任少波，陳 源

(航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

0 引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展推動(dòng)了企業(yè)對(duì)計(jì)算資源和儲(chǔ)存資源的巨大需求?；诎葱瓒ㄖ品峙涞脑朴?jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，逐步取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)成為企業(yè)基礎(chǔ)信息設(shè)施。云計(jì)算把處理器、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件統(tǒng)統(tǒng)虛擬化，所有的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源可以根據(jù)企業(yè)需求靈活配置和擴(kuò)展。虛擬化技術(shù)使得傳統(tǒng)的硬件資源跨越了物理邊界，一方面可以讓各種硬件資源被充分利用從而提高了使用效率，另一方面，企業(yè)對(duì)信息基礎(chǔ)設(shè)置的采購(gòu)和部署更加靈活。采用了云計(jì)算的企業(yè)無須再安排IT部門直接采購(gòu)和安裝各種計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，只需要向云計(jì)算中心提出應(yīng)用需求，就可以獲得快速靈活的服務(wù)響應(yīng)。同時(shí)計(jì)算和存儲(chǔ)資源的分配被軟件化、虛擬化，大大簡(jiǎn)化了IT部門的工作量。云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)工作模式，極大減輕了企業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施的購(gòu)置費(fèi)用，減少了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成本，是計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入發(fā)展的又一次飛躍性進(jìn)步。

1 云計(jì)算

云計(jì)算的本質(zhì)上是一種分布式計(jì)算，充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)把復(fù)雜的計(jì)算過程拆分為多個(gè)小的程序，由服務(wù)器集群系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和處理。終端用戶只是提交計(jì)算數(shù)據(jù)和計(jì)算請(qǐng)求到遠(yuǎn)程云計(jì)算中心，計(jì)算中心再把計(jì)算結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)返回給用戶。得益于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速度和網(wǎng)絡(luò)安全都有保障的情況下，原本由終端承擔(dān)的大量計(jì)算處理工作統(tǒng)一交給云計(jì)算中心進(jìn)行運(yùn)算，終端只需執(zhí)行輸入和計(jì)算結(jié)果顯示工作即可。云計(jì)算提供了海量的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)，所有的應(yīng)用服務(wù)都被托管給計(jì)算中心的硬件和軟件系統(tǒng)，因此各種應(yīng)用被稱作軟件即服務(wù)，云即是計(jì)算中心的硬件、軟件和操作系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算中心的布置方式不同，一般可以把云計(jì)算分為公有云、私有云和混合云。利用互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)器集群構(gòu)成的云計(jì)算實(shí)際上是一種網(wǎng)格計(jì)算模式，云計(jì)算把海量的數(shù)據(jù)和計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源集中起來進(jìn)行協(xié)同工作，已經(jīng)逐步成為企事業(yè)單位新的信息基礎(chǔ)設(shè)置[1]。云安全聯(lián)盟(Cloud Security Alliance, CSA)的研究報(bào)告提出的SPI模型(SPI Model)把云計(jì)算的服務(wù)形式分為基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)(Infrastructure as a Service, IaaS),平臺(tái)即服務(wù)(Platform as a Service, PaaS)和軟件即服務(wù)(Software as a Service, SaaS)三大類。開放云宣言組織(Open Cloud Manifesto)則根據(jù)研究的需要把云計(jì)算細(xì)分成終端用戶-云、企業(yè)-云-終端用戶、企業(yè)-云(綜合)、企業(yè)-云-企業(yè)、企業(yè)-云(便攜式)、私有(內(nèi)部)云6種模式。作為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的新計(jì)算形式，云計(jì)算是以數(shù)據(jù)、用戶和服務(wù)三大中心為導(dǎo)向的。云計(jì)算平臺(tái)通常為用戶提供3方面的資源，既存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源和計(jì)算資源，云存儲(chǔ)中心可以為全球用戶提供海量的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用和存儲(chǔ)，充分確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的快速、安全、可靠、隱私，并極大地降低企業(yè)和用戶的存儲(chǔ)成本。云存儲(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)存取服務(wù)，并能實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的查詢、分析等一系列功能。同時(shí)云計(jì)算平臺(tái)還可以為程序員提供API實(shí)現(xiàn)云端開發(fā)。云計(jì)算已逐漸成為企業(yè)應(yīng)用和開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)配置，席卷軟件應(yīng)用市場(chǎng)。

2 存儲(chǔ)技術(shù)

