【摘要】由于信息存儲的應用領域不斷擴展，網絡的信息資源迅速增加，通過網絡傳輸?shù)男畔⒘砍掷m(xù)增長。網絡存儲技術變得越來越重要，已成為企業(yè)信息化建設的關鍵。本文主要分析了三種網絡存儲技術，即SAN引導啟動技術、存儲虛擬化技術、應用性能擴展技術，重點討論了固態(tài)盤技術和云存儲技術。在企業(yè)信息化建設中，對于網絡存儲技術的選擇具有較高參考價值。

【關鍵詞】信息資源;存儲技術;固態(tài)盤;云存儲

Abstract：Due to expanding the application field of information storage，the network information resources increase rapidly，through the network transmission of information continues to grow.Network storage technology is becoming more and more important，it has become the key of the enterprise information construction，This article mainly analyzes the three kinds of network storage technology，namely SAN boot startup technology、storage virtualization technology、application performance extension technology，solid-state disk technology and cloud storage technology are discussed emphatically.it has high reference value to the choice of network storage technology in the enterprise information construction.

Keywords：Information resources;Storage technology;Solid-state disk;Cloud storage

1.引言

進入二十一世紀后計算機和互聯(lián)網技術迅速發(fā)展，政府、企業(yè)和個人均可建立和訪問海量信息。數(shù)據(jù)是信息的載體，高頻率的網絡數(shù)據(jù)訪問、視頻會議、多媒體郵件、視頻點播以及數(shù)字電視等網絡的應用，迫切需要大容量、高性能的存儲設備。數(shù)據(jù)存儲網絡化是存儲技術發(fā)展的必然趨勢。

2.SAN引導啟動技術

SAN（Storage Area Network—存儲區(qū)域網絡）BOOT引導啟動技術是指將服務器的操作系統(tǒng)及應用軟件部署在高性能、高可靠的外置存儲系統(tǒng)中，服務器可以方便的從SAN環(huán)境啟動，而不必受限于內置磁盤容量、性能、可靠性和擴展性等的限制。相對而言，傳統(tǒng)的服務器內置磁盤啟動有不少的局限性，不便于系統(tǒng)遷移和數(shù)據(jù)集中管理。采用服務器，可以有效的解決上述問題，并為新一代數(shù)據(jù)中心[1]。

2.1 SAN技術在架構和管理方面的優(yōu)勢

（1）服務器系統(tǒng)整合：在采用刀片式架構的服務器系統(tǒng)中，服務器本身不用配置本地硬盤，這樣可以在有限的空間中集成大量服務器，達到節(jié)省空間和節(jié)能的目的;

（2）系統(tǒng)盤集中管理和集中的數(shù)據(jù)保護通過SAN BOOT技術可以將多臺服務器的系統(tǒng)盤集中到存儲設備上進行統(tǒng)一管理，可以充分利用存儲設備的各種先進的管理功能，如：對于同型號的服務器，可以通過卷復制進行服務器的快速部署，還可以通過存儲設備的遠程鏡像功能進行系統(tǒng)容災;

（3）服務器系統(tǒng)故障的快速恢復，一旦SAN BOOT的服務器出現(xiàn)故障，可以很快將其系統(tǒng)卷映射給其它服務器，從而實現(xiàn)快速故障恢復。當然，SAN BOOT也有其局限性：一是需要穩(wěn)定可靠的存儲系統(tǒng)，而且要求存儲系統(tǒng)和服務器能夠兼容;二是所有服務器從存儲設備上啟動，這對存儲設備的性能要求較高。

2.2 存儲設備高可用性解決方案

（1）存儲陣列設備選用經過主機廠商測試認證過的產品，以確保其兼容性。同時，在存儲陣列設備中采用高可靠的全冗余配置，并在主機與存儲陣列間通過冗余的光纖交換機實現(xiàn)高可靠的交叉冗余連接，以保證SAN BOOT整體的穩(wěn)定性。

（2）SAN BOOT存儲通常采用高性能的光纖存儲陣列，其前端具有足夠的光纖通道接口和大量的高速緩存來提供高性能。對于虛擬內存等更高性能的服務器本地存儲要求，可通過在存儲陣列或服務器中使用固態(tài)盤來滿足。

