服務器常用四種磁盤存儲技術漫議

吳昊

摘 要： 網絡存儲提供海量的存儲容量、即時搜索能力及可以添加設備的巨大靈活性，使用戶可以從任何地方訪問歸檔的內容。本文介紹了網路存儲服務器常用的磁盤存儲方案，并對其實用性和適用性做了比較和分析。

關鍵詞： 磁盤簇JBOD 直連式存儲DAS 存儲區域網絡SANs 網絡附屬存儲NAS

當很多單位順應潮流，紛紛將數據搬上云端之際，我們不應當忽略對網絡存儲基礎設施的建設和發展，這里通常有四種磁盤存儲方案：磁盤簇JBOD（Just a Bunch of Disks）、直連式存儲DAS（Direct Attached Storage，）、存儲區域網絡SANs（Storage Area Networks）和網絡附屬存儲NAS（Network Attached Storage，），其各有特色，當如何取舍？

一、JBOD：適合中小企業的存儲方案

JBOD又稱Span，通常指的是一個底板安裝有多個磁盤驅動器作為存儲設備。和獨立磁盤冗余陣列RAID不同，RAID系統是在多磁盤上冗余存儲相同的數據，而這多個磁盤在操作系統看來就像一個磁盤；JBOD沒有前端邏輯來管理磁盤數據分布，相反，每個磁盤進行單獨尋址。與RAID陣列相比，JBOD的優勢在于其低成本，可以將多個磁盤合并共享電源和風扇。

JBOD使用的主要問題是單獨的磁盤出現故障的恢復能力，如果沒有恰當的迂回能力，那么一個驅動器的故障就可能導致整個JBOD失效。JBOD的磁盤陣列有著嚴格的制冷系統和電源設施，這些都是容錯的重要體現。電源、冷卻系統、數據總線和其他部件的容錯可以幫助數據存儲系統挽回由于硬件損壞而引起的錯誤，但是不能幫助檢查并修復錯誤。

由于JBOD一般在使用中都包含多個磁盤，因此總存儲容量可以很大，一個磁盤的故障就會造成整個設備故障，勢必對系統是一個巨大風險。其解決辦法之一是軟件RAID。從主機端看，采用軟件RAID和JBOD的結合與硬件RAID在邏輯上沒有任何區別，只是軟件RAID會消耗一部分主機資源，而與硬件RAID相比，無法達到高性能系統的苛刻要求。

當然，通過使用存儲虛擬化設備可以改進JBOD共享存儲，存儲虛擬化設備負責向多個JBOD或者RAID陣列存取數據，從而造成一種假象：每個主機都有單獨的存儲資源。這使得在主機上免除軟件RAID成為可能，因為這項功能現在由設備來承擔。從本質上說，存儲虛擬化實現了智能RAID控制器相同的功能。盡管存儲虛擬化設備給出了主機系統中對存儲資源的簡單描述，但它還是必須承擔管理數據放置的復雜性，并自動地從故障和中斷中恢復。

目前，JBOD比較適合中小企業用戶的存儲需求。在數據存儲過程中，即使在百分之一的概率下出現故障，無非是多花些時間的問題，不會對關鍵業務造成致命影響，而用戶在成本上卻得到很大回報，無需為低端存儲應用做昂貴投資。

二、DAS：簡便并不簡單

直連式存儲DAS，指的是將存儲設備通過標準的網絡拓撲結構（如以太網）連接到一群計算機上。DAS與服務器主機之間的連接通道通常采用SCSI連接，隨著服務器CPU處理能力越來越強，存儲硬盤空間越來越大，陣列的硬盤數量越來越多，SCSI通道將出現IO瓶頸，同時服務器主機SCSI ID資源有限，能夠建立的SCSI通道連接也有限。

DAS依賴服務器主機操作系統進行數據IO讀寫和存儲維護管理，數據備份和恢復要求占用服務器主機資源（包括CPU、系統IO等），數據流需要回流主機再到服務器連接著的磁帶機（庫），數據備份通常占用服務器主機資源20%～30%，因此許多企業用戶的日常數據備份常常在深夜或業務系統不繁忙時進行，以免影響正常業務系統的運行。DAS數據量越大，備份和恢復的時間就越長，對服務器硬件的依賴性和影響就越大。

但是，多臺服務器同時使用DAS時，存儲空間不能在服務器之間動態分配，可能造成相當的資源浪費；對于存在多個服務器的系統來說，設備分散，不便管理。而且服務器本身容易成為系統瓶頸，若服務器發生故障，數據不可訪問。

