王姝

摘要：分析了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)架構(gòu)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)間的通信技術(shù)，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中由于缺少存儲(chǔ)設(shè)備而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)難做的問(wèn)題，給出了一種實(shí)驗(yàn)室的NAS存儲(chǔ)設(shè)計(jì)方案，并介紹了在VMware中使用FreeNAS實(shí)現(xiàn)NAS技術(shù)的方法。該方法在一個(gè)虛擬機(jī)上安裝了FreeNAS，并建立了磁盤陣列作為共享存儲(chǔ)，設(shè)置OPT網(wǎng)卡和iSCSI目標(biāo)，使得客戶端連接到存儲(chǔ)服務(wù)器，訪問(wèn)磁盤陣列。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果，有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；FreeNAS；NAS；IP-SAN；VMware

中圖分類號(hào)：TP309文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2018）04-69-3

A Method of Implementing Data Storage Technology in Virtual Machine

WANG Shu

（Xian Aeronautical Polytechnic Institute， Xian Shaanxi 710089， China）

0引言

隨著云時(shí)代的來(lái)臨，大數(shù)據(jù)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。根據(jù)維基百科的定義，大數(shù)據(jù)是指無(wú)法在可承受的時(shí)間范圍內(nèi)，用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)的特色之一是對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容量已從TB增加到PB乃至NB和DB，大數(shù)據(jù)無(wú)法用單臺(tái)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，必須采用分布式架構(gòu)[1]。

目前，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備價(jià)格居高不下，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)課程教學(xué)過(guò)程中，由于缺少存儲(chǔ)設(shè)備，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法展開(kāi)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究出一種在VMware中使用FreeNAS實(shí)現(xiàn)NAS技術(shù)的方法，實(shí)驗(yàn)效果良好。

1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

1.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)

存儲(chǔ)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有直接附加存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)3種[2]：

①直接附加存儲(chǔ)（DAS）是指將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)SCSI線纜或光纖通道直接連接到服務(wù)器上，以服務(wù)器為中心，不帶有任何存儲(chǔ)操作系統(tǒng)。DAS方式實(shí)現(xiàn)了機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)子系統(tǒng)的跨越，但存在擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。

②網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS）是一種網(wǎng)絡(luò)直連存儲(chǔ)設(shè)備的機(jī)制，由于這些設(shè)備都分配有IP地址，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)直接相連，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。

③存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）是一種面向網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)將一個(gè)或若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器連接起來(lái)的專用存儲(chǔ)系統(tǒng)。常用的實(shí)現(xiàn)方式有采用光纖通道、FCP協(xié)議的FC-SAN及iSCSI的IP-SAN。

這3種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)架構(gòu)各有特點(diǎn)，NAS能夠滿足那些希望降低存儲(chǔ)成本但又無(wú)法承受SAN昂貴價(jià)格的中小企業(yè)的需求，同時(shí)數(shù)據(jù)的安全性要求很高，還支持跨平臺(tái)數(shù)據(jù)共享，具有相當(dāng)好的性能價(jià)格比。

1.2網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)通信中使用到的相關(guān)技術(shù)和協(xié)議包括SCSI、獨(dú)立磁盤冗余陣列（RAID）、iSCSI及光纖通道[3]：①SCSI支持高速、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；②RAID提供改進(jìn)的性能和磁盤容錯(cuò)能力；③iSCSI技術(shù)支持通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備間雙向的數(shù)據(jù)傳輸，其實(shí)質(zhì)是使SCSI連接中的數(shù)據(jù)連續(xù)化；④光纖信道是一種提供存儲(chǔ)設(shè)備相互連接的技術(shù)，支持高速通信。

2實(shí)驗(yàn)室的NAS存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)

NAS以數(shù)據(jù)為中心，存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)直接相連，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)NAS的信息資源[4]。實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是基于NAS的快速以太網(wǎng)，教師機(jī)、學(xué)生機(jī)、服務(wù)器和NAS設(shè)備都接入該網(wǎng)絡(luò)，并且屬于同一個(gè)網(wǎng)段，如圖1所示。

①NAS存儲(chǔ)服務(wù)器用于管理存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可以是磁盤或磁盤陣列，選擇使用4塊10 GB的SCSI接口的硬盤，用這4塊硬盤組建RAID5，分配2塊數(shù)據(jù)盤和一塊校驗(yàn)盤。出于安全考慮，用另外一塊做熱備用磁盤，當(dāng)陣列中一個(gè)正在使用的物理磁盤發(fā)生故障后，該待機(jī)的磁盤會(huì)立刻上線，代替故障盤。

②管理PC可以在瀏覽器中通過(guò)IP地址訪問(wèn)NAS設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)NAS設(shè)備的配置管理，完成RAID5的組建和用戶的訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置。

③客戶端：可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)NAS存儲(chǔ)設(shè)備。

3在VMware中使用FreeNAS系統(tǒng)組建NAS共享網(wǎng)絡(luò)

