Linux系統(tǒng)平臺(tái)下的存儲(chǔ)

謝家積 蘇寶林

（綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院 黑龍江 綏化 152061）

在探討linux系統(tǒng)存儲(chǔ)領(lǐng)域上的各種存儲(chǔ)技術(shù)，我們可用從底部開始研究——存儲(chǔ)架構(gòu)，再層層替上：功能→文件系統(tǒng)→文件計(jì)劃，如圖（A）。

下面的三個(gè)架構(gòu)基本覆蓋了絕大多數(shù)的存儲(chǔ)模型，如圖（B）：

& 直接附加存儲(chǔ)（Drect-Attached-Storage）DAS；

&存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network）SAN;

&網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（Network-Attached Storage）NAS;

（B）

直接附加存儲(chǔ)即直連方式存儲(chǔ)，它是通過SCSI接口而連接到服務(wù)器，輸入輸出直接發(fā)送存儲(chǔ)設(shè)備當(dāng)中，所以也可稱為SAS（Server-Attached Storage）,即服務(wù)器附加存儲(chǔ)。因?yàn)樗且蕾囉诜?wù)器，所以基本不需要帶任何存儲(chǔ)系統(tǒng)。

下面是DAS的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了RAID技術(shù)；

（2）無法提供跨平臺(tái)的共享文件功能（僅限于一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)），需相應(yīng)的服務(wù)器操作系統(tǒng)支持；

（3）沒有自身的管理軟件；

（4）可在擴(kuò)充性的前提上增加硬盤并重新做RAID，但會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)有一定的影響；

（5）在多臺(tái)服務(wù)器當(dāng)中，對(duì)數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)時(shí)比較費(fèi)力；

SAN目前已經(jīng)取得了空前的發(fā)展，在管理比較復(fù)雜且巨額預(yù)算的的IT技能企業(yè)當(dāng)中，作為長遠(yuǎn)規(guī)劃的企業(yè)級(jí)是比較不錯(cuò)的存儲(chǔ)方式，它不僅解決了數(shù)據(jù)塊增長的問題，還對(duì)IT部門用于存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)變化的優(yōu)化以便能夠在性能和實(shí)用性上提高了成本和技術(shù)。在今天的SAN當(dāng)中，它已經(jīng)具有類于window的用戶界面，并且安裝十分簡單，這大大降低了更多的管理人員。

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，就通過類于光纖，網(wǎng)線等互連的方法而把很多臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器組和成的一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，主要由幾個(gè)部分組成：存儲(chǔ)和設(shè)備備份，光纖，交換機(jī)，光纖通道與SCSI間的橋接器等。除了存儲(chǔ)設(shè)備外，它還需要光纖交換機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)連接部件。SAN協(xié)議和界面具有廣泛性和多樣性。它作為存儲(chǔ)協(xié)議以太網(wǎng)已經(jīng)出現(xiàn)在Linux中完全實(shí)現(xiàn)，它不僅完全支持10千兆以太網(wǎng)，且允許構(gòu)造高性能的SAN，還類似于ATA over Ethernet（ATAOE）的協(xié)議，可通過以太網(wǎng)擴(kuò)展ATA協(xié)議。

所謂的NAS，就是通過網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)合并，在不同的客戶端的文件級(jí)別進(jìn)行訪問，也就是以文件為最小單位。例如NFS（Network File system）和SMB/CIFS就是最常見NAS所支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它的主要特點(diǎn)是能為多種客戶端服務(wù)，使客戶更安全的訪問數(shù)據(jù)，相對(duì)來對(duì)于一般的設(shè)備（如U盤，CD/DVD），NAS顯得更智能，因?yàn)樗灰蕾囉谄渌鳈C(jī)設(shè)備，當(dāng)其他設(shè)備停機(jī)或不能正常運(yùn)行時(shí)，NAS也能正常的訪問。

SAN和NAS已經(jīng)成為當(dāng)今兩大主流存儲(chǔ)技術(shù)，相對(duì)與其他設(shè)備文件服務(wù)器而言，網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)不僅僅只在數(shù)據(jù)的備份，文件的存儲(chǔ)等方面具有自身的一定的優(yōu)勢(shì)外，它主要是才用了低功耗，簡化的CPU處理器，這也使之作為專業(yè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在中小型企業(yè)的重要部門中能充當(dāng)很好的備份，冗余等方面的重任。并且比較容易安裝，切比較快速，擴(kuò)展性也非常好，易于維護(hù)等特點(diǎn)，保證了對(duì)服務(wù)器性能要求低，從而降低服務(wù)器成本，使之更能廣范圍的普及和應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)在整體的結(jié)構(gòu)上主要有：核心CPU處理器，相應(yīng)的管理文件服務(wù)的工具，還有一個(gè)或多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)（包括存儲(chǔ)期間，磁盤陣列，磁帶或可移動(dòng)的存儲(chǔ)介質(zhì)等）。

