據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測,至少在5 年內(nèi),存儲市場都會以10%~20%的年增長率遞增,其中網(wǎng)絡(luò)存儲部更將以每年增長62%的速度高速發(fā)展。對網(wǎng)絡(luò)存儲產(chǎn)品的旺盛需求,極大地推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)存儲的統(tǒng)一化和虛擬化是其中的兩個熱點(diǎn)。
目前,存儲網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一主要是指NAS 和SAN 的融合。NAS 和SAN 是網(wǎng)絡(luò)存儲的兩種不同的體系結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中,它們各有特點(diǎn),也有各自的局限性。NAS 和SAN 的融合,可以較好地解決NAS 和SAN 之間的存儲共享問題,有效地利用各自的特點(diǎn),提高可擴(kuò)展性、靈活性以及效率。
存儲虛擬化是指將具體的存儲設(shè)備或存儲系統(tǒng)同服務(wù)器操作系統(tǒng)分隔開來,為存儲用戶提供統(tǒng)一的虛擬存儲池。存儲虛擬化是具體存儲設(shè)備或存儲系統(tǒng)的抽象,展示給用戶一個邏輯視圖,同時將應(yīng)用程序和用戶所需要的數(shù)據(jù)存儲操作和具體的存儲控制分離。存儲虛擬化能夠極大地方便用戶對存儲資源的使用,減小存儲系統(tǒng)管理開銷,優(yōu)化存儲系統(tǒng)性能,提高存儲資源利用效率。當(dāng)前,基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化的主流是SAN 的虛擬化。
隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,新的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),不斷發(fā)展地出現(xiàn),怎樣有效地整合不同存儲網(wǎng)絡(luò)將是極具挑戰(zhàn)性的工作。存儲網(wǎng)格和基于對象的存儲在這方面做了有益的探索,為統(tǒng)一虛擬存儲結(jié)構(gòu)的發(fā)展做了啟發(fā)和技術(shù)準(zhǔn)備。本文探討了網(wǎng)絡(luò)存儲的統(tǒng)一和虛擬化技術(shù)的現(xiàn)狀和存在的問題,指出了統(tǒng)一化和虛擬化共同的終極發(fā)展目標(biāo)是統(tǒng)一虛擬存儲網(wǎng)絡(luò),通過統(tǒng)一虛擬存儲體系結(jié)構(gòu)將所有的存儲資源統(tǒng)一起來,提供統(tǒng)一的資源共享服務(wù)。
1 NAS 和SAN 的融合
1.1 NAS 和SAN 的特點(diǎn)
SAN(Storage Area Network:存儲區(qū)域網(wǎng))是一種利用Fibre Channel等互聯(lián)協(xié)議連接起來的可以在服務(wù)器和存儲系統(tǒng)之間直接傳送數(shù)據(jù)的存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),存儲設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器之間采用的是block I / O 的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。SAN 具有高性能、高可用性、較高的靈活性、擴(kuò)展方便、易于集中管理和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),也存在設(shè)備造價高、需要專業(yè)維護(hù)人員、設(shè)備的互操作性較差等缺陷。
NAS(Network Attached Storage:附網(wǎng)存儲)是可以直接聯(lián)到網(wǎng)絡(luò)上向用戶提供文件級服務(wù)的存儲設(shè)備,具有可即插即用、總擁有成本(TCO)低的優(yōu)點(diǎn),但亦存在I /O 速度不高、數(shù)據(jù)備份需要占用網(wǎng)絡(luò)帶寬等缺點(diǎn)。
顯然,NAS 和SAN 是兩種截然不同的技術(shù),尤其是兩者構(gòu)建技術(shù)不同,對企業(yè)來說,需要同時構(gòu)建和管理兩種不同的存儲結(jié)構(gòu),增加了實(shí)現(xiàn)和管理成本,同時也不能很好地做到存儲資源的整合。另一方面,NAS 和SAN 又是相互補(bǔ)充的,兩種結(jié)構(gòu)可以因滿足不同的需求而同時存在。
