数据存储技术的原理

在过去40年中，计算领域发生了很大的变化，但是，计算机处理和产生数据的重要性却没有改变。数据一旦丢失，所有的计算能力就变得毫无价值。就像资本或智力财产一样，数据也成为一种可以共享的财富，需要加以存储和保护。

数据存储和存储管理技术起源于20世纪70年代的终端/主机计算模式。当时由于数据集中在北京网站设计主机上，因此，连接在主机上的硬盘和磁带是主要的存储和备份设备。80年代以后，随着个人计算机的发展，尤其是客户机/服务器模式的出现，数据存储逐渐分散化。此时网络上的文件服务器和数据库服务器往往是重要数据集中的地方。而客户机上也有一定数量的数据，数据的分布造成了数据存储管理的复杂化。

20世纪90年代，互联网的迅猛发展也使得存储技术发生了革命性的变化.这种变化主要体现在三个方面.首先，存储容量急剧膨胀，现在P.级(IP=250)存储已经屡见不鲜；其次，数据持续时间也在增加，互联网上的网络数据必须保证每天24小时、每周7天、每年365天处于可获得状态;最后，数据的多样化、地理上的分散性、对重要数据的保护等都对数据存储管理提出了更高的要求。

在这个过程中，磁盘存储无疑扮演着一个重要的角色。虽然磁盘存储器的容量在不断地增加，但是用户存储大量数据的需求也在不断上升，这就需要对磁盘存储进行扩展.目前使用的扩展磁盘存储的方法主要有廉价冗余磁盘阵列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks, RAID)、直接外挂存储(Directly Attached Storage, DAS)、网络附加存储(NetworkAttached Storage,NAS)和存储区域网络(Storage Area Network,SAN) 。

1.冗余磁盘阵列

磁盘阵列是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。冗余磁盘阵列技术于1987年由美国加州大学伯克利分校提出，最初的研制目的是组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用;同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会对数据的访问造成损失，从而开发出一定水平的数据保护技术，提升数据的安全性。

RAID技术已经成为一种工业标准，分为几个不同的等级，分别可以提供不同的速度、安全性和性价比。目前，获得业界广泛认同的RAID级别的定义有RAID 0, RAID 1, RAID0+1,RAID 3和 RAID 5等。

2.直接外挂存储

DAS这种存储方式与个人计算机的存储架构一样，外部存储设备都是直接挂接在服务器内部的总线上，数据存储设备是整个服务器结构的一部分。DAS存储方式主要适用于以下环境。

1)小型网络

因为网络规模较小，数据存储量小且不很复杂，所以采用这种存储方式对服务器的影响不会很大。这种存储方式十分经济，适合拥有小型网络的企业客户。

2)地理位置分散的网络

虽然企业总体网络规模较大，但在地理分布上很分散，通过SAN或NAS在它们之间进行互连非常困难。此时各分支机构的服务器则可采用DAS存储方式，以降低成本。

3)特殊应用服务器

在一些特殊应角服务器上，如集群服务器或某些数据库使用的原始分区，均要求存储设备直接连接到应用服务器。

3.网络附加存储

NAS采用独立于服务器、单独为网络数据存储而开发的一种文件服务器来连接存储设备，自成一个网络。这样数据存储就不再是服务器的附属，而是作为独立的网络结点存在于网络之中，可由所有的网络用户共享.NAS有以下优点。

(1)即插即用:NAS是网络中的独立存储结点，与用户的操作系统平台无关。

(2)存储部署简单:NAS不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需要的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简。

(3)存储设备位置非常灵活。

(4)‘管理容易且成本低:NAS数据存储方式是基干现有的企业Ethernet而设计的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的1/0方式进行数据传输。NAS的缺点是存储性能较低，可靠性不高。

4.存储区域网络

1991年，IBM公司在S/390服务器中推出T ESCON (Enterprise System Connection)技术，它是基于光纤介质、最大传输速率达17 Maps的服务器访问存储器的一种连接方式.在此基础上，进一步推出了功能更强的ESCON Director，构建了一套最原始的SAN系统。SAN存储方式创造了存储的网络化，存储的网络化顺应了计算机服务器体系结构网络化的趋势。SAN的支撑技术是光纤通道(Fibre Channel, FC)技术.FC技术支持HIPPI,IPI, SCSI , IP ,ATM等多种高级协议，其最大特性是将网络和设备的通信协议与传输物理

介质隔离开，这样，多种协议便可在同一个物理连接上同时传送。用光纤通道构建的SAN由以下三个部分组成。

·存储和备份设备:包括磁带、磁盘和光盘库等.
·光纤通道网络连接部件:包括主机总线适配卡、驱动程序、光缆、集线器、交换机、光纤通道和SCSI ( Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)间的桥接器.
·应用软件和管理软件:包括备份软件、存储资源管理软件和存储设备管理软件。

SAN的优势:

(1)网络部署容易。

(2)高存储性能。因为SAN采用了光纤通道技术，所以它具有更高的存储带宽，存储性能明显提高.SAN的光纤通道使用全双工串行通信方式来传输数据，传输速率高达1062. 5Mbps.

(3)良好的扩展能力.由于SAN采用了网络结构，因此扩展能力更强。光纤接口提供了10km的连接距离，这使得实现物理上分离、不在本地机房的存储变得非常容易。

NAS和SAN字面上很相似，都是新型数据存储模式。NAS通常是一个服务器群，如应用服务器、邮件服务器等，存储设备易于附加在这个系统上。SAN多部署于电子商务应用中，大量的数据备份和其他业务需要在网上频繁地存储和传输; SAN可以从用户的主网上卸掉大量的数据流量，可将网络从数据拥塞中解脱出来。SAN和NAS的功能是互为补充的，可以共存于一个网络中。