在企業(yè)的IT基礎(chǔ)架構(gòu)體系中，數(shù)據(jù)是非常重要的一個部分，而數(shù)據(jù)又都是存在存儲設(shè)備里面，故存儲設(shè)備的選型及相關(guān)的技術(shù)，便顯得非常重要。
本文旨在講述存儲的各方面概念之余，提出相對各種場景最適合使用的存儲技術(shù)，以供實踐參考。
提到存儲，首先需要思考一個問題：為什么需要存儲？
假如有100TB的數(shù)據(jù)，買來100GB大小的磁盤來存放，則需要1000個。
那么，如何將1000個硬盤連接起來呢？如果用一般的PC，則需要250臺。
數(shù)據(jù)存放起來了，如何管理和使用？性能如何？當(dāng)設(shè)備損壞或發(fā)生事故時如何應(yīng)對？這些都在下文中進行逐一討論。
總而言之，存儲主要解決了以下的幾個主要問題：
容量
速度
易于管理
安全：容災(zāi)與備份
可擴展性
發(fā)展歷史
提到存儲的發(fā)展歷史，不得不提到IT技術(shù)的發(fā)展趨勢，從大型機到小型機，到X86服務(wù)器，再到云主機，IT技術(shù)經(jīng)歷了一系列的迭代變革。
跟隨著IT技術(shù)的進步，存儲技術(shù)也隨之有了發(fā)展，存儲產(chǎn)品的發(fā)展歷程就是數(shù)據(jù)保存、應(yīng)用發(fā)展的過程。
存儲產(chǎn)品的趨勢是，使用統(tǒng)一存儲，即通過整合降低成本，將NAS和SAN結(jié)合起來，簡化存儲管理，提高利用率。EMC在2010年推出了VNX系列產(chǎn)品，首次推出了統(tǒng)一存儲的概念，HDS在2012年跟進，推出了HUS系列產(chǎn)品。
企業(yè)級存儲分類
按存儲多樣性劃分，可以分為三大類：存儲硬件，存儲軟件和存儲方案，而每個類別都可以延伸出很多技術(shù)內(nèi)容。
而外置存儲的硬件構(gòu)成，可以分成以下幾個內(nèi)容：
而按照基礎(chǔ)架構(gòu)去分類，則可以分為三類：
DAS（Direct Attached Storage）直接掛接存儲
NAS（Network Attached Storage）網(wǎng)絡(luò)掛接存儲
SAN（Storage Area Network）存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（包括FC SAN、IP SAN）
01 DAS
開放系統(tǒng)的直接掛接存儲(Direct Attached Storage，簡稱DAS)已經(jīng)有近四十年的使用歷史，隨著用戶數(shù)據(jù)的不斷增長，尤其是數(shù)百GB以上時，其在備份、恢復(fù)、擴展、災(zāi)備等方面的問題變得日益困擾系統(tǒng)管理員。
直連式存儲與服務(wù)器主機之間的連接通道通常采用SCSI連接，隨著服務(wù)器CPU的處理能力越來越強，存儲硬盤空間越來越大，陣列的硬盤數(shù)量越來越多，SCSI通道將會成為IO瓶頸；服務(wù)器主機SCSI ID資源有限，能夠建立的SCSI通道連接有限。
02 NAS
NAS（Network Attached Storage：網(wǎng)絡(luò)掛接存儲）按字面簡單說就是連接在網(wǎng)絡(luò)上，具備資料存儲功能的裝置，因此也稱為“網(wǎng)絡(luò)存儲器”。它是一種專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。它以數(shù)據(jù)為中心，將存儲設(shè)備與服務(wù)器徹底分離，集中管理數(shù)據(jù)，從而釋放帶寬、提高性能、降低總擁有成本、保護投資。其成本遠遠低于使用服務(wù)器存儲，而效率卻遠遠高于后者。
NAS解決方案通常配置為作為文件服務(wù)的設(shè)備，由工作站或服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如TCP/IP）和應(yīng)用程序（如網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS或者通用Internet文件系統(tǒng)CIFS）來進行文件訪問。大多數(shù)NAS連接在工作站客戶機和NAS文件共享設(shè)備之間進行。這些連接依賴于企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來正常運行。
NAS的優(yōu)點是支持文件共享，易于管理，缺點是其為網(wǎng)絡(luò)盤，而不是系統(tǒng)本地SCSI盤，不支持本地文件系統(tǒng)，軟件兼容性差（某些數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)級軟件不可以使用）。
03 SAN
存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，簡稱SAN）采用網(wǎng)狀通道（Fibre Channel ，簡稱FC，區(qū)別于Fiber Channel光纖通道）技術(shù)，通過FC交換機連接存儲陣列和服務(wù)器主機，建立專用于數(shù)據(jù)存儲的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。SAN經(jīng)過十多年歷史的發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)成熟，成為業(yè)界的事實標準（但各個廠商的光纖交換技術(shù)不完全相同，其服務(wù)器和SAN存儲有兼容性的要求）。
SAN實際是一種專門為存儲建立的獨立于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之外的專用網(wǎng)絡(luò)。目前一般的SAN提供2Gb/S到4Gb/S的傳輸速率，同時SAN網(wǎng)絡(luò)獨立于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(yè)存儲方案中傲視群雄。
