企业数据存储技术应用的发展趋势

面对数据爆炸性的膨胀，企业正面临前所未有的存储挑战。为了充分利用资源，减少重复投资，存储作为构成计算机系统的主要架构和电子商务的基础设施之一，不再仅是充当外围设备的角色，逐步从系统中独立出来，成为一个完整的系统。存储虚拟化、存储资源管理、数据迁移和灾难恢复等存储应用有了广阔的发展空间，这些功能的实现，又都离不开存储管理软件。企业存储信息，不仅仅是为了保存信息，而是要使用信息，为企业产生效益。虽然我国信息化程度与发达国家相比有不小的差距，但日益蓬勃的信息化建设，使得国内对存储的需求量迅速增长。IDC预测：2002年中国将占亚太区企业存储设备30％的市场份额，这些存储产品遍及金融、电信、政府、制造业、交通行业、流通业以及教育、科研院所和能源等各大行业。

数据存储技术应用现状

按照存储设备的连接方式，数据存储有以下三种形式 ：DAS、NAS和SAN。

DAS（Direct Access Storage）称为直接连接存储，是指与主机直接相连的存储技术，也就是磁盘或磁带系统等存储设备直接与主机相连。近年来，由于分布计算模型的广泛采用，企业中可能存在很多服务器，而且都带有各自的存储系统。这样，企业的信息就分散到各个服务器上，形成所谓的"信息孤岛"。这种现象不利于企业的信息整合，不利于企业利用综合信息做出正确决策。而且，它要求管理员能管理在地理上分散的不同平台的系统，使信息管理困难，从而降低管理效率。因此，这种存储技术不适合信息化社会对信息数据的存储管理要求。

NAS（Network Attached Storage ）称为网络附加存储。在NAS存储结构中，存储系统直接通过网络接口与网络直接相连，由用户通过网络访问。其作用类似于一个专用的文件服务器。它去掉了通用服务器原有的大多数计算功能，仅提供文件系统功能，不仅响应速度快，而且数据传输速率也很高。用于存储服务，大大降低了成本。

在NAS方案中，存储设备在功能上完全独立于网络中的主服务器，客户机与存储设备之间的数据访问已不再需要文件服务器的干预，允许客户机与存储设备之间进行直接的数据访问。利用专用的硬件软件构造的专用服务器，与其它资源独立，不会占用网络主服务器的系统资源，不需要在服务器上安装任何软件，不用关闭网络上的主服务器，就可以为网络增加存储设备。服务器则从原先的I/O负载中解脱出来。另外，它具有较好的协议独立性，支持Unix、NetWare、Windows NT、OS/2或Intranet WEB的数