（3）在保證存儲設備自身硬件可靠性和存儲網絡連接全冗余的同時，通過在SAN BOOT磁盤組中采用高可靠級別的RAID技術、不同存儲設備中的啟動盤映像副本選擇啟動、磁盤陣列鏡像等技術，可切實保證SAN BOOT的可用性，在郵政金融系統(tǒng)邏輯集中項目中，核心業(yè)務的存儲系統(tǒng)采用的均是最高端的存儲設備，其自身具備很高的穩(wěn)定性、可靠性[2]。SAN存儲系統(tǒng)結構如圖1所示：

圖1 SAN存儲系統(tǒng)結構

3.存儲虛擬化技術

存儲虛擬化是針對存儲硬件資源的虛擬化方法的集合，它涵蓋了存儲虛擬池化、邏輯分區(qū)、自動分級存儲、自動精簡配置、集群網絡存儲等一系列存儲技術。在郵政金融系統(tǒng)邏輯集中項目中，就運用了存儲虛擬化技術來保障不同應用的存儲需求和服務級別，實現(xiàn)存儲資源利用的最大優(yōu)化?；诰W絡的存儲虛擬化有對稱化和非對稱化兩種方式[3]，如圖2、3所示：

圖2 存儲虛擬化對稱結構

圖3 存儲虛擬化非對稱結構

（1）在對現(xiàn)有存儲設備進行利舊時，應該考慮采用存儲虛擬池化技術將整個存儲網絡中分散、獨立的存儲資源虛擬整合為一個或多個存儲池，可以有效地屏蔽現(xiàn)有存儲環(huán)境的復雜性和異構差異，并實現(xiàn)存儲系統(tǒng)的集中管控和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

（2）對于核心業(yè)務應用系統(tǒng)，其存儲需求的特點是高性能、高安全。因此，可通過存儲邏輯分區(qū)技術讓多個關鍵應用安全地分享存儲資源，在實現(xiàn)統(tǒng)一管理的同時，可保證各應用所需的服務級別和服務質量。

（3）對于非關鍵業(yè)務應用系統(tǒng)，其存儲需求的特點是高性價比且易于管理和擴展。因此，在對現(xiàn)有存儲設備利舊并使用存儲虛擬池化、自動分級存儲技術的同時，可考慮采用存儲自動精簡配置技術來進一步提高存儲資源的利用率。

3.1 存儲虛擬池化技術

存儲虛擬池化技術可將整個存儲網絡中的不同存儲子系統(tǒng)整合成一個或多個可以集中管理的虛擬存儲池，即存儲池可跨多個存儲子系統(tǒng)，并在存儲池中按需建立一個或多個不同的虛擬卷，通過將這些虛擬卷按一定的讀寫授權分配給存儲網絡中的各應用服務器，達到充分利用存儲容量、集中管理存儲和降低存儲成本的目的。

3.2 存儲邏輯分區(qū)技術

存儲邏輯分區(qū)技術可將單個存儲系統(tǒng)中的資源分隔成多個獨立可配置、可管理的存儲分區(qū)，同時每個存儲分區(qū)可根據(jù)其上應用系統(tǒng)的要求分別設置其所擁有的資源，從而實現(xiàn)多個應用安全地分享存儲資源，并有效保障各應用所需的服務級別和服務質量。在郵政金融信息系統(tǒng)邏輯集中項目中，采用了高性能的存儲系統(tǒng)，并通過邏輯分區(qū)技術讓多個關鍵應用分享存儲資源，從而提高了存儲資源的利用率。

3.3 自動分級存儲技術

自動分級存儲技術是根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性、訪問頻率、保留時間、容量、存取性能等指標，將數(shù)據(jù)通過不同的存儲方式（在線、近線和離線）分別存儲在不同性能的存儲設備上，通過分級存儲管理實現(xiàn)數(shù)據(jù)客體在存儲設備之間的自動遷移。自動分級存儲的工作原理是基于數(shù)據(jù)訪問的局部性。同時，自動分級存儲技術通過減少非重要性數(shù)據(jù)在高層次存儲中所占用的空間，還可有效提高整個系統(tǒng)的存儲性能[4]。

在數(shù)據(jù)分級存儲架構中，分級存儲設備是根據(jù)具體應用可以變化的，存儲層級的劃分是相對的，且可分為多種級別。例如：可以在單一存儲設備中采用“固態(tài)盤—光纖通道/SAS磁盤—SATA磁盤”這種三級存儲結構，也可以在一個虛擬化存儲環(huán)境中采用“高速存儲陣列—低速存儲陣列—虛擬磁帶庫—傳統(tǒng)磁帶庫”這種四級存儲結構，具體采用哪些存儲級別需要根據(jù)具體應用需求而定。在郵政金融信息系統(tǒng)邏輯集中項目中，從以下兩方面應用了自動分級存儲技術：

