存储发展技术综述

2015-03-26吴海旋赵鹏翔

河南科技 2015年18期

吴海旋鱼冰李江赵鹏翔

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450000）

在社会发展之初已有人们使用骨骼、石头和树枝来记录数据，但只有记录者自己可看懂。随着人们之间交流频繁，文字语言便成了交流的工具，将自己所知的信息通过文字传递给他人，如今网络的盛行和普及更使人们的生活发生了革命性的变化。而存储的含义也从信息的记录转变为一种服务，可以根据应用环境的不同，采取合理、有效以及安全的方式将数据保存到若干物理介质上，并保证可被有效地访问，它结合了物理介质和保证数据安全完整的存放方式，为用户提供数据存放方案。数据的增长又使存储系统从计算系统中分离并形成独立的系统。

1 存储介质的变迁

竹简是中国古代使用记录文字的工具，之后被纸张取代。20世纪中期出现了电子存储装置，它将直观的存储转换为机器存储，20世纪70年代中期穿孔卡和穿孔磁带可用来输入数据，磁带作为数据存储设备使用是从1951年开始的，这时使用磁带机来传输字符，1932年磁鼓存储器被创造，通常作为内存使用，容量大约10KB。

上述存储介质目前已不常使用，现在经常使用的存储介质主要有硬盘、软盘、光盘、FLASH芯片、卡式存储磁盘阵列以及大型网络化磁盘阵列，存储容量在逐步扩大，应用的环境也更加复杂。随着通信网络技术的发展与处理能力的提高，单机数据处理方式被网络数据处理方式替代，下面将重点介绍网络存储的相关内容。

2 网络存储

网络技术的飞速发展促使存储系统向基于网络的存储形式转变，同时信息量正在以惊人的速度增长，这也使得直连式存储不能满足应用对信息的管理、使用以及存储的需求。因此，存储系统从计算系统中分离，并成为一个独立的系统是互联网信息时代的应用需求以及存储技术发展的必然趋势。网络存储已成为信息化产业化发展的新浪潮，代表了存储发展的新方向。

NAS和SAN是两个基本的网络存储系统形式，NAS基于IP网络，通过标准文件访问协议提供存储服务，内部是定制并优化了的专用于服务器的软件和硬件，只要具有自己的磁盘和文件系统，对外提供访问其文件系统的接口就是一台NAS；SAN是基于IP网络和FC，它通过块访问协议并以块设备的方式提供存储服务。SAN实际上是一个网络上的磁盘，NAS是一个网络上的文件系统［1］。

2.1 存储系统的虚拟化

存储虚拟化技术的思想是通过添加虚拟化层，把实际物理存储实体与存储逻辑分离，使应用服务器只与逻辑层面相关联，方便了网络存储系统的管理，也降低了成本。虚拟化的网络存储系统中，逻辑卷和物理存储设备的映射关系是可以由应用服务器上的虚拟化管理软件、存储设备系统上的控制器或者存储网络中网络设备来完成。典型的系统有IBM的SAN SVC HDS UVM等等，存储虚拟化技术正在向管理简单化、接口规范化以及功能更强的方向发展。

根据虚拟化功能模块在网络存储系统中的位置不同，存储虚拟化可分为3种结构：基于主机的虚拟化、基于存储设备的虚拟化以及基于网络的虚拟化。基于主机的虚拟化依靠主机上的软件或硬件提供存储虚拟化管理功能，使用较多的是逻辑卷管理，它在服务器上实现存储虚拟化，提供一个虚拟层，将存储设备映射到逻辑卷的虚拟层，而服务器只处理虚拟卷，不用对存储设备的物理参数进行管理。这种虚拟化方式会占用主机的资源，会影响其他应用的运行。基于存储设备的虚拟化将一个物理设备虚拟化为多个逻辑分区或将多个物理存储设备虚拟为一个逻辑存储设备。基于网络的存储虚拟化在网络上实现，可分为带内虚拟化以及带外虚拟化。带内虚拟化是指控制信令和实际数据在一条线路上，就是说进行虚拟化的动作设备是直接横在发起者和目标路径之间的，执行中介操作，发起者看不到目标，只能看到结果虚拟化的目标。带外虚拟化是指控制信令和实际数据不在一条线路上，两组的线路是并联的，发起者必须先咨询控制信令线路上的虚拟化设备，经过授权后才能根据虚拟化设备的指示向目标请求数据［2］。

2.2 集群存储和数据保护

集群使用多个节点代替一个节点完成任务，提高了处理能力，当某个节点发生故障时，其他节点可以立即接替故障点的工作。集群存储技术通过将集群技术应用在存储系统中，实现了对海量数据的管理。集群系统可以分为对称结构和非对称结构。对称结构的集群中所有节点都是磁盘结构并提供数据的访问服务；非对称结构的集群中使用专用的元数据服务器维护文件系统和磁盘结构，并且提供元数据访问服务。

网络存储中涉及大量数据的计算、传输以及存储，数据的保护也就成为一个重要的环节。

数据保护就是对当前位置上的数据备份到其他介质上，当磁盘损坏或数据丢失时利用备份数据把原始数据恢复，最大限度降低损失。数据备份可以分为文件级备份和块级备份。文件级备份通过将数据以文件的形式读出，再将其存储在另一存储介质上，读出的文件在原来的介质上可以是不连续的，通过文件系统来管理这些不连续的块。备份至另一存储介质的文件在很大程度上是连续存放的。块级备份直接对扇区进行读取，将读取到的扇区写入新的磁盘对应的分区，不管块上有没有数据，备份之后原来不连续的文件仍然是不连续的，有很多碎片［3］。更高级的数据保护方法还有远程文件复制，远程磁盘镜像以及快照数据保护。

2.3 云存储

云存储是在云计算的基础上发展起来的，它是一个以数据管理和存储为核心的云计算系统，采取的是并行架构，具有海量的扩展能力，可以实现负载均衡，也便于管理。它能够实现存储虚拟化和自动化，通过网络技术、集群应用或分布式文件系统等功能，将网络中大量分散的各种类型的存储设备通过应用软件集合在一起协同工作，对外共同提供数据存储和业务访问的功能。对于用户，云存储不是具体的设备，而是一个由多个存储设备和服务器构成的集合，通过层次化的服务架构向用户提供所需的存储服务。其结构模型一般由存储层、基础管理层、应用接口层和访问层4个层组成，而网络存储技术在各个层都有应用。云存储系统的实现要以多种技术的发展为前提，其关键技术主要有宽带网络、WEB技术、应用存储、集群技术、网络技术和分布式文件系统、数据压缩技术、数据加密技术、重复数据删除技术、存储虚拟化技术、存储网络化管理技术等。可见云存储的应用已渗透至各种计算相关的领域，并且它的发展也依赖于多种技术的发展，在其发展道路上还要解决性能、可靠性、安全性和支持性等多方面的问题，才能为用户提供多样化的存储服务。