存儲的分類

外掛存儲根據連接的方式分為：直連式存儲（Direct-Attached Storage，簡稱DAS）和網絡化存儲（Fabric-Attached Storage，簡稱FAS）；網絡化存儲根據傳輸協議又分為：網絡接入存儲（Network-Attached Storage，簡稱NAS）和存儲區域網絡（Storage Area Network，簡稱SAN）。

2、塊級和文件級

塊級概念：

 塊級是指以扇區為基礎，一個或我連續的扇區組成一個塊，也叫物理塊。它是在文件系統與塊設備（例如：磁盤驅動器）之間。

文件級概念：

 文件級是指文件系統，單個文件可能由于一個或多個邏輯塊組成，且邏輯塊之間是不連續分布。邏輯塊大于或等于物理塊整數倍，

物理塊與文件系統之間的關系圖：

 映射關系：扇區→物理塊→邏輯塊→文件系統

塊級備份：

塊備份是指物理塊復制，效率高，實時性強，備份時間短，且增量備份時，只備份修改過的物理塊。

文件級備份：

 文件級備份是指在指定某些文件進行備份時，首先會查找每個文件邏輯塊，其次物理塊，由于邏輯塊是分散在物理塊上，而物理塊也是分散在不同扇區上。需要一層一層往下查找，最后才完成整個文件復制。文件級備份時比較費時間，效率不高，實時性不強，備份時間長，且增量備份時，單文件某一小部份修改，不會只備份修改部份，而整個文件都備份。

3、三種存儲架構對比

 DAS存儲（直連式存儲Direct-Attached Storage）

 DAS存儲是指存儲系統被直連到應用的服務器中。采用塊級的存儲方法，數據傳輸協議為SCSI/FC/ATA。

DAS存儲依賴服務器主機操作系統進行數據的IO讀寫和存儲維護管理，數據備份和恢復要求占用服務器主機資源（包括CPU、系統IO等），連式存儲與服務器主機之間的連接通道通常采用SCSI連接，服務器主機SCSI ID資源有限，能夠建立的SCSI通道連接有限。

NAS存儲（網絡接入存儲Network-Attached Storage）

 NAS存儲是存儲設備通過標準的網絡拓撲結構(例如以太網)添加到一群計算機上。NAS是文件級的存儲方法，數據傳輸協議為TCP/IP。

NAS存儲設備支持多計算機平臺，用戶通過網絡支持協議可進入相同的文檔，因而NAS設備無需改造即可用于混合Unix/Windows NT局域網內，同時NAS的應用非常靈活。NAS存儲將存儲事務由并行SCSI連接轉移到了網絡上，在備份過程中消耗帶寬，LAN除了處理正常的最終用戶傳輸流外，還處理包括備份操作的存儲磁盤請求。

SAN存儲（存儲區域網絡Storage Area Network）  

 SAN存儲是通過光纖通道交換機連接存儲陣列和服務器主機，最后成為一個專用的存儲網絡。SAN存儲是塊級的存儲方法，數據傳輸協議為FC。

SAN存儲不受基于SCSI存儲結構的布局限制，SAN的結構允許任何服務器連接到任何存儲陣列，這樣不管數據置放在哪里，服務器都可直接存取所需的數據，因為采用了光纖接口，SAN還具有更高的帶寬。SAN解決方案通常會采取以下兩種形式：光纖信道以及iSCSI或者基于IP的SAN，也就是FC SAN和IP SAN。SAN解決方案從基本功能剝離出存儲功能，所以運行備份操作就無需考慮它們對網絡總體性能的影響。SAN存儲方案也使得管理及集中控制實現簡化，特別是對于全部存儲設備都集群在一起的時候。最后一點，光纖接口提供了10公里的連接長度，這使得實現物理上分離的、不在機房的存儲變得非常容易。

4、塊存儲

以下列出的兩種存儲方式都是塊存儲類型：

1） DAS（Direct AttachSTorage）：是直接連接于主機服務器的一種儲存方式，每一臺主機服務器有獨立的儲存設備，每臺主機服務器的儲存設備無法互通，需要跨主機存取資料時，必須經過相對復雜的設定，若主機服務器分屬不同的操作系統，要存取彼此的資料，更是復雜，有些系統甚至不能存取。通常用在單一網絡環境下且數據交換量不大，性能要求不高的環境下，可以說是一種應用較為早的技術實現。