（1）在單一存儲設備中，可將訪問最頻繁、性能要求最高的重要數(shù)據(jù)放在固態(tài)盤組上，將訪問較頻繁的數(shù)據(jù)放在光纖通道/SAS磁盤組上，并將不經常訪問的數(shù)據(jù)放在SATA磁盤組上。依據(jù)分級策略，自動分級存儲技術可在數(shù)據(jù)的生命周期內對數(shù)據(jù)進行適時地降級遷移，通過將活躍度或重要性降低的數(shù)據(jù)自動遷移到性能、成本相對較低的磁盤上。

（2）結合存儲虛擬池化技術，將分布在不同存儲設備上的“存儲池”層級化。在按服務級別分別提供給不同應用使用的同時，通過自動分級存儲技術來將數(shù)據(jù)甚至是整個虛擬卷在不同層級的存儲資源間進行在線的自動升級或降級遷移。

3.4 存儲自動精簡配置技術

自動精簡配置是一項針對存儲資源進行自動分配和利用，避免存儲空間被無限制索取、浪費的技術。通常，一組主機或者應用對存儲容量的需求是隨時間而發(fā)生改變的，因而為其全額分配的容量在初始階段不能得到充分的利用。精簡配置技術通過存儲虛擬池化技術，可以為不同應用提供一個公用的單一預留容量池。同時，通過創(chuàng)建比物理容量大的邏輯卷，能夠讓管理員給應用或主機配置超出實際物理容量的存儲容量。這樣就大大提高了存儲利用率，有效降低了存儲容量的一次性采購成本，并達到了節(jié)約空間和節(jié)能減排的目的。

在大幅提高存儲利用率的同時，通過自動擴展已經分配的存儲卷，自動精簡配置技術可顯著提升存儲系統(tǒng)的可擴展性。在郵政金融系統(tǒng)邏輯集中項目中，采用了自動精簡配置技術為非關鍵應用系統(tǒng)動態(tài)、按需地分配存儲容量，以優(yōu)化存儲系統(tǒng)的資源利用率。

4.應用性能擴展技術

應用性能擴展技術可根據(jù)應用和時間為存儲資源劃分優(yōu)先級，并使高優(yōu)先級主機在數(shù)據(jù)存取帶寬和讀寫延遲方面獲得最佳性能。應用性能擴展技術提供了端到端的應用系統(tǒng)服務質量控制，通過設置應用所需要的最小平均帶寬或者最大平均響應時間指標，可確保多個應用共享存儲資源時的服務質量要求。利用應用性能擴展技術，可以解決的主要問題：（1）為應用提供端到端的服務水平管理;當多個應用共享存儲系統(tǒng)時，通過設置服務級別來保證關鍵應用系統(tǒng)的性能;（2）動態(tài)的監(jiān)控應用系統(tǒng)的實時性能，查看與服務級別對比的性能歷史數(shù)據(jù);（3）調整存儲資源來滿足關鍵應用系統(tǒng)的性能要求。

5.固態(tài)盤（SSD）技術

固態(tài)盤（Solid State Disk，SSD）是采用固態(tài)電子存儲芯片陣列制成的存儲介質，由控制單元和存儲單元（DRAM或FLASH芯片）兩部分組成。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范、定義、功能和使用方法與普通硬盤相同，在產品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。相比于普通硬盤，固態(tài)盤具有速度快、功耗低、無噪音、抗震動、重量輕等優(yōu)勢。

5.1 SSD的特點

（1）讀寫速度快：采用閃存作為存儲介質，讀取速度相對機械硬盤更快。固態(tài)硬盤不用磁頭，尋道時間幾乎為0。固態(tài)硬盤持續(xù)讀寫速度超過了500MB/s，固態(tài)硬盤的快不僅體現(xiàn)在持續(xù)讀寫上，隨機讀寫速度快才是固態(tài)硬盤的明顯優(yōu)勢;

