About Storage summary（1）

1. 块存储

    以下列出的两种存储方式都是块存储类型：

1） DAS（Direct Attach STorage）：是直接连接于主机服务器的一种储存方式，每一台主机服务器有独立的储存设备，每台主机服务器的储存设备无法互通，需要跨主机存取资料时，必须经过相对复杂的设定，若主机服务器分属不同的操作系统，要存取彼此的资料，更是复杂，有些系统甚至不能存取。通常用在单一网络环境下且数据交换量不大，性能要求不高的环境下，可以说是一种应用较为早的技术实现。

2）SAN（Storage Area Network）：是一种用高速（光纤）网络联接专业主机服务器的一种储存方式，此系统会位于主机群的后端，它使用高速I/O 联结方式， 如 SCSI, ESCON 及 Fibre- Channels。一般而言，SAN应用在对网络速度要求高、对数据的可靠性和安全性要求高、对数据共享的性能要求高的应用环境中，特点是代价高，性能好。例如电信、银行的大数据量关键应用。它采用SCSI 块I/O的命令集，通过在磁盘或FC（Fiber Channel）级的数据访问提供高性能的随机I/O和数据吞吐率，它具有高带宽、低延迟的优势，在高性能计算中占有一席之地，但是由于SAN系统的价格较高，且可扩展性较差，已不能满足成千上万个CPU规模的系统。

2. 文件存储

        通常，NAS产品都是文件级存储。  NAS（Network Attached Storage）：是一套网络储存设备，通常是直接连在网络上并提供资料存取服务，一套 NAS 储存设备就如同一个提供数据文件服务的系统，特点是性价比高。例如教育、政府、企业等数据存储应用。

        它采用NFS或CIFS命令集访问数据，以文件为传输协议，通过TCP/IP实现网络化存储，可扩展性好、价格便宜、用户易管理，如目前在集群计算中应用较多的NFS文件系统，但由于NAS的协议开销高、带宽低、延迟大，不利于在高性能集群中应用。

(1). DAS

    DAS（Direct Attached Storage，直接外挂存储）是存储方式的一种方案。这种存储方案的服务器结构如同PC机架构，外部数据存储设备（如磁盘阵列、光盘机、磁带机等）都直接挂接在服务器内部总线上，数据存储设备是整个服务器结构的一部分，同样服务器也担负着整个网络的数据存储职责。DAS这种直连方式，能够解决单台服务器的存储空间扩展、高性能传输需求，并且单台外置存储系统的容量，已经从不到1TB，发展到了2TB，随着大容量硬盘的推出，单台外置存储系统容量还会上升。此外，DAS还可以构成基于磁盘阵列的双机高可用系统，满足数据存储对高可用的要求。

    DAS 直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源（包括CPU、系统IO等），数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机（库），数据备份通常占用服务器主机资源20-30%，因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。直连式存储的数据量越大，备份和恢复的时间就越长，对服务器硬件的依赖性和影响就越大。

    这种方案主要在早期的计算机和服务器上使用，由于当时对数据存储的需求并不大，单个服务器需要的存储能力就可以满足日常数据存储需求，因此在低档网络应用中相当普遍。

(2). NAS

     NAS（Network Attached Storage，网络附加存储）全面改进了以前低效的DAS存储方式，它是采用独立于PC服务器，单独为网络数据存储而开发的一种文件服务器。 NAS服务器中集中连接了所有的网络数据存储设备（如各种磁盘阵列、磁带、光盘机等），存储容量可以较好地扩展，同时由于这种网络存储方式是NAS服务器独立承担的，所以，对原来的网络服务器性能基本上没什么影响，以确保整个网络性能不受影响。它提供了一个简单、高性价比、高可用性、高扩展性和低总拥有成本的网络存储解决方案。

     NAS作为一个网络附加存储设备，NAS设备内置优化的独立存储操作系统，可以有效、紧密地释放系统总线资源，全力支持I/O存储，同时NAS设备一般集成本地的备份软件，可以不经过服务器将NAS设备中的重要数据进行本地备份，而且NAS设备提供硬盘RAID、冗余的电源和风扇以及冗余的控制器，可以满足保证NAS的稳定应用。  

     NAS设备主要用来实现在不同操作系统平台下的文件共享应用，与传统的服务器或DAS存储设备相比，NAS设备的安装、调试、使用和管理非常简单，采用NAS可以节省一定的设备管理与维护费用。NAS设备提供 RJ- 45 接口和单独的IP地址，可以将其直接挂接在主干网的交换机或其它局域网的Hub上，通过简单的设置（如设置机器的IP地址等）就可以在网络即插即用地使用 NAS设备，而且进行网络数据在线扩容时也无需停顿，从而保证数据流畅存储。  

     NAS数据存储方案是基于局域网而设计的，按照传统的TCP/IP协议进行通信，面向消息传递，以文件的I/O方式进行数据传输。在LAN环境下，NAS已经完全可以实现异构平台之间的数据级共享，比如Windows NT、Linux、UNIX等平台的共享。基于这种种原因，NAS存储方案对于企业来说的使用和维护成本就相当低，完全可以由现有网管员担当。