2.1 存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展史

存儲(chǔ)技術(shù)伴隨了人類文明發(fā)展的整個(gè)歷程。今天我們能夠積累知識(shí)，記錄歷史，傳播文化，交流技術(shù)無一不是依靠信息和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。人類文明的進(jìn)步史，也是一部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展史。從原始部落的結(jié)繩記事到造紙術(shù)的發(fā)明，從個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代的打孔卡片、磁帶、軟盤、硬盤、U盤到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)，存儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步彰顯了人類科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步。

現(xiàn)代考古發(fā)現(xiàn)，結(jié)繩記事是世界早期部落文明時(shí)代普遍采用的儲(chǔ)存技術(shù)。通過結(jié)的大小、打結(jié)方法、結(jié)的距離以及繩子粗細(xì)來表達(dá)不同含義，記錄部落發(fā)生的重大事項(xiàng)。造紙術(shù)最早出現(xiàn)在中國(guó)西漢時(shí)期，是古代中國(guó)人民對(duì)人類存儲(chǔ)技術(shù)革命性進(jìn)步做出的偉大貢獻(xiàn)。正是由于紙張的出現(xiàn)，知識(shí)和信息才能大規(guī)模的被記錄和傳播，讓普通人也有機(jī)會(huì)接受教育、獲取知識(shí)，極大地加速了人類科技的進(jìn)步。打孔卡片在18世紀(jì)20年代由法國(guó)人發(fā)明，通過在紙上以打孔方式存儲(chǔ)圖案來控制紡織機(jī)織造出各種帶圖案的紡織品。早期計(jì)算機(jī)也使用打孔卡做存儲(chǔ)介質(zhì)，通過在紙帶的不同位置打孔來表達(dá)和記錄各種字符，并利用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備來獲取紙帶上的孔所記錄的數(shù)據(jù)。20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了錄音磁帶，并在50年代被用于計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存，逐步淘汰了打孔紙帶。硬盤是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的革命性進(jìn)步，硬盤是一種低成本、高存儲(chǔ)量的儲(chǔ)存器，硬盤的出現(xiàn)極大地提高了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)性能。軟盤是早期的可讀寫、可移動(dòng)的便捷存儲(chǔ)器，價(jià)格便宜，曾經(jīng)被大量使用，但存儲(chǔ)量太小，U盤的出現(xiàn)徹底淘汰了軟盤。

2.2 存儲(chǔ)技術(shù)分類

現(xiàn)代存儲(chǔ)技術(shù)按服務(wù)器類型可以分為封閉系統(tǒng)存儲(chǔ)和開放系統(tǒng)存儲(chǔ)。封閉系統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)主要用于大型計(jì)算機(jī)，開放系統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)主要用于現(xiàn)代操作系統(tǒng)如Windows、Unix、Linux的服務(wù)器。開放系統(tǒng)存儲(chǔ)又可以分為內(nèi)置存儲(chǔ)和外掛存儲(chǔ)。外掛存儲(chǔ)又可分為直連存儲(chǔ)(DAS)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)(FAS)。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)又分為網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)(NAS)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。直連存儲(chǔ)是一種通過接口電纜直接與計(jì)算主機(jī)相連接的存儲(chǔ)設(shè)備，服務(wù)器的各種輸入和輸出指令直接發(fā)送給DAS存儲(chǔ)器，DAS不帶有操作系統(tǒng)，是主機(jī)儲(chǔ)存器的直接擴(kuò)展[2]。