（2）防震抗摔性：傳統(tǒng)硬盤都是磁碟型的，數(shù)據(jù)儲存在磁碟扇區(qū)里。而固態(tài)硬盤是使用閃存顆粒制作而成，所以SSD固態(tài)硬盤內部不存在任何機械部件，這樣即使在高速移動甚至伴隨翻轉傾斜的情況下也不會影響到正常使用，而且在發(fā)生碰撞和震蕩時能夠將數(shù)據(jù)丟失的可能性降到最小;

（3）低功耗：固態(tài)硬盤的功耗上要低于傳統(tǒng)硬盤;

（4）無噪音：固態(tài)硬盤沒有機械馬達和風扇，工作時噪音值為0分貝?；陂W存的固態(tài)硬盤在工作狀態(tài)下能耗和發(fā)熱量較低。內部不存在任何機械活動部件，不會發(fā)生機械故障。由于固態(tài)硬盤采用無機械部件的閃存芯片，所以具有了發(fā)熱量小、散熱快等特點;

（5）工作溫度范圍大：一般的硬盤只能工作在5--55攝氏度范圍內，而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在-10--70攝氏度范圍內工作。固態(tài)硬盤比同容量機械硬盤體積小、重量輕;

（6）輕便：固態(tài)硬盤在重量方面更輕，與常規(guī)1.8英寸硬盤相比，重量輕20-30克。由于固態(tài)盤沒有磁頭，也不存在機械硬盤的尋道問題，因而啟動和數(shù)據(jù)隨機讀取的速度非?？?，其I/O響應時延也遠低于普通硬盤（1ms以內）。機械硬盤內部結構如圖4所示。

圖4 機械硬盤內部結構

5.2 SSD的基本結構

基于閃存的固態(tài)硬盤是固態(tài)硬盤的主要類別，其內部構造比較簡單，固態(tài)硬盤內主體是一塊PCB板，而這塊PCB板上最基本的配件就是控制芯片、緩存芯片和存儲數(shù)據(jù)的閃存芯片，固態(tài)硬盤內部結構如圖5所示。

圖5 固態(tài)硬盤內部結構

（1）主控芯片：主控芯片是固態(tài)硬盤的大腦，其作用一是合理調配數(shù)據(jù)在各個閃存芯片上的負荷，二則是承擔整個數(shù)據(jù)中轉，連接閃存芯片和外部SATA接口。

（2）緩存芯片：主控芯片旁邊是緩存芯片，固態(tài)硬盤和傳統(tǒng)硬盤一樣需要高速的緩存芯片輔助主控芯片進行數(shù)據(jù)處理。

（3）閃存芯片：除了主控芯片和緩存芯片以外，PCB板上其余的大部分位置都是NAND Flash閃存芯片了。NAND Flash閃存芯片又分為SLC（單層單元）、MLC（多層單元）以及TLC（三層單元）NAND閃存。

企業(yè)級固態(tài)盤在設計中采用了斷電保護技術和冗余技術，并支持10萬次的持續(xù)擦寫（采用SLC存儲單元）能力，可以為使用固態(tài)盤的存儲設備提供有效的高可靠性。在郵政金融信息系統(tǒng)邏輯集中項目中，使用了固態(tài)盤作為數(shù)據(jù)庫重做日志存儲載體，顯著提升了重做日志的效率，使得數(shù)據(jù)庫重做日志沒有成為系統(tǒng)的性能瓶頸。

6.云存儲技術

根據(jù)云平臺部署方式的不同，“云”可以分為四種類型：公有云、社區(qū)云、混合云和私有云;同時，云服務將主要通過三種交付形態(tài)提供：軟件作為服務（SaaS）、平臺作為服務（PaaS）和基礎架構作為服務（IaaS）。云存儲就是將儲存資源放到云上供用戶存取的一種新興方案[5]。

6.1 基本概念

云存儲是在云計算（cloud computing）概念上延伸和衍生發(fā)展出來的一個新的概念。云計算是分布式處理（Distributed Computing）、并行處理（Parallel Computing）和網格計算（Grid Computing）的發(fā)展，通過云計算技術，網絡服務提供者可以在數(shù)秒之內，處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息。云存儲的概念與云計算類似，它是指通過集群應用、網格技術或分布式文件系統(tǒng)等功能，網絡中大量不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問功能的一個系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)的安全性，并節(jié)約存儲空間，如圖6所示。

