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【知识普及】三种存储类型以及三种存储方式

【知识普及】三种存储类型以及三种存储方式

三种存储方式:DAS、SAN、NAS 

三种存储类型:块存储、文件存储、对象存储

        块存储和文件存储是我们比较熟悉的两种主流的存储类型,而对象存储(Object-based Storage)是一种新的网络存储架构,基于对象存储技术的设备就是对象存储设备(Object-based Storage Device)简称OSD

        本质是一样的,底层都是块存储,只是在对外接口上表现不一致,分别应用于不同的业务场景。

分布式存储的应用场景相对于其存储接口,现在流行分为三种:

对象存储: 也就是通常意义的键值存储,其接口就是简单的GET、PUT、DEL和其他扩展,如七牛、又拍、Swift、S3

块存储: 这种接口通常以QEMU Driver或者Kernel Module的方式存在,这种接口需要实现Linux的Block Device的接口或者QEMU提供的Block Driver接口,如Sheepdog,AWS的EBS,青云的云硬盘和阿里云的盘古系统,还有Ceph的RBD(RBD是Ceph面向块存储的接口)

文件存储: 通常意义是支持POSIX接口,它跟传统的文件系统如Ext4是一个类型的,但区别在于分布式存储提供了并行化的能力,如Ceph的CephFS(CephFS是Ceph面向文件存储的接口),但是有时候又会把GFS,HDFS这种非POSIX接口的类文件存储接口归入此类。

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【知识普及】三种存储类型以及三种存储方式

以下列出的两种存储方式都是块存储类型:

DAS(Direct Attach STorage):是直接连接于主机服务器的一种储存方式,每一台主机服务器有独立的储存设备,每台主机服务器的储存设备无法互通,需要跨主机存取资料时,必须经过相对复杂的设定,若主机服务器分属不同的操作系统,要存取彼此的资料,更是复杂,有些系统甚至不能存取。通常用在单一网络环境下且数据交换量不大,性能要求不高的环境下,可以说是一种应用较为早的技术实现。

SAN(Storage Area Network):是一种用高速(光纤)网络联接专业主机服务器的一种储存方式,此系统会位于主机群的后端,它使用高速I/O 联结方式, 如 SCSI, ESCON 及 Fibre- Channels。一般而言,SAN应用在对网络速度要求高、对数据的可靠性和安全性要求高、对数据共享的性能要求高的应用环境中,特点是代价高,性能好。

        例如电信、银行的大数据量关键应用。它采用SCSI 块I/O的命令集,通过在磁盘或FC(Fiber Channel)级的数据访问提供高性能的随机I/O和数据吞吐率,它具有高带宽、低延迟的优势,在高性能计算中占有一席之地,但是由于SAN系统的价格较高,且可扩展性较差,已不能满足成千上万个CPU规模的系统。

01

典型设备:磁盘阵列、硬盘

        块存储主要是将裸磁盘空间整个映射给主机使用的。块存储就是在物理层这个层面对外提供服务,使用它的系统,有用自己的文件系统格式化。这样一旦被一个系统使用,就独占了。
        就是说例如:磁盘阵列里面有5块硬盘,然后可以通过划逻辑盘、做Raid、或者LVM等方式逻辑划分出N个逻辑的硬盘。但是逻辑盘和物理盘是两个完全不同的概念。假设每个硬盘100G,共有5个硬盘,划分为逻辑盘也为5个,每个100G,但是这5个逻辑盘和原来的5个物理盘意义完全不同了。例如第一个逻辑盘第一个20G可能来自物理盘1,第二个20G来自物理盘2,所以逻辑盘是多个物理盘逻辑虚构出来的硬盘。

        接着块存储会采用映射的方式将这几个逻辑盘映射给机,主机上面的操作系统会识别到有5块硬盘,但是操作系统是无法区分到底是物理盘还是逻辑盘,它一概就认为只是5块裸的物理硬盘而已,跟直接拿一块物理硬盘挂载到操作系统没区别,至少操作系统感知上没有区别的。