DAS存儲(chǔ)系統(tǒng)必須與服務(wù)器直接相連，每臺(tái)計(jì)算機(jī)或服務(wù)器都有自己獨(dú)立的存儲(chǔ)磁盤，缺少系統(tǒng)環(huán)境下的集中存儲(chǔ)管理方案，難以對(duì)容量進(jìn)行再分配，只適合小規(guī)模的獨(dú)立應(yīng)用。NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)與存儲(chǔ)系統(tǒng)相連接，每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備都有獨(dú)立的IP地址，因此客戶端主機(jī)可以先與服務(wù)器主機(jī)連接以獲取存儲(chǔ)系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)(服務(wù)器此時(shí)充當(dāng)了存儲(chǔ)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān))，也可以通過TCP/IP協(xié)議直接與存儲(chǔ)設(shè)備連接進(jìn)行數(shù)據(jù)存取。NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)是一個(gè)有獨(dú)立IP地址的網(wǎng)絡(luò)終端，如同一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)，NAS有處理器、內(nèi)存、網(wǎng)卡、操作系統(tǒng)等。NAS通過內(nèi)置網(wǎng)卡與各類終端進(jìn)行通信，通常提供RJ45接口。NAS一般采用SNMP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議進(jìn)行管理，通過把SNMP嵌入到交換機(jī)中，管理員還可以通過一個(gè)中心站點(diǎn)對(duì)NAS設(shè)備進(jìn)行圖形化的集中管理。NAS適用于文件服務(wù)器存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，部署較靈活，成本較低。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN是英文Storage Area Network的縮寫，通過各種光纖通信設(shè)備如集線器、路由器、交換機(jī)等把磁盤陣列存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器進(jìn)行高速專網(wǎng)連接。SAN通常包括3個(gè)基本組件，接口、連接設(shè)備和通信控制協(xié)議。3個(gè)基本組件和存儲(chǔ)設(shè)備、SAN服務(wù)器一起構(gòu)成SAN系統(tǒng)。SAN為用戶提供一個(gè)基于光通信的可靠度高專用存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于光纖通信接口通信距離可以達(dá)到10公里，因此SAN的存儲(chǔ)設(shè)備即使地理上廣泛分布也不影響數(shù)據(jù)存取。SAN系統(tǒng)的成本較高，系統(tǒng)較復(fù)雜，但適合企業(yè)大型數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)。DAS存儲(chǔ)一般應(yīng)用在中小企業(yè)與計(jì)算機(jī)采用直連，NAS存儲(chǔ)則通過以太網(wǎng)添加到計(jì)算機(jī)上，SAN存儲(chǔ)則使用FC接口，提供性能更加強(qiáng)大的存儲(chǔ)[3-4]。

3 云計(jì)算與SAN存儲(chǔ)

云計(jì)算通過把計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源集中到云計(jì)算中心，通過網(wǎng)絡(luò)按需為用戶遠(yuǎn)程提供計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)?？梢姶鎯?chǔ)技術(shù)是云計(jì)算中的核心技術(shù)之一，存儲(chǔ)技術(shù)的選擇和方案實(shí)施直接關(guān)系到云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)效率，傳統(tǒng)基于磁盤陣列是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)存儲(chǔ)技術(shù)無法滿足云計(jì)算的存儲(chǔ)需求。云計(jì)算的核心技術(shù)是虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)把各種計(jì)算和存儲(chǔ)資源，如處理器、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、軟件等都進(jìn)行了虛擬化。利用虛擬化技術(shù)可以在一臺(tái)云服務(wù)器上虛擬出多個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)平臺(tái)，供多個(gè)用戶同時(shí)使用，即多個(gè)企業(yè)用戶可以共享一臺(tái)服務(wù)器資源而互不干涉。虛擬化技術(shù)通過對(duì)各種資源如服務(wù)器、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)等信息資源進(jìn)行抽象，用一臺(tái)云服務(wù)器能夠建出多臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的主機(jī)系統(tǒng)。一個(gè)完整的虛擬主機(jī)一般由硬件、虛擬機(jī)監(jiān)視器和虛擬機(jī)3個(gè)部分構(gòu)成。傳統(tǒng)的主機(jī)環(huán)境里，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)與硬件交互，應(yīng)用軟件通過與操作系統(tǒng)交互調(diào)度硬件資源。在虛擬主機(jī)系統(tǒng)里，虛擬機(jī)監(jiān)視器負(fù)責(zé)與真實(shí)的服務(wù)器硬件打交道，并為上層的虛擬機(jī)構(gòu)建出一套虛擬的硬件資源。

虛擬化存儲(chǔ)通過把物理存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化為云計(jì)算中的存儲(chǔ)資源，既簡(jiǎn)化了對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的管理工作，又使得存儲(chǔ)過程跨越了傳統(tǒng)物理存儲(chǔ)設(shè)備的邊界。虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)把傳統(tǒng)的物理儲(chǔ)存器軟件化，構(gòu)建了一個(gè)抽象的軟存儲(chǔ)層，服務(wù)器主機(jī)不是直接調(diào)用儲(chǔ)存設(shè)備而是通過出現(xiàn)的軟存儲(chǔ)層來與存儲(chǔ)硬件打交道。抽象的軟存儲(chǔ)層消除了各個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的差異，使得主機(jī)系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一的方法調(diào)用儲(chǔ)存器。虛擬儲(chǔ)存技術(shù)可以把眾多類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)匯聚在一起，它通過虛擬存儲(chǔ)為服務(wù)器提供存取服務(wù)，可以把隸屬多個(gè)磁盤陣列的存儲(chǔ)器合成一個(gè)存儲(chǔ)池以對(duì)外提供統(tǒng)一的存取服務(wù)，包括自動(dòng)數(shù)據(jù)遷移、存儲(chǔ)卷擴(kuò)展、數(shù)據(jù)保護(hù)和數(shù)據(jù)恢復(fù)等一系列功能。虛擬化儲(chǔ)存技術(shù)極大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)遷移工作，為企業(yè)提供了高效安全的數(shù)據(jù)服務(wù)。不管是舊存儲(chǔ)設(shè)備的移除還是新存儲(chǔ)設(shè)備的加入，虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以保證數(shù)據(jù)遷移服務(wù)不會(huì)中斷，極大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)管理員的操作和維護(hù)工作量，同時(shí)終端用戶也感受不到儲(chǔ)存系統(tǒng)的任何變化。