6.2 云存儲的特點

就如同云狀的廣域網和互聯(lián)網一樣，云存儲對使用者來講，不是指某一個具體的設備，而是指一個由大量存儲設備和服務器所構成的集合體。用戶使用云存儲，并不是使用某一個存儲設備，而是使用整個云存儲系統(tǒng)帶來的一種數(shù)據(jù)訪問服務。所以云存儲不是存儲，而是一種服務。

圖6 云存儲客戶服務結構

6.3 云存儲的分類

云存儲可分為三類：公共云存儲、內部云存儲、混合云存儲。其中公共云存儲可以劃出一部分用作私有云存儲，私有云存儲可以部署在企業(yè)數(shù)據(jù)中心或相同地點的設施上。私有云可以由企業(yè)的IT部門管理，也可以由服務供應商管理。

（1）公共云存儲：像亞馬遜公司的Simple Storage Service（S3）和Nutanix公司提供的存儲服務一樣，它們可以低成本提供大量的文件存儲。供應商可以保持每個客戶的存儲、應用都是獨立的、私有的。國內主要有百度云盤、華為網盤、360云盤等;

（2）內部云存儲：這種云存儲和私有云存儲比較類似，唯一的不同點是它仍然位于企業(yè)防火墻內部?？梢蕴峁┧接性频钠脚_有：Eucalyptus、3A Cloud、聯(lián)想網盤等;

（3）混合云存儲：這種云存儲把公共云和私有云/內部云結合在一起。特別是需要臨時配置容量的時候，主要用于按客戶要求的訪問。

6.4 云存儲的結構

云存儲系統(tǒng)的結構模型由4層組成：存儲層、基礎管理層、應用接口層、訪問層。云存儲是SAN引導啟動技術、存儲虛擬化、存儲邏輯分區(qū)、自動分級存儲、應用性能擴展、自動精簡配置等技術的綜合應用。

（1）存儲層：存儲層是云存儲的基礎部分。存儲設備可以是FC光纖通道存儲設備、NAS和iSCSI等IP存儲設備，也可以是SCSI或SAS等DAS存儲設備;

圖7 云存儲總體架構

（2）基礎管理層：基礎管理是云存儲的核心部分，也是云存儲中最難實現(xiàn)的部分?；A管理層通過集群、分布式文件系統(tǒng)和網格計算等技術，實現(xiàn)云存儲中多個存儲設備之間的協(xié)同工作，使多個存儲設備可以對外提供同一種服務，并提供更強大的數(shù)據(jù)訪問性能;

（3）應用接口層：應用接口是云存儲最靈活的部分。不同的云存儲運營單位可以根據(jù)實際業(yè)務類型，開發(fā)不同的應用服務接口，提供不同的應用服務。比如視頻監(jiān)控、IPTV和視頻點播、遠程數(shù)據(jù)備份等應用平臺;

（4）訪問層：任何一個授權用戶都可以通過標準的公用應用接口來登錄云存儲系統(tǒng)，享受云存儲服務。云存儲運營單位不同，云存儲提供的訪問類型和訪問手段也不同。云存儲總體架構如圖7所示。

7.結束語

本文研究了三類計算機網絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲技術，并重點探討了目前主流的SSD和云存儲等數(shù)據(jù)存儲新技術，以期解決計算機網絡系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲容量和傳輸速率等問題。在郵政金融信息系統(tǒng)邏輯集中項目中，通過與存儲智能性能監(jiān)控技術相結合，應用性能擴展技術可以動態(tài)地按需調整各關鍵應用的服務級別和存儲資源，使存儲系統(tǒng)能夠及時地適應具有不同服務級別且動態(tài)變化的多個應用的存儲性能需求，從而給各應用提供最佳的性能保證，并提高了存儲系統(tǒng)的利用率。

參考文獻

[1]魯士文.存儲網絡技術及應用[M].清華大學出版社，2010：20-39.

[2]張冬.網絡存儲系統(tǒng)原理精解與最佳實踐[M].清華大學出版社，2008：52-63.

[3]鄧勁生.廣域網絡存儲虛擬化技術研究[D].國防科學技術大學，2005：2-13.

[4]任玉玲，唐靖.虛擬存儲技術研究[J].商丘職業(yè)技術學院學報，2009，8（5）：39-41.

[5]王剛.云計算的分析與研究[J].信息技術，2013（6）：137-140.

作者簡介：王剛（1966—），男，碩士，高級工程師，主要從事計算機網絡和數(shù)據(jù)庫的應用研究。