在此方式下,操作系统还需要对挂载的裸硬盘进行分区、格式化后,才能使用,与平常主机内置的硬盘无差异。

优点

(1)这种方式的好处当然是因为通过了Raid与LVM等手段,对数据提供了保护;
(2)可以将多块廉价的硬盘组合起来,称为一个大容量的逻辑盘对外提供服务,提高了容量;
(3)写入数据时,由于是多块磁盘组合出来的逻辑盘,所以几块硬盘可以并行写入的,提升了读写效率;
(4)很多时候块存储采用SAN架构组网,传输速度以及封装协议的原因,使得传输速度和读写效率得到提升

缺点

(1)采用SAN架构组网时,需要额外为主机购买光纤通道卡,还要购买光纤交换机,造价成本高;
(2)主机之间数据无法共享,在服务器不做集群的情况下,块存储裸盘映射给主机,在格式化使用后,对于主机来说相当于本地盘,那么主机A的本地盘根本不能给主机B去使用,无法共享数据
(3)不利于不同操作系统主机间的数据共享:因为操作系统使用不同的文件系统,格式化后,不同的文件系统间的数据是共享不了的。 例如一台win7,文件系统是FAT32/NTFS,而linux是EXT4,EXT4是无法识别NTFS的文件系统的

使用场景

docker容器、虚拟机磁盘存储分配。
2.日志存储。
3.文件存储。

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【知识普及】三种存储类型以及三种存储方式

通常,NAS产品都是文件级存储。

       NAS(Network Attached Storage):是一套网络储存设备,通常是直接连在网络上并提供资料存取服务,一套 NAS 储存设备就如同一个提供数据文件服务的系统,特点是性价比高。例如教育、政府、企业等数据存储应用。

        它采用NFS或CIFS命令集访问数据,以文件为传输协议,通过TCP/IP实现网络化存储,可扩展性好、价格便宜、用户易管理,如目前在集群计算中应用较多的NFS文件系统,但由于NAS的协议开销高、带宽低、延迟大,不利于在高性能集群中应用。

02

典型设备:FTP、NFS服务器

         为了克服文件无法共享的问题,所以有了文件存储。

文件存储,就是在文件系统一层对外提供服务,系统只用访问文件系统一级就可以,各个系统都可以根据接口取访问。

          文件存储也有软硬一体化的设备,但是其实一台普通的PC机,只要装上合适的操作系统和软件,就可以假设FTP与NFS服务了,架上该类服务之后的服务器,就是文件存储的一种了。

         主机A可以直接对文件存储进行文件的上传和下载,与块存储不同,主机A是不需要再对文件存储进行格式化的,因为文件管理功能已经由文件存储自己搞定了。

优点

(1)造价低:随便一台机器就可以,另外普通的以太网就可以,根本不需要专用的SAN网络,所以造价低
(2)方便文件共享

缺点

(1)读写速率低,传输速率慢:以太网,上传下载速度较慢,另外所有读写都要1台服务器里面的硬盘来承受,相比起磁盘阵列动不动就十几上百块硬盘同时读写,速率慢了许多。

使用场景:

日志存储。
有目录结构的文件存储。

                                                      3对象存储

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03

典型设备:内置大容量硬盘的分布式服务器

        对象存储最常用的方案,就是多台服务器内置大容量硬盘,再装上对象存储软件,然后再额外搞几台服务作为管理节点,安装上对象存储管理软件。

        管理节点可以管理其他服务器对外提供读写访问功能。

之所以出现对象存储这种东西,是为了克服块存储与文件存储各自的缺点,发扬各自的优点。简单来说块存储读写快,不利于共享,文件存储读写慢,利于共享。能否弄一个读写块,利于共享的存储出来呢?于是就有了对象存储。