1.2 NAS 和SAN的融合方案
鑒于NAS 和SAN 的各自優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),要求NAS 和SAN進(jìn)行融合的呼聲很高,也出現(xiàn)了一些相關(guān)產(chǎn)品,對已經(jīng)產(chǎn)生的眾多產(chǎn)品的方案進(jìn)行分析,我們發(fā)現(xiàn)這些方案基本上可以分為兩類:基于NAS 和基于SAN 的融合方案。
1.2.1 基于NAS 的融合方案
該方案是將操作系統(tǒng)(文件系統(tǒng))和存儲子系統(tǒng)相互獨(dú)立,其文件系統(tǒng)功能部分單獨(dú)構(gòu)成一個NAS head,用以保存元數(shù)據(jù),同時完成文件系統(tǒng)的功能;其存儲子系統(tǒng)采用外置式的SAN 結(jié)構(gòu)。
該方案采用的是以NAS 的方式和網(wǎng)絡(luò)相連,因此可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的文件訪問和共享;客戶則是通過IP 網(wǎng)絡(luò)訪問,可以充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;存儲子系統(tǒng)部分采用SAN 結(jié)構(gòu),具有SAN 高可擴(kuò)展性、高可用性,以及存儲資源的集中和統(tǒng)一管理等優(yōu)點(diǎn)。
該方案的問題在于NAS head:控制信息和數(shù)據(jù)信息都必須通過NAS head,使得NAS head 成為一個潛在的性能瓶頸并容易導(dǎo)致系統(tǒng)單點(diǎn)失效,為此需要采取冗余等措施加以解決。
1. 2. 2 基于SAN 的融合方案
該方案的一個特點(diǎn)就是把文件系統(tǒng)功能部分從應(yīng)用服務(wù)器中剝離出來,集中到元數(shù)據(jù)服務(wù)器上,從而實(shí)現(xiàn)了命令通道與數(shù)據(jù)通道的分離,或者說是元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)的分離存儲;而應(yīng)用服務(wù)器上都安裝有一個專用的過濾程序,來處理元數(shù)據(jù)。
在應(yīng)用服務(wù)器看來,訪問方式采用的是文件I /O方式,整個存儲系統(tǒng)相當(dāng)于一個NAS 文件服務(wù)器,因此具有NAS 的優(yōu)點(diǎn);文件系統(tǒng)和存儲子系統(tǒng)之間采用SAN 的結(jié)構(gòu),因而該方案也具有SAN 的優(yōu)點(diǎn)。
整個系統(tǒng)只有一個元數(shù)據(jù)服務(wù)器,不過它只是處理元數(shù)據(jù)及控制信息,因此元數(shù)據(jù)服務(wù)器并不會是性能瓶頸。
1. 2. 3 統(tǒng)一存儲網(wǎng)
統(tǒng)一存儲網(wǎng)(USN:Unified StorageNetwork)則是由學(xué)術(shù)界提出的一個NAS 和SAN 融合方案,該方案綜合了上述兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)。
USN 采用TCP/ IP 作為存儲網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建技術(shù),通過IP 互聯(lián)設(shè)備將應(yīng)用服務(wù)器、存儲設(shè)備等互連成一個基于IP 的SAN,從體系結(jié)構(gòu)的角度來說,具備了傳統(tǒng)SAN 高性能、易擴(kuò)展等特點(diǎn);同時,通過高速附網(wǎng)通道將存儲子系統(tǒng)直接聯(lián)入LAN,從而形成了一個廣義的NAS。
和上述NAS / SAN 融合方案相比,USN 具有如下特點(diǎn):
1、支持塊設(shè)備和文件設(shè)備的同時接入,并進(jìn)行統(tǒng)一管理,形成為單一的命名空間。
2、存儲網(wǎng)絡(luò)中,文件設(shè)備的引入,USN 可以同時提供塊I /O服務(wù)和文件I / O 服務(wù)。
3、引入附網(wǎng)直連通道(NAC),不需要由應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)一步處理的數(shù)據(jù)可經(jīng)NAC 直接返回,避免了應(yīng)用服務(wù)器的存儲轉(zhuǎn)發(fā),實(shí)現(xiàn)客戶與存儲設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。