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN通過光纖信道交換機(jī)連接存取整理和服務(wù)器主機(jī)，因此SAN成了一個(gè)專門的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通常采用光纖進(jìn)行高速連接，但也通過SCSI接口和IP協(xié)議提供局域網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)易連接。同時(shí)，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)不被SCSI存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的布局所限。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN可以根據(jù)存儲(chǔ)需求的增加而增加存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)設(shè)備和容量。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN的布局和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，任何服務(wù)主機(jī)都可以訪問網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)存儲(chǔ)磁盤陣列，同時(shí)由于采用高速光纖通信接口，無論數(shù)據(jù)的實(shí)際存放地在什么地方都可以進(jìn)行快速便捷的存取[5]。

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN基于光通信，通信速率高，且存儲(chǔ)設(shè)備可以遠(yuǎn)距離布置，更加適合作為大型云計(jì)算中心的存儲(chǔ)解決方案。SAN通常會(huì)采取以下兩種解決方案：光纖信道以及iSCSI或者基于IP的SAN，也就是FC SAN和IP SAN。光纖通信技術(shù)是存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN最常采用的連接方案，光纖信道性能雖好，但價(jià)格也較高。iSCSI接口為存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN提供了一個(gè)價(jià)格較低的解決方案。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN結(jié)合了直連存儲(chǔ)DAS和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)FAS兩個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，提供了一個(gè)更好的解決方案。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN解決方案具有出色的擴(kuò)展性，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)NAS系統(tǒng)提供的數(shù)百T的存儲(chǔ)空間，還能實(shí)現(xiàn)只有在直連存儲(chǔ)DAS才能進(jìn)行的塊級(jí)數(shù)據(jù)訪問。SAN能為用戶提供滿意的訪問速度，尤其是對(duì)于頻繁的磁盤訪問需求，SAN能夠提供更優(yōu)異的性能。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN既實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)的集中統(tǒng)一管理，同時(shí)能夠充分利用存儲(chǔ)空間，提高空間利用效率。SAN甚至能提供一種類似即插即用的技術(shù)，讓服務(wù)器的所有存儲(chǔ)空間都通過光纖信道從存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN中獲取。SAN系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是成本較高，特別是采用光纖信道時(shí)尤其突出。但SAN系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)和訪問速度徹底改變了傳統(tǒng)存儲(chǔ)機(jī)房物理布置，使得云計(jì)算中的存儲(chǔ)效率大大提高。

4 結(jié)語

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN把存儲(chǔ)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以靈活伸縮，同時(shí)采用光纖通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接極大提高了數(shù)據(jù)存取效率，特別適合作為大型云計(jì)算中心的云存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。SAN可以讓數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中被集中管理，有效解決了傳統(tǒng)服務(wù)器存儲(chǔ)空間的物理限制。云計(jì)算使得計(jì)算和存儲(chǔ)虛擬化、定制化。SAN使得儲(chǔ)存擴(kuò)展非常方便，可以隨時(shí)為SAN系統(tǒng)添加和刪除存儲(chǔ)設(shè)備，且擴(kuò)展的儲(chǔ)存設(shè)備不會(huì)對(duì)SAN系統(tǒng)中的其他設(shè)備產(chǎn)生影響。同時(shí)SAN系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離連接能力使存儲(chǔ)設(shè)備可以在地理上遠(yuǎn)距離分散布置，更加適合云計(jì)算的多中心存儲(chǔ)布置。SAN系統(tǒng)傳輸帶寬高，傳輸速率大，同時(shí)在傳輸過程中數(shù)據(jù)可以被分成小段，極大減少了SAN對(duì)服務(wù)器運(yùn)算能力的消耗。云計(jì)算與存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN的結(jié)合，使得云存儲(chǔ)被廣泛運(yùn)用，極大減少了企業(yè)的存儲(chǔ)資源成本。