分布式存储与传统存储架构

随着主机、磁盘、网络等技术的发展，对于承载大量数据存储的服务器来说，服务器内置存储空间，或者说内置磁盘往往不足以满足存储需要或者虽然能满足要求，但各个服务器之间独立，严重降低了磁盘的利用率。因此，在内置存储之外，服务器需要采用外置存储的方式扩展存储空间，今天IT君给大家分享一下当前主流的存储架构。

直连式存储（简称DAS）

DAS存储是最为常见的存储形式之一，特别是其是在规模比较小的企业中。由于企业本身数据量不大，且光纤交换机等设备价格昂贵，因此基本都采用高密度的存储服务器或者服务器后接JBOD等形式，这种形式的存储属于DAS架构。

 

 

对于DAS存储，其实可以是在服务器内部直接连接磁盘组，或者通过外接线连接磁盘阵列两种方式。对于外联的方式通常是通过SAS线进行连接，其实通过FC进行服务器与磁盘阵列的连接也可以理解为DAS存储形式，并没有严格的定义。对于通过SAS方式直连的DAS通常需要通过硬件RAID卡或者软RAID的方式实现磁盘的冗余保护，防止由于磁盘故障导致整个存储系统的不可用而丢失数据。同时，采用该种方式的存储通常还需要在主机端安装备份软件对数据进行定期备份，以防止设备故障导致数据丢失。

无论直连式存储还是服务器主机的扩展，从一台服务器扩展为多台服务器组成的群集(Cluster)，或存储阵列容量的扩展，都会造成业务系统的停机，从而给企业带来经济损失，对于银行、电信、传媒等行业7×24小时服务的关键业务系统，这是不可接受的。并且直连式存储或服务器主机的升级扩展，只能由原设备厂商提供，往往受原设备厂商限制。

 

网络连接存储（简称NAS）

网络储存设备 (Network Attached Storage，NAS)，从名称上可以看出是其可以通过以太网方式接入并进行访问的存储形式。简单来说NAS就是一台在网络上提供文档共享服务的的网络存储服务器。NAS存储设备可以直接连接在以太网中，之后在该网络域内的不同类型操作系统主机都可以实现对该设备的访问。使用者可以通过某种方式（例如linux下的mount命令）将存储服务挂载到本地进行访问，在本地呈现的就是一个文件目录树。我们所熟悉的NFS其实就是一个NAS存储形式，NFS服务器就是NAS存储设备，我们可以通过开源软件搭建该种类型的存储设备，当然市面上也有很多成熟的产品。

NAS与传统的直接储存设备不同的地方在于NAS设备通常只提供了资料储存、资料存取、以及相关的管理功能，不会与其它业务混合部署，这样就增加该设备的稳定性，减少故障的发生概率。NAS的型式很多样化，可以是一个大量生产的嵌入式设备，也可以在一般的电脑上执行NAS的软件。NAS用的是以文档为单位的通信协议，这些通信协议都是标准协议，目前比较知名的是NFS和CIFS两种。其中NFS在UNIX系统上很常见，而CIFS则在Windows系统经常使用。

目前也有一些开源的软件实现了NAS的功能，例如FreeNAS和Openfiler 等开源软件。其中FreeNAS的开放源码NAS软件用的就是精简版的FreeBSD操作系统，它可以在一般的电脑硬件上执行，而商业化的嵌入式设备用的则是封闭源码的操作系统和通讯协定程式。而Openfiler则能把标准x86/64架构的系统变成一个强大的NAS、SAN存储和IP存储网关，为管理员提供一个强大的管理平台，并能能应付未来的存储需求。

NAS产品有一个比较大的优势是真正即插即用。NAS设备一般支持多计算机平台，用户通过网络支持协议可进入相同的文档，因而NAS设备无需改造即可用于混合Unix/Windows NT局域网内，同时NAS的应用非常灵活。

存储区域网络（Storage Area Network，简称SAN）

SAN存储 （存储区域网络Storage Area Network）也即存储区域网络，这个是通过某种交换机（例如光纤交换机或者IB交换机等）连接存储阵列和服务器主机等设备，形成一个专用的存储网络。其概念的核心是形成一个存储网络，该网络是专有网络，不同于NAS中的以太网，这种网络往往无法与现有以太网实现互联互通。所谓的专用存储网络主要体现在通信设备和协议上，目前主流的是FC-SAN，也就是基于FC设备及通信协议的存储区域网络。