         首先,一个文件包含了属性(术语:metadata,元数据,例如该文件的大小、修改时间、存储路径等)以及内容(数据)。

        像FAT32这种文件系统,是直接将一份文件与metadata一起存储的,存储过程先将文件按照文件系统的最小块大小来打散(例如4M的文件,假设文件系统要求一个块4K,那么就将文件打散称为1000个小块),再写进硬盘里,过程中没有区分数据和metadata的。而每个块最后会告知你下一个要读取的块地址,然后一直这样顺序的按图索骥,最后完成整份文件的所有块的读取。

        这种情况下读写速率很慢,因为就算你有100个机械臂在读写,但是由于你只有读取到第一个块,才能知道下一个块在哪里,其实相当于只能有1个机械臂在实际工作。

        而对象存储则将元数据独立出来了,控制节点叫元数据服务器(服务器+对象存储管理软件),里面主要负责存储对象的属性(主要是对象的数据被打散存放到了那几台分布式服务器中的信息)而其他负责存储数据的分布式服务器叫做OSD,主要负责存储文件的数据部分。当用户访问对象,会先访问元数据服务器,元数据服务器只负责反馈对象存储在哪里OSD,假设反馈文件A存储在B、C、D三台OSD,那么用户就会再次直接访问3台OSD服务器去读取数据。

        这时候由于是3台OSD同时对外传输数据,所以传输的速度就会加快了,当OSD服务器数量越多,这种读写速度的提升就越大,通过此种方式,实现了读写快的目的。

       另一方面,对象存储软件是有专门的文件系统的,所以OSD对外又相当于文件服务器,那么就不存在共享方面的困难了,也解决了文件共享方面的问题。所以对象存储的出现,很好的结合了块存储和文件存储的优点。

关键技术

对象存储文件系统的关键技术是什么?

(1)分布元数据
(2)并发数据访问,对象存储体系结构定义了一个新的、更加智能化的磁盘接口OSD

什么是OSD?

        存储局域网(SAN)和网络附加存储(NAS)是我们比较熟悉的两种主流网络存储架构,而对象存储是一种新的网络存储架构,基于对象存储技术的设备就是对象存储设备,简称:OSD

在存储对象中通过什么对象方式访问对象?

在存储设备中,所有对象都有一个对象标识,通过对象标识OSD命令访问对象

OSD的主要功能是什么?
(1)数据存储。OSD管理对象数据,并将它们放置在标准的磁盘系统上,OSD不提供块接口访问方式,Client请求数据时用对象ID、偏移进行数据读写;
(2)智能分布。OSD用其自身的CPU和内存优化数据分布,并支持数据的预取。由于OSD可以智能的支持对象的预取,从而可以优化磁盘的性能
(3)每个对象元数据的管理。OSD管理存储在其上对象的元数据,该元数据与传统的inode元数据相似,通常包括对象的数据块和对象的长度。

优点

具备块存储的读写高速。
具备文件存储的共享等特性。

使用场景

(适合更新变动较少的数据)

图片存储。
视频存储。

为什么对象存储兼具块存储和文件存储的好处,还要使用块存储和文件存储呢?
(1)有一类应用是需要存储直接裸盘映射的,例如数据库。

        因为数据需要存储楼盘映射给自己后,再根据自己的数据库文件系统来对裸盘进行格式化的,所以是不能够采用其他已经被格式化为某种文件系统的存储的。此类应用更合适使用块存储。
(2)对象存储的成本比起普通的文件存储还要较高,需要购买专门的对象存储软件以及大容量硬盘。

          如果对数据量要求不是海量,只是为了做文件共享的时候,直接用文件存储的形式好了,性价比高。

三种存储类型差异

【知识普及】三种存储类型以及三种存储方式

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参考资料:

http://www.cnblogs.com/hukey/p/8323853.html

https://mp.weixin.qq.com/s/6yQoQTrIInL2FHCu1-Okww

https://blog.csdn.net/xiaoliuliu2050/article/details/79962841

根据国家《关于防范代币发行融资风险的公告》,大家应警惕代币发行融资与交易的风险隐患。

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