2）SAN（Storage Area Network）：是一種用高速（光纖）網絡聯接專業主機服務器的一種儲存方式，此系統會位于主機群的后端，它使用高速I/O 聯結方式， 如 SCSI, ESCON及 Fibre- Channels。一般而言，SAN應用在對網絡速度要求高、對數據的可靠性和安全性要求高、對數據共享的性能要求高的應用環境中，特點是代價高，性能好。例如電信、銀行的大數據量關鍵應用。它采用SCSI 塊I/O的命令集，通過在磁盤或FC（Fiber Channel）級的數據訪問提供高性能的隨機I/O和數據吞吐率，它具有高帶寬、低延遲的優勢，在高性能計算中占有一席之地，但是由于SAN系統的價格較高，且可擴展性較差，已不能滿足成千上萬個CPU規模的系統。

5、文件存儲

通常，NAS產品都是文件級存儲。NAS（Network Attached Storage）：是一套網絡儲存設備，通常是直接連在網絡上并提供資料存取服務，一套 NAS 儲存設備就如同一個提供數據文件服務的系統，特點是性價比高。例如教育、政府、企業等數據存儲應用。

它采用NFS或CIFS命令集訪問數據，以文件為傳輸協議，通過TCP/IP實現網絡化存儲，可擴展性好、價格便宜、用戶易管理，如目前在集群計算中應用較多的NFS文件系統，但由于NAS的協議開銷高、帶寬低、延遲大，不利于在高性能集群中應用。

6、對象存儲

總體上來講，對象存儲同兼具SAN高速直接訪問磁盤特點及NAS的分布式共享特點。

核心是將數據通路（數據讀或寫）和控制通路（元數據）分離，并且基于對象存儲設備（Object-based Storage Device，OSD）構建存儲系統，每個對象存儲設備具有一定的智能，能夠自動管理其上的數據分布。

對象存儲結構組成部分（對象、對象存儲設備、元數據服務器、對象存儲系統的客戶端）：

5.1、對象

對象是系統中數據存儲的基本單位，一個對象實際上就是文件的數據和一組屬性信息（Meta Data）的組合，這些屬性信息可以定義基于文件的RAID參數、數據分布和服務質量等，而傳統的存儲系統中用文件或塊作為基本的存儲單位，在塊存儲系統中還需要始終追蹤系統中每個塊的屬性，對象通過與存儲系統通信維護自己的屬性。在存儲設備中，所有對象都有一個對象標識，通過對象標識OSD命令訪問該對象。通常有多種類型的對象，存儲設備上的根對象標識存儲設備和該設備的各種屬性，組對象是存儲設備上共享資源管理策略的對象集合等。

5.2、對象存儲設備

對象存儲設備具有一定的智能，它有自己的CPU、內存、網絡和磁盤系統，OSD同塊設備的不同不在于存儲介質，而在于兩者提供的訪問接口。OSD的主要功能包括數據存儲和安全訪問。目前國際上通常采用刀片式結構實現對象存儲設備。OSD提供三個主要功能：

（1）數據存儲。OSD管理對象數據，并將它們放置在標準的磁盤系統上，OSD不提供塊接口訪問方式，Client請求數據時用對象ID、偏移進行數據讀寫。

（2）智能分布。OSD用其自身的CPU和內存優化數據分布，并支持數據的預取。由于OSD可以智能地支持對象的預取，從而可以優化磁盤的性能。

（3）每個對象元數據的管理。OSD管理存儲在其上對象的元數據，該元數據與傳統的inode元數據相似，通常包括對象的數據塊和對象的長度。而在傳統的NAS系統中，這些元數據是由文件服務器維護的，對象存儲架構將系統中主要的元數據管理工作由OSD來完成，降低了Client的開銷。

5.3、元數據服務器（Metadata Server，MDS）

MDS控制Client與OSD對象的交互，主要提供以下幾個功能：

（1）對象存儲訪問。

MDS構造、管理描述每個文件分布的視圖，允許Client直接訪問對象。MDS為Client提供訪問該文件所含對象的能力，OSD在接收到每個請求時將先驗證該能力，然后才可以訪問。