鉴于上述缺点，后面有发展出一种基于以太网的SAN存储形式，这个就是我们通常所说的iSCSI。这种存储形式其实是利用TCP/IP协议实现了对SCSI协议的封装。 主机端相当于CS架构的客户端，而存储端则是服务端。该种方式SAN存储的优点是实现存储网络与传统以太网的互联互通。特别是万兆网的普及，基于iSCSI的SAN解决方案开始大规模应用，与光纤通道技术相比较而言，这种技术具有良好的性能，而且价格低廉。

SAN存储的隔离特性使得存储设备可以实现更多的附加功能，从而增强存储系统的可靠性、可用性和利用率等。比如在存储设备端实现容灾软件，可以实时的将数据备份到其它数据中心的存储设备。或者在存储设备增加压缩或者去重功能，从而提高存储设备的利用率等。

因为SAN解决方案是从基本功能剥离出存储功能，所以运行备份操作就无需考虑它们对网络总体性能的影响。SAN方案也使得管理及集中控制实现简化，特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候。最后一点，光纤接口提供了10公里的连接长度，这使得实现物理上分离的、不在机房的存储变得非常容易。

SAN和NAS都是通过网络的方式实现了业务服务器与存储设备的连接和访问，但两者是有别的前者在业务服务器上呈现的是一个磁盘，需要格式化成文件系统后使用；而后者在业务服务器上呈现的是文件系统。

统一存储

所谓统一存储其实在架构上与上述两种形式并没有差异，只是将上述两种方式整合到一台物理设备中，并可以同时对外提供SAN和NAS服务。该设备的前端接口可支持FC 8Gb、iSCSI 1Gb和iSCSI 10Gb，后端具备SAS 6Gb硬盘扩展接口，可支持SAS、SATA硬盘及SSD固态硬盘具备极佳的扩展能力。实现FC SAN与IP SAN、各类存储介质的完美融合，有效整合用户现有存储网络架构，实现高性能SAN网络的统一部署和集中管理，以适应业务和应用变化的动态需求。主机接口及硬盘接口均采用模块化设计，更换主机接口或硬盘扩展接口，无须更换固件，可大大简化升级维护的难度和工作量。

 

 

分布式存储

分布式存储是一种数据存储技术，通过网络使用企业中的每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在企业的各个角落。传统的网络存储系统采用集中的存储服务器存放所有数据，存储服务器成为系统性能的瓶颈，也是可靠性和安全性的焦点，不能满足大规模存储应用的需要。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，它不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。

如图5所示，分布式存储使用的设备一般是常规服务器，而非存储设备。分布式存储通过非标准协议实现服务器上存储资源的整个，并进行存储资源池化和虚拟化处理，最后呈现给用户某种形式（块存储或者文件存储）的存储空间。分布式存储有其特异性，其使用的并非标准协议，因此通常需要在应用服务器安装其客户端软件实现存储空间的虚拟呈现，以及请求的处理。

由于分布式存储拓扑结构的复杂性，其出现故障的概率也大大增加了。因此，对于分布式存储需要实现基于网络的数据冗余、数据保护和数据容错等功能，确保在出现任何异常情况（例如磁盘、网卡、交换机和服务器等）下存储系统的可用性和可靠性。

 

 

Server SAN

Server SAN其实也是分布式存储的一种，由于其比较新，目前没有一个具体的定义。 Server San应该是一个利用软件将基于DAS存储（包含闪存卡，直连存储）的集合，做成一个能共享的SAN存储网络。

SAN存储区域网，大家都很熟悉。普遍使用的就两种： FC SAN和ISCSI SAN。这两种结构是通过FC网络或者IP网络将存储设备放到一个共享的环境中心，让分布式的服务HA，应用迁移，数据复制等都可以通过这套网络实现。但是大家注意了，这套SAN网络是很贵的，管理起来是很麻烦的。 在很多的环境下面，很多SAN环境中会有一部分直连存储我们根本没有用上：比如直连存储卡，本地硬盘等。

从实际的应用中，直连存储的效率是很高的：PCI-E直接到数据端，比经过FC协议的转换还要快。而且成本低。 Server SAN是一个最新的概念：将分布在各个服务器上的直连存储通过软件的方式整合成一个统一的SAN存储系统。有点类似谷歌在云计算上做的工作，将上万台服务器组成一个超级计算机。 现在Server San已经不是一个概念了，在谷歌和facebook的数据中心已经大量使用了。最经典的案例就是VMware中的vSAN 了。

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