三、SAN：適用于大型企業的存儲方案

SAN，指的是采用FC（Fibre Channel）網狀通道技術，通過FC交換機連接存儲陣列和服務器主機，建立的專用于數據存儲的區域網絡。SAN主要用于存儲量大的工作環境，如ISP、銀行等。SAN經過十多年發展，已趨于成熟，成為業界的事實標準，盡管各廠商光纖交換技術不完全相同，其服務器和SAN存儲有兼容方面的問題。

當前企業存儲方案所遇到的兩個主要問題是：數據與應用系統緊密結合所產生的結構性限制，以及SCSI標準的限制。大多數分析都認為SAN是未來企業級的存儲方案，這是因為SAN便于集成，能改善數據可用性及網絡性能，還可減輕作業管理壓力。

SAN實際是一種專門為存儲建立的獨立于TCP/IP網絡之外的專用網絡。目前SAN提供的傳輸速率一般為2Gb/S～4Gb/S，同時SAN網絡獨立于數據網絡存在，因此存取速度很快。另外，SAN一般采用高端的RAID陣列，使SAN的性能在幾種專業存儲方案中傲視群雄。

SAN由于其基礎是一個專用網絡，因此擴展性很強，無論是在一個SAN系統中增加一定的存儲空間，還是增加幾臺使用存儲空間的服務器都非常方便。通過SAN接口的磁帶機，SAN系統可以方便高效地實現數據的集中備份。目前常見的SAN有FC-SAN和IP-SAN，其中FC-SAN為通過光纖通道協議轉發SCSI協議，IP-SAN通過TCP協議轉發SCSI協議。

SAN結構允許任何服務器連接到任何存儲陣列，這樣不管數據置放在哪里，服務器都可直接存取所需的數據。因為采用了光纖接口，SAN具有更高的帶寬。因為SAN解決方案是從基本功能剝離出存儲功能，所以運行備份操作就無需考慮它們對網絡總體性能的影響。SAN方案使得管理及集中控制實現簡化，特別是對于全部存儲設備都集群在一起的時候。光纖接口提供了10公里連接長度，這使得實現物理上分離的、不在機房的存儲變得非常容易。此時，成本和復雜性便成為光纖信道中的主要矛盾。

四、NAS：基于SCSI技術的存儲方案

NAS被定義為一種特殊的專用數據存儲服務器，包括存儲器件（例如磁盤陣列、CD/DVD驅動器、磁帶驅動器或可移動的存儲介質）和內嵌系統軟件，可提供跨平臺文件共享功能。NAS通常在一個LAN上占有自己的節點，無需應用服務器干預，允許用戶在網絡上存取數據，在此配置中，NAS集中管理和處理網絡上的所有數據，將負載從應用或企業服務器上卸載下來，有效降低總擁有成本，有利于保護用戶投資。

NAS本身能夠支持多種協議（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等），而且支持各種操作系統。通過任何一臺工作站，用瀏覽器軟件就可以對NAS設備進行直觀方便的管理。值得說明的是，NAS不同于SAN：NAS產品是一個專有文件服務器或一個只讀文件訪問設備，而SAN是一種網絡；NAS產品能通過SAN連接到存儲設備，而SAN是在服務器和存儲器之間用作I/O路徑的專用網絡，包括面向塊（SCSI）和面向文件（NAS）的存儲產品。

NAS的優點主要有以下幾點：

1.NAS產品是真正即插即用的產品。NAS設備一般支持多計算機平臺，可用于混合Unix/Windows NT局域網內。

2.NAS設備物理位置靈活，可放置在工作組內，靠近數據中心的應用服務器；也可在其他地點，通過物理鏈路與網絡連接。

3.無需應用服務器干預，NAS設備允許用戶在網絡上存取數據，這樣既可減小CPU開銷，又能顯著改善網絡性能。

4.能實現大容量存儲，將多個磁盤合并成一個邏輯磁盤，滿足海量存儲的需求，而且實施簡單：無需專業人員操作和維護，節省用戶投資。

但是，NAS沒有解決與文件服務器相關的一個關鍵性問題，即備份過程中的帶寬消耗。與將備份數據流從LAN中轉移出去的存儲區域網（SAN）不同，NAS仍使用網絡進行備份和恢復。NAS的一個缺點是它將存儲事務由并行SCSI連接轉移到網絡上，這就意味著LAN除了必須處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份操作的存儲磁盤請求。