（2）文件和目錄訪問管理。

MDS在存儲系統上構建一個文件結構，包括限額控制、目錄和文件的創建和刪除、訪問控制等。

（3）Client Cache一致性。

為了提高Client性能，在對象存儲系統設計時通常支持Client方的Cache。由于引入Client方的Cache，帶來了Cache一致性問題，MDS支持基于Client的文件Cache，當Cache的文件發生改變時，將通知Client刷新Cache，從而防止Cache不一致引發的問題。

5.4、對象存儲系統的客戶端Client

為了有效支持Client支持訪問OSD上的對象，需要在計算節點實現對象存儲系統的Client，通常提供POSIX文件系統接口，允許應用程序像執行標準的文件系統操作一樣。

為什么需要這三類存儲，是因為這三類存儲適用的應用場景有不一樣的地方。

塊存儲：要求高性能的應用，如數據庫需要高IO，用塊存儲比較合適；

文件存儲：需局域網共享的應用，如文件共享，視頻處理，動畫渲染/高性能計算；

對象存儲：互聯網領域的存儲，如點播/視頻監控的視頻存儲、圖片存儲、網盤存儲、靜態網頁存儲等，以及異地備份存儲/歸檔等。

詳細介紹

【塊存儲】

典型設備：磁盤陣列，硬盤

塊存儲主要是將裸磁盤空間整個映射給主機使用的，就是說例如磁盤陣列里面有5塊硬盤（為方便說明，假設每個硬盤1G），然后可以通過劃邏輯盤、做Raid、或者LVM（邏輯卷）等種種方式邏輯劃分出N個邏輯的硬盤。（假設劃分完的邏輯盤也是5個，每個也是1G，但是這5個1G的邏輯盤已經于原來的5個物理硬盤意義完全不同了。例如第一個邏輯硬盤A里面，可能第一個200M是來自物理硬盤1，第二個200M是來自物理硬盤2，所以邏輯硬盤A是由多個物理硬盤邏輯虛構出來的硬盤。）

接著塊存儲會采用映射的方式將這幾個邏輯盤映射給主機，主機上面的操作系統會識別到有5塊硬盤，但是操作系統是區分不出到底是邏輯還是物理的，它一概就認為只是5塊裸的物理硬盤而已，跟直接拿一塊物理硬盤掛載到操作系統沒有區別的，至少操作系統感知上沒有區別。

此種方式下，操作系統還需要對掛載的裸硬盤進行分區、格式化后，才能使用，與平常主機內置硬盤的方式完全無異。

優點：

1、 這種方式的好處當然是因為通過了Raid與LVM等手段，對數據提供了保護。

2、 另外也可以將多塊廉價的硬盤組合起來，成為一個大容量的邏輯盤對外提供服務，提高了容量。

3、 寫入數據的時候，由于是多塊磁盤組合出來的邏輯盤，所以幾塊磁盤可以并行寫入的，提升了讀寫效率。

4、 很多時候塊存儲采用SAN架構組網，傳輸速率以及封裝協議的原因，使得傳輸速度與讀寫速率得到提升。

缺點：

1、采用SAN架構組網時，需要額外為主機購買光纖通道卡，還要買光纖交換機，造價成本高。

2、主機之間的數據無法共享，在服務器不做集群的情況下，塊存儲裸盤映射給主機，再格式化使用后，對于主機來說相當于本地盤，那么主機A的本地盤根本不能給主機B去使用，無法共享數據。

3、不利于不同操作系統主機間的數據共享：另外一個原因是因為操作系統使用不同的文件系統，格式化完之后，不同文件系統間的數據是共享不了的。例如一臺裝了WIN7/XP，文件系統是FAT32/NTFS，而Linux是EXT4，EXT4是無法識別NTFS的文件系統的。就像一只NTFS格式的U盤，插進Linux的筆記本，根本無法識別出來。所以不利于文件共享。

【文件存儲】

典型設備：FTP、NFS服務器

為了克服上述文件無法共享的問題，所以有了文件存儲。

文件存儲也有軟硬一體化的設備，但是其實普通拿一臺服務器/筆記本，只要裝上合適的操作系統與軟件，就可以架設FTP與NFS服務了，架上該類服務之后的服務器，就是文件存儲的一種了。