圖1 基于TCP/ IP 的統(tǒng)一存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(USN)
NAS 和SAN 的融合方案很多,但是都不能同時完全發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn),影響的因素很多,其中缺乏NAS 和SAN 進(jìn)行綜合管理的軟件管理策略是一個重要原因,NAS 和SAN 的融合,畢竟不是簡單地將它們進(jìn)行連接或重構(gòu)。另一方面,新的存儲技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn):IP 存儲、Infiniband、DAFS等,不但影響NAS 和SAN 本身的發(fā)展,也將會促生新的融合方案。另外,Ethernet 的發(fā)展經(jīng)歷了10mbps 到100mbps 再到1000mbps 的過程,現(xiàn)在,10gbps 的Ethernet 也即將問世,Ethernet的發(fā)展對NAS 和SAN 的融合也必將帶來很大的影響。
2 基于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬化
存儲虛擬化就是在存儲系統(tǒng)中增加一個虛擬化層,通過虛擬化層,把存儲系統(tǒng)中各種分散的、異構(gòu)的存儲設(shè)備映射成一個虛擬存儲池。虛擬化層屏蔽了所有存儲設(shè)備的物理特性,存儲系統(tǒng)中所有存儲設(shè)備對用戶透明,用戶則通過虛擬化層提供的接口,對虛擬存儲池進(jìn)行I / O訪問。
基于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬化的目標(biāo)是,把分散在網(wǎng)絡(luò)中的存儲設(shè)備統(tǒng)一起來,使用戶感覺和操作起來,像一個普通的存儲設(shè)備,用戶并不需要知道設(shè)備的供應(yīng)商,也不需要知道設(shè)備的具體位置。
網(wǎng)絡(luò)級的存儲虛擬化主流是基于SAN 的虛擬化;赟AN 的存儲虛擬化,大多采用一個專用的元數(shù)據(jù)服務(wù)器,作為虛擬化層,這臺專用的服務(wù)器稱為元數(shù)據(jù)服務(wù)器或者元數(shù)據(jù)控制器。根據(jù)該服務(wù)器是否在數(shù)據(jù)傳送的路徑上,基于SAN的存儲虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式分為對稱結(jié)構(gòu)(Symmetric)和非對稱結(jié)構(gòu)(Asymmetric)兩種實(shí)現(xiàn)模型。
2.1 對稱方式的SAN存儲虛擬化結(jié)構(gòu)
對稱結(jié)構(gòu)也稱為帶內(nèi)(in-band)模型,實(shí)現(xiàn)途徑是在數(shù)據(jù)通路中插入虛擬存儲層-元數(shù)據(jù)服務(wù)器,并由虛擬化管理軟件對存儲設(shè)備和服務(wù)器主機(jī)進(jìn)行配置和管理,存儲數(shù)據(jù)和控制信息使用同一條通路。
這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡單,而且將虛擬化層完全實(shí)現(xiàn)在專用虛擬平臺上-元數(shù)據(jù)服務(wù)器,對應(yīng)用服務(wù)器和存儲設(shè)備的影響達(dá)到最小,因此對異構(gòu)環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
對稱結(jié)構(gòu)的不足主要在于,數(shù)據(jù)傳輸和元數(shù)據(jù)訪問都必須經(jīng)過元數(shù)據(jù)服務(wù)器,元數(shù)據(jù)服務(wù)器很可能成為系統(tǒng)瓶頸,制約SAN 的整體性能,并影響SAN 的可擴(kuò)展性。此外,這種結(jié)構(gòu)的虛擬存儲系統(tǒng)容易出現(xiàn)服務(wù)器到存儲設(shè)備的單點(diǎn)故障,因此對稱虛擬存儲結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中往往要做冗余配置。
圖2 對稱方式的SAN 存儲虛擬化結(jié)構(gòu)
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