在linux平臺(tái)上，并不是所有的的存儲(chǔ)架構(gòu)都適合于DAS，SAN和NAS存儲(chǔ)，因?yàn)閘inux是開放的，導(dǎo)致內(nèi)部技術(shù)的更新非常頻繁，所有l(wèi)inux中的最新尖端的技術(shù)是比較多的。

相對(duì)于一些不是新功能的技術(shù)，但本質(zhì)上因?yàn)榇鎯?chǔ)架構(gòu)是對(duì)象存儲(chǔ)架構(gòu)，對(duì)象存儲(chǔ)架構(gòu)從元數(shù)據(jù)從分離出獨(dú)立文件并獨(dú)立的存儲(chǔ)它們，他不僅最大的降低了元數(shù)據(jù)的瓶頸，還能進(jìn)行分段數(shù)據(jù)的方式在多個(gè)服務(wù)器上進(jìn)行并行的訪問增強(qiáng)存儲(chǔ)性能。

Linux的標(biāo)準(zhǔn)功能存儲(chǔ)虛擬化，它曾經(jīng)是高端存儲(chǔ)系統(tǒng)的獨(dú)特功能。在linux中，邏輯卷管理器（Logical Volume Manager,LVMs）是一個(gè)很重要的服務(wù)，它位于可用的物理存儲(chǔ)之上，可以進(jìn)行磁盤的調(diào)整，即可用性調(diào)整添加或刪除空間。除此之外，還可以通過物理設(shè)備提高到邏輯設(shè)備的能力，例如，只讀，只寫和快照，跨卷的數(shù)據(jù)分段等獨(dú)立的磁盤冗余陣列（RAID）。在LVM中主要有三個(gè)概念：

物理卷（Physical Volume）：物理卷可以是一個(gè)磁盤，RAID，一個(gè)分區(qū)。為LVM提供了LVM存儲(chǔ)介質(zhì)。

邏輯卷組（Logical volume Group）：就是把多個(gè)物理卷組成了邏輯卷組，因?yàn)樗麄冊(cè)谟布喜贿B續(xù)，這就需要吧邏輯卷看成一個(gè)存儲(chǔ)連續(xù)的邏輯硬盤。

邏輯卷（Logical Volume）：多個(gè)邏輯卷可以組成一個(gè)邏輯卷組，也就是說卷組可分成若干個(gè)邏輯卷，相當(dāng)于邏輯磁盤和邏輯磁盤分區(qū)。

在使用LVM之后，插入一個(gè)邏輯層，可以認(rèn)為是在磁盤上創(chuàng)建一個(gè)邏輯分區(qū)。只不過這個(gè)磁盤是邏輯卷（組），最后在這之上創(chuàng)建文件系統(tǒng)。雖然對(duì)于單個(gè)磁盤的讀寫會(huì)有一定的性能損失，但是LVM的好處就體現(xiàn)出來了，首先他可以不受磁盤實(shí)際大小的限制，也就是LVM的擴(kuò)展性，還能提高磁盤的I/O性能。

在 linux中，主要是運(yùn)用 ext2，ext3，ext4，swap文件系統(tǒng)，在尖端的文件系統(tǒng)中也支持ZFS和Butter FS，但可運(yùn)用先進(jìn)的分布式系統(tǒng)，集成文件系統(tǒng)，并行文件系統(tǒng)，這可以解決處理基于存儲(chǔ)理念中的新問題，在ZFS和和Butter FS中，都支持?jǐn)?shù)據(jù)的重復(fù)刪除，內(nèi)部數(shù)據(jù)保護(hù)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)，快照等高端存儲(chǔ)技術(shù)。ext3在ext2的性質(zhì)上主要是實(shí)現(xiàn)了日志結(jié)構(gòu)的功能，可以進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)文件的更改進(jìn)行記錄。

其中ext3文件系統(tǒng)主要包羅這幾個(gè)塊結(jié)構(gòu)：

（1）superblock：記錄了文件系統(tǒng)的 inode/block的總量，使用量，剩余量，以及文件系統(tǒng)的格式和相關(guān)的文件系統(tǒng)信息等；

（2）inode：記錄文件的屬性和文件數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的block號(hào)，注意的是一個(gè)文件只能擁占一個(gè)inode；

（3）block：記錄文件的具體內(nèi)容，可占一個(gè)或多個(gè)block；

（4）Fliesystem Description(文件系統(tǒng)描述說明)；

（5）block bitmap（區(qū)塊對(duì)照表）；

（6）inode bitmap（inode 對(duì)照表）；

在存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展過程中，linux存儲(chǔ)永遠(yuǎn)是處于前端的，器源代碼的開放和擁有大量開發(fā)人員，能最新的有效的和經(jīng)濟(jì)的改變存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)歸檔，所以在未來，linux存儲(chǔ)應(yīng)該會(huì)主導(dǎo)整個(gè)存儲(chǔ)領(lǐng)域當(dāng)中！