（3）SAN

     SAN（Storage Area Network，存储域网络）不是把所有的存储设备集中安装在一个专门的NAS服务器中，而是将这些存储设备单独通过光纤交换机连接起来，形成一个光纤通道的网络，然后这个网络再与企业现有局域网进行连接，在这种方案中，起着核心作用的当然就是光纤交换机了，它的支撑技术就是光纤通道协议，这是ANSI为网络和通道I/O接口建立的一个标准集成，支持HIPPI，IPI，SCSI，IP，ATM等多种高级协议。在SAN中，数据以集中的方式进行存储，加强了数据的可管理性，同时适应于多操作系统下的数据共享同一存储池，降低了总拥有成本。

     SAN是通过一个单独的通常是基于光纤通道的SAN网络把存储设备以及服务器相连，如此当有海量数据的存取需求时，数据完全可以通过SAN网络在相关服务器和后台的存储设备之间高速传输，对于LAN的带宽占用几乎为零，而且服务器可以访问SAN上的任何一个存储设备，提高了数据的可用性。在对性能和可靠性要求较高的场合，采用先进的SAN数据存储网络，可以使数据的存储、备份等活动独立在原先的局域网之外，从而将减轻LAN的负载，保证原有网络应用的顺畅进行；同时SAN网采用光纤传输通道，可以得到高速的数据传输率。  

     SAN方案简化了管理和集中控制，这对于全部存储设备都集中在信息中心，是非常有现实意义的。SAN将企业的存储和服务器平台分开，可以实现24 x 7不间断的系统可用性和集中管理，在这个平台的基础上，还可以应用一套统一的灾难恢复解决方案，同时可经济高效地扩展存储环境。因此SAN非常适用于非线性编辑、服务器集群、远程灾难恢复、因特网数据服务等多个领域。

3. 对象存储

        对象存储同兼具SAN高速直接访问磁盘特点及NAS的分布式共享特点。

        核心是将数据通路（数据读或写）和控制通路（元数据）分离，并且基于对象存储设备（Object-based Storage Device，OSD）构建存储系统，每个对象存储设备具有一定的智能，能够自动管理其上的数据分布。

        对象存储结构组成部分（对象、对象存储设备、元数据服务器、对象存储系统的客户端）：

        a. 对象

        对象是系统中数据存储的基本单位，一个对象实际上就是文件的数据和一组属性信息（Meta Data）的组合，这些属性信息可以定义基于文件的RAID参数、数据分布和服务质量等，而传统的存储系统中用文件或块作为基本的存储单位，在块存储系统中还需要始终追踪系统中每个块的属性，对象通过与存储系统通信维护自己的属性。在存储设备中，所有对象都有一个对象标识，通过对象标识OSD命令访问该对象。通常有多种类型的对象，存储设备上的根对象标识存储设备和该设备的各种属性，组对象是存储设备上共享资源管理策略的对象集合等。

       b. 对象存储设备

       对象存储设备具有一定的智能，它有自己的CPU、内存、网络和磁盘系统，OSD同块设备的不同不在于存储介质，而在于两者提供的访问接口。OSD的主要功能包括数据存储和安全访问。目前国际上通常采用刀片式结构实现对象存储设备。OSD提供三个主要功能：

      （1） 数据存储。OSD管理对象数据，并将它们放置在标准的磁盘系统上，OSD不提供块接口访问方式，Client请求数据时用对象ID、偏移进行数据读写。

      （2） 智能分布。OSD用其自身的CPU和内存优化数据分布，并支持数据的预取。由于OSD可以智能地支持对象的预取，从而可以优化磁盘的性能。

      （3） 每个对象元数据的管理。OSD管理存储在其上对象的元数据，该元数据与传统的inode元数据相似，通常包括对象的数据块和对象的长度。而在传统的NAS系统中，这些元数据是由文件服务器维护的，对象存储架构将系统中主要的元数据管理工作由OSD来完成，降低了Client的开销。

         c. 元数据服务器（Metadata Server，MDS）

          MDS控制Client与OSD对象的交互，主要提供以下几个功能：

      （1） 对象存储访问。

        MDS构造、管理描述每个文件分布的视图，允许Client直接访问对象。MDS为Client提供访问该文件所含对象的能力，OSD在接收到每个请求时将先验证该能力，然后才可以访问。

      （2） 文件和目录访问管理。

        MDS在存储系统上构建一个文件结构，包括限额控制、目录和文件的创建和删除、访问控制等。

     （3） Client Cache一致性。

        为了提高Client性能，在对象存储系统设计时通常支持Client方的Cache。由于引入Client方的Cache，带来了Cache一致性问题，MDS支持基于Client的文件Cache，当Cache的文件发生改变时，将通知Client刷新Cache，从而防止Cache不一致引发的问题。

       d. 对象存储系统的客户端Client

        为了有效支持Client支持访问OSD上的对象，需要在计算节点实现对象存储系统的Client，通常提供POSIX文件系统接口，允许应用程序像执行标准的文件系统操作一样。