在VMware虛擬機(jī)上實(shí)現(xiàn)NAS，需要一臺(tái)安裝有FreeNAS的服務(wù)器，該服務(wù)器應(yīng)有2塊橋接式網(wǎng)卡，一個(gè)網(wǎng)卡的IP地址用于讓配置PC完成對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的配置使用，稱為配置IP或者管理IP，如192.168.153.5；另外一個(gè)網(wǎng)卡的IP地址用于對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，稱為數(shù)據(jù)IP，如192.168.153.10。

3.1在VMware中安裝FreeNAS

FreeNAS是針對(duì)企業(yè)市場(chǎng)推出的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)，能將一臺(tái)普通PC變成網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器。該軟件基于FreeBSD、Samba和PHP，支持CIFS、FTP、NFS、RAID（0，1，5）和Web界面的設(shè)定工具。用戶可以通過(guò)Windows、FTP、SSH及網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)服務(wù)器[5]。

在VMware中新建一個(gè)基于FreeBSD的虛擬機(jī)，然后在該虛擬機(jī)上安裝FreeNAS，安裝完成后，設(shè)定該“IP LAN”為配置IP，即192.168.153.5。編輯該虛擬機(jī)參數(shù)，為系統(tǒng)添加4塊10 GB的SCSI接口的磁盤，再添加一塊網(wǎng)卡，保存設(shè)置，然后重啟FreeNAS。

3.2在配置PC上配置FreeNAS實(shí)現(xiàn)共享磁盤

建立一個(gè)基于Windows的虛擬機(jī)作為配置PC，IP地址為192.168.153.2，在其地址欄中輸入FreeNAS的配置IP：192.168.153.5，進(jìn)入FreeNAS的Web配置環(huán)境。

①進(jìn)入磁盤管理，添加磁盤da1，并格式化為UFS（GPT and Soft Updates）文件系統(tǒng)，選擇“掛載點(diǎn)”，掛載磁盤da1；

②進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理，添加網(wǎng)卡，設(shè)置其IP地址為數(shù)據(jù)IP：192.168.153.10；

③進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò)共享”設(shè)置，設(shè)置磁盤da1共享給所有用戶，并允許匿名用戶訪問(wèn)。

在客戶機(jī)上登錄，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)IP：192.168.153.10，就可以看到共享磁盤上的共享信息。

3.3在配置PC上配置FreeNAS實(shí)現(xiàn)RAID5

FreeNAS支持軟RAID0、RAID1和RAID5[6]，通過(guò)da2、da3和da4這3塊磁盤組建RAID5，為服務(wù)器提供存放數(shù)據(jù)文件的磁盤空間，設(shè)置過(guò)程如下：

①添加磁盤：進(jìn)入磁盤管理，依次添加磁盤da2，da3，da4，并且在“已格式化的文件系統(tǒng)中”選擇“Software RAID”；②添加RAID：在“硬盤”下選擇“軟RAID”，選擇要組建的RAID的等級(jí)和要使用的3塊硬盤；③格式化RAID：RAID創(chuàng)建后，系統(tǒng)會(huì)給出RAID5的卷名，完成RAID的創(chuàng)建。

4使用FreeNAS組建IP-SAN

在使用FreeNAS進(jìn)行磁盤管理的基礎(chǔ)上，可以組建IP-SAN網(wǎng)絡(luò)。

①在FreeNAS中添加一個(gè)OPT網(wǎng)卡，該網(wǎng)卡在服務(wù)器和磁盤陣列iSCSI協(xié)議傳輸中使用，并定義其IP地址，如：192.168.153.20。

②在FreeNAS中完成iSCSI服務(wù)配置：配置iSCSI目標(biāo)，設(shè)置“Tag number”為1，表示對(duì)要連接到該設(shè)備上的Initiators沒(méi)有限制，組建IP-SAN的網(wǎng)段為192.168.153.0/24；設(shè)置隧道入口點(diǎn)Portal，即OPT網(wǎng)卡的IP地址，本例為192.168.153.20：3260；設(shè)置Targets，選擇創(chuàng)建好的磁盤陣列作為擴(kuò)展設(shè)備使用，這樣就完成了IP-SAN組建。

要訪問(wèn)該IP-SAN中的磁盤陣列，需要在客戶端操作系統(tǒng)上安裝iSCSI客戶端程序才能支持iSCSI協(xié)議[7]。運(yùn)行時(shí)，通過(guò)discovery添加Target Portal：設(shè)置要訪問(wèn)的IP地址為192.168.153.20，同時(shí)定義端口號(hào)為3260，這樣就可以連接到遠(yuǎn)端的存儲(chǔ)服務(wù)器，訪問(wèn)磁盤陣列了。具體實(shí)踐過(guò)程中，本例的實(shí)驗(yàn)環(huán)境為：NAS服務(wù)器：VMware+FreeBSD+FreeNAS+ iSCSI、客戶端：VMware+Windows+iSCSI，經(jīng)過(guò)測(cè)試，能正常訪問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)，由于組建了RAID5，實(shí)現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)。

5結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，不僅需要安全的數(shù)據(jù)保護(hù)手段，也需要高效的I/O磁盤性能[8]。通過(guò)上例，在VMware中實(shí)現(xiàn)了NAS技術(shù)。在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展，增加2個(gè)群集節(jié)點(diǎn)和一個(gè)域控制器，就可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器群集，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高可用性。

參考文獻(xiàn)

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