SAN由于其基礎(chǔ)是一個專用網(wǎng)絡(luò)，因此擴展性很強，不管是在一個SAN系統(tǒng)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(wù)器都非常方便。通過SAN接口的磁帶機，SAN系統(tǒng)可以方便高效的實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)SCSI協(xié)議，IP-SAN通過TCP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)SCSI協(xié)議。
存儲技術(shù)
01 磁盤陣列
磁盤陣列又叫RAID（廉價磁盤冗余陣列），是指將多個類型、容量、接口，甚至品牌一致的專用硬磁盤或普通硬磁盤連成一個陣列，使其能以某種快速、準確和安全的方式來讀寫數(shù)據(jù)，從而達到提高數(shù)據(jù)讀取速度和安全性的一種手段。
因此，磁盤陣列讀寫方式的基本要求是，在盡可能提高磁盤數(shù)據(jù)讀寫速度的前提下，必須確保在一張或者多張磁盤失效時，陣列能夠有效地防止數(shù)據(jù)丟失。
磁盤陣列的最大特點是數(shù)據(jù)存取速度特別快，其主要功能是可提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可用性及存儲容量，并將數(shù)據(jù)有選擇性地分布在多個磁盤上，從而提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。
以下是磁盤陣列的一些概念：
磁盤陣列：指存儲設(shè)備所有的元件(包含控制器硬盤、電源、扇等等)。
控制器：可理解是用來管理存儲中的硬盤,用來管理數(shù)據(jù)存儲裝置。
磁盤：控制器是用來讀寫數(shù)據(jù),則磁盤是用來存儲數(shù)據(jù)的。
擴展柜：指的是放硬盤的盒子,如果把控制器的角色比喻成火車頭,那這個就是車廂。
控制器電池：是用于保護控制器緩存的數(shù)據(jù) ,數(shù)據(jù)存入硬盤時,要先通過控制器進行算法運算后再存入硬盤,而這個操作會存在一定延時,如果此時掉電,這一時間段的數(shù)據(jù)就會丟失,使用電池后,在一定的時間內(nèi)可以保障數(shù)據(jù)不丟失。電池還有另- -個用途就是可以提升控制器性能。默認讀緩存(cache)是開啟的,但寫緩存是沒啟用的,因此電池在這里就用作寫緩存使用。
備注：磁盤陣列這里的控制器,對應(yīng)PC服務(wù)器上的RAID陣列卡。
RAID產(chǎn)生的原因可以歸納如下：
RAID由幾個硬盤組成，從整體上看相當(dāng)于一個物理卷，在物理卷的基礎(chǔ)上可以按照指定容量創(chuàng)建一個或多個邏輯卷，通過LUN（Logic Unit Number）來標識。
磁盤陣列有以下幾種工作模式：
RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6, RAID10
此處我們僅討論RAID0, RAID1, RAID5, RAID10這四種典型類型。
1.RAID0
RAID0（條帶化-分條）可以把多塊磁盤連成一個容量更大的磁盤群，可以提高磁盤的性能和吞吐量。RAID0沒有冗余或錯誤修復(fù)能力,成本低,要求至少兩個磁盤，一般只是在那些對數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被使用。
2.RAID1
RAID1（鏡像）把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上,在不影響性能情況下最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性和可修復(fù)性上，具有很高的數(shù)據(jù)冗余能力,但磁盤利用率為50% ,故成本最高，多用在保存關(guān)鍵性的重要數(shù)據(jù)的場合。RAID1的操作方式是把用戶寫入硬盤的數(shù)據(jù)百分之百地自動復(fù)制到另外一個硬盤上。
3.RAID5
可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。但沒有完全使用RAID 1鏡像理念。而是使用了“奇偶校驗信息"來作為數(shù)據(jù)恢復(fù)的方式。以四個硬盤組成的RAID 5為例。其數(shù)據(jù)存儲方式如圖所示:圖中Ap為A1，A2和A3的奇偶校驗信息，其它以此類推。由圖中可以看出, RAID 5不對存儲的數(shù)據(jù)進行備份。而是把數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上。并且奇偶校驗信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的磁盤上。當(dāng)RAID5的一個磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。
4.RAID10
RAID10（鏡像陣列條帶）像RAID0一樣,數(shù)據(jù)跨磁盤抽取，像RAID1一樣,每個磁盤都有一個鏡像磁盤,所以RAID 10的另一種會說法是RAID 0+1。RAID10提供100%的數(shù)據(jù)冗余，支持更大的卷尺寸。但價格也相對較高。
對大多數(shù)只要求具有冗余度而不必考慮價格的應(yīng)用來說, RAID10提供最好的性能。使用RAID10，可以獲得更好的可靠性，因為即使兩個物理驅(qū)動器發(fā)生故障(每對中一個)， 數(shù)據(jù)仍然可以得到保護。
RAID10需要4 + 2*N個磁盤驅(qū)動器(N>=0)，而且只能使用其中一半的磁盤用量，例如4個250G的硬盤使用RAID10陣列，實際容量是500G。
磁盤陣列的幾種工作模式對比總結(jié)：
02 SCSI
SCSI并不是專門為硬盤設(shè)計的接口,是一種廣泛應(yīng)用于小型機上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。
SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu)點,但較高的價格使得它很難如IDE硬盤般普及。
SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站中。
03 iSCSI
iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是IETF制定的一項標準，用于將SCSI數(shù)據(jù)塊映射成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。
從根本上說, iSCSI協(xié)議是一種跨過IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸潛伏時間短的SCSI數(shù)據(jù)塊的方法。
iSCSI SAN的優(yōu)勢：
高可用性，在服務(wù)器和存儲資源之間建立起多條通道,即使一條線路斷開仍能保持系統(tǒng)連接；
擴展性，采用交換機式的結(jié)構(gòu)，IT管理人員不必中止應(yīng)用即可完成存儲容量的擴充；
最大程度地保護存儲資源投入，能夠跨平臺共享硬盤和磁帶設(shè)備；
采用我們熟悉的以太網(wǎng)技術(shù)。
04 FC
FC ( Fibre Channel)， 一種高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準( T11)，主要應(yīng)用于SAN (存儲局域網(wǎng))
光纖和銅制電纜都可以作為FC的傳輸介質(zhì)；
從分層協(xié)議棧的角度看，F(xiàn)C僅僅包含了從物理層到傳輸層的規(guī)范。它的上層定義了把其他協(xié)議作為應(yīng)用層協(xié)議進行封裝的接口,如SCSI或IP協(xié)議。
05 SAS
SAS（Serial Attached SCSI）是新一代的SCSI技術(shù) ,和現(xiàn)在流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是采用串行技術(shù)以獲得更高的傳輸速度，并通過縮短連結(jié)線改善內(nèi)部空間等。SAS是并行SCSI接口之后開發(fā)出的全新接口。此接口的設(shè)計是為了改善存儲系統(tǒng)的效能、可用性和擴充性，提供與串行ATA(Serial ATA ,縮寫為SATA)硬盤的兼容性。
06 硬盤
硬盤是電腦上使用堅硬的旋轉(zhuǎn)盤片為基礎(chǔ)的非易失性( non-volatile )存儲設(shè)備。它在平整的磁性表面存儲和檢索數(shù)字數(shù)據(jù)。信息通過離磁性表面很近的寫頭,由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁盤上。
07 SSD
固態(tài)硬盤(Solid State Drives)，簡稱固盤。
固態(tài)硬盤(Solid State Drive)用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲單元(FLASH芯片、DRAM芯片)組成。
固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致。
被廣泛應(yīng)用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)終端、電力、醫(yī)療、航空、導(dǎo)航設(shè)備等領(lǐng)域。
08 NFS
網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)是FreeBSD支持的文件系統(tǒng)中的一種,也被稱為NFS(Network File System)。NFS允許一個系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上與他人共享目錄和文件。通過使用NFS，用戶和程序可以像訪問本地文件一樣訪問遠端系統(tǒng)上的文件。
NFS至少有兩個主要部分:一臺服務(wù)器和一臺(或者更多)客戶機?？蛻魴C遠程訪問存放在服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。為了正常工作, 一些進程需要被配置并運行。
注: NFS由Sun microsystems公司開發(fā)。是一種網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，并且是unix/linux操作系統(tǒng)的協(xié)議。
09 CIFS
CIFS（Common Internet File System）使程序可以訪問遠程Internet計算機上的文件并要求此計算機的服務(wù)。CIFS 使用客戶/服務(wù)器模式?？蛻舫绦蛘埱筮h在服務(wù)器上的服務(wù)器程序為它提供服務(wù)。服務(wù)器獲得請求并返回響應(yīng)。
CIFS是公共的或開放的SMB協(xié)議版本,并由Microsoft使用。SMB協(xié)議現(xiàn)在是局域網(wǎng)上用于服務(wù)器文件訪問和打印的協(xié)議。
像SMB協(xié)議一樣, CIFS在高層運行,而不像TCP/IP協(xié)議那樣運行在底層。CIFS可以看做是應(yīng)用程序協(xié)議如文件傳輸協(xié)議和超文本傳輸協(xié)議的一個實現(xiàn)。
CIFS最典型的應(yīng)用是Windows用戶能夠從“網(wǎng)上鄰居”中找到網(wǎng)絡(luò)中的其他主機并訪問其中的共享文件夾。
總結(jié)
綜上，不同的存儲模式是和日常使用需求緊密結(jié)合起來的，不存在絕對的優(yōu)劣之說，各位小伙伴還請多多思考，根據(jù)自己生產(chǎn)環(huán)境的實際情況，來選擇合適的存儲軟硬件和方案哦！