主機A可以直接對文件存儲進行文件的上傳下載，與塊存儲不同，主機A是不需要再對文件存儲進行格式化的，因為文件管理功能已經由文件存儲自己搞定了。

優點：

1、造價交低：隨便一臺機器就可以了，另外普通以太網就可以，根本不需要專用的SAN網絡，所以造價低。

2、方便文件共享：例如主機A（WIN7，NTFS文件系統），主機B（Linux，EXT4文件系統），想互拷一部電影，本來不行。加了個主機C（NFS服務器），然后可以先A拷到C，再C拷到B就OK了。（例子比較膚淺，請見諒……）

缺點：

讀寫速率低，傳輸速率慢：以太網，上傳下載速度較慢，另外所有讀寫都要1臺服務器里面的硬盤來承擔，相比起磁盤陣列動不動就幾十上百塊硬盤同時讀寫，速率慢了許多。

【對象存儲】

典型設備：內置大容量硬盤的分布式服務器

對象存儲最常用的方案，就是多臺服務器內置大容量硬盤，再裝上對象存儲軟件，然后再額外搞幾臺服務作為管理節點，安裝上對象存儲管理軟件。管理節點可以管理其他服務器對外提供讀寫訪問功能。

之所以出現了對象存儲這種東西，是為了克服塊存儲與文件存儲各自的缺點，發揚它倆各自的優點。簡單來說塊存儲讀寫快，不利于共享，文件存儲讀寫慢，利于共享。能否弄一個讀寫快，利 于共享的出來呢。于是就有了對象存儲。

首先，一個文件包含了了屬性（術語叫metadata，元數據，例如該文件的大小、修改時間、存儲路徑等）以及內容（以下簡稱數據）。

以往像FAT32這種文件系統，是直接將一份文件的數據與metadata一起存儲的，存儲過程先將文件按照文件系統的最小塊大小來打散（如4M的文件，假設文件系統要求一個塊4K，那么就將文件打散成為1000個小塊），再寫進硬盤里面，過程中沒有區分數據/metadata的。而每個塊最后會告知你下一個要讀取的塊的地址，然后一直這樣順序地按圖索驥，最后完成整份文件的所有塊的讀取。

這種情況下讀寫速率很慢，因為就算你有100個機械手臂在讀寫，但是由于你只有讀取到第一個塊，才能知道下一個塊在哪里，其實相當于只能有1個機械手臂在實際工作。

而對象存儲則將元數據獨立了出來，控制節點叫元數據服務器（服務器+對象存儲管理軟件），里面主要負責存儲對象的屬性（主要是對象的數據被打散存放到了那幾臺分布式服務器中的信息），而其他負責存儲數據的分布式服務器叫做OSD，主要負責存儲文件的數據部分。當用戶訪問對象，會先訪問元數據服務器，元數據服務器只負責反饋對象存儲在哪些OSD，假設反饋文件A存儲在B、C、D三臺OSD，那么用戶就會再次直接訪問3臺OSD服務器去讀取數據。

這時候由于是3臺OSD同時對外傳輸數據，所以傳輸的速度就加快了。當OSD服務器數量越多，這種讀寫速度的提升就越大，通過此種方式，實現了讀寫快的目的。

另一方面，對象存儲軟件是有專門的文件系統的，所以OSD對外又相當于文件服務器，那么就不存在文件共享方面的困難了，也解決了文件共享方面的問題。

所以對象存儲的出現，很好地結合了塊存儲與文件存儲的優點。

最后為什么對象存儲兼具塊存儲與文件存儲的好處，還要使用塊存儲或文件存儲呢？

1、有一類應用是需要存儲直接裸盤映射的，例如數據庫。因為數據庫需要存儲裸盤映射給自己后，再根據自己的數據庫文件系統來對裸盤進行格式化的，所以是不能夠采用其他已經被格式化為某種文件系統的存儲的。此類應用更適合使用塊存儲。

2、對象存儲的成本比起普通的文件存儲還是較高，需要購買專門的對象存儲軟件以及大容量硬盤。如果對數據量要求不是海量，只是為了做文件共享的時候，直接用文件存儲的形式好了，性價比高。