術(shù)在實現(xiàn)層面上劃分，有以下幾種類別：

　�、倩�于主機的虛擬化，這是存儲虛擬化最早期的實現(xiàn)形式，它在主機的操作系統(tǒng)上基于存儲虛擬化軟件實現(xiàn)其功能；

　�、诨�于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬化是指在存儲的網(wǎng)絡(luò)層中嵌入智能存儲資源管理軟件的技術(shù)；

　�、刍�于存儲控制器的虛擬化，該架構(gòu)在陣列的存儲控制器上執(zhí)行虛擬化。一個第三方廠家的陣列可以簡單地通過插到FC端口上的方式被虛擬化，解決了一般基于陣列虛擬化的廠家鎖定的問題。

　　3.2 分布式對象存儲系統(tǒng)

　　SNIA的對象存儲設(shè)備是這樣定義的：

　�、僖环N新的SCSI存儲設(shè)備；

　�、趯ο罂梢灶惐葹閭鹘y(tǒng)的文件；

　　③對象是自完備的，包含元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)和屬性；

　�、艽鎯υO(shè)備可以自行決定對象的具體存儲位置和數(shù)據(jù)的分布；

　　⑤存儲設(shè)備可以對不同的對象提供不同的Qos；

　�、迣ο蟠鎯υO(shè)備相對于塊設(shè)備具有更高的智能性，上層通過對象ID訪問對象，而不需要了解對象的具體空間分布情況。

　　與傳統(tǒng)存儲模型相比，對象存儲模型有了如下改變：

　�、倩�于對象的存儲，將存儲模塊轉(zhuǎn)移到存儲設(shè)備中；

　�、诨�于對象的存儲，將設(shè)備的訪問接口轉(zhuǎn)變?yōu)閷ο笤L問接口。傳統(tǒng)存儲模型與對象存儲模型對比情況如圖l所示。

　　對象是平等的，分布在一個平面中，而非文件系統(tǒng)那樣的樹狀邏輯結(jié)構(gòu)中，這也就給了用戶很大的操作空間：可以利用對象構(gòu)建文件系統(tǒng)．也可以直接使用這個平面空間。用對象替代傳統(tǒng)的模塊的好處在于：對象的內(nèi)容本身來自應(yīng)用，具有“原子性”，因此可以做到：

　�、僭诖鎯�層進(jìn)行更智能的空間管理；

　�、趦�(nèi)容相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)取和緩存；

　�、劭煽康亩嘤脩艄蚕碓L問；

　　④對象級別的安全性。

　　同時，對象存儲架構(gòu)還具有更好的可伸縮性。對象存儲模型如圖2所示。

　　一個對象除了包含ID和用戶數(shù)據(jù)外，還包含了屬主、時間、尺寸、位置等源數(shù)據(jù)信息，以及權(quán)限等預(yù)定義屬性，乃至很多自定義屬性。對象存儲設(shè)備中的對象分成4類：

　�、儆脩魧ο螅瑧�(yīng)用創(chuàng)建的普通對象；

　�、诩�合對象，一組具有共同點的用戶對象的集合；

　�、鄯謪^(qū)對象，容納用戶對象和集合對象的容器，包含了有某些空間管理、安全等方面(比如quota)的共性的對象；

　�、芨鶎ο�，對象存儲設(shè)備自己。

　　3.3 分布式文件系統(tǒng)

　　分布式文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)是指那些可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)訪問存儲在多個主機中的數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)。這使得在多用戶之間和多應(yīng)用之間共享數(shù)據(jù)和存儲資源成為可能。

　　分布式文件系統(tǒng)最初產(chǎn)生于1980年代，其代表是NFS(Network File System)和AFS(Andrew File System)。2000年以后，分布式文件系統(tǒng)得到了更多的關(guān)注和長足的發(fā)展，其中以GFS(googh File system)和Lustre最為著名。

　　現(xiàn)在的分布式文件系統(tǒng)更加專注于高性能、高擴展能力、高可靠性、系統(tǒng)的高可用性和容錯能力。以GPS為例，它構(gòu)建在相對便宜的計算機節(jié)點上，通過以下手段達(dá)到了以上提出的需要付出高昂成本才能實現(xiàn)的存儲能力：

　�、偻ㄟ^將控制流與數(shù)據(jù)流分離的方式來提高系統(tǒng)的吞吐率，用戶可以并行在多個節(jié)點上提取數(shù)據(jù)；

　�、趯�數(shù)據(jù)分成同等大小的數(shù)據(jù)塊，以方便數(shù)據(jù)的遷移和復(fù)制；

　�、勖總�數(shù)據(jù)塊都有多個(通常是3個)存儲副本，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和讀取速度；

　�、芤粋�數(shù)據(jù)塊可以被分布到不同的機器上，以提高系統(tǒng)的容錯能力。GFS系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示

四 結(jié)語

　　分布式存儲系統(tǒng)可以存儲海量數(shù)據(jù)，它具有性價比高及靈活的可擴展性等特點，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。本文從傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)出發(fā)，比較了傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)和目前流行的分布式存儲系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系。同時，對分布式存儲系統(tǒng)的分類及特點進(jìn)行了初步分析。分布式存儲系統(tǒng)有多種不同的實現(xiàn)原理和方法，適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，我們需要根據(jù)應(yīng)用特點來選擇合適的存儲方式。
　　　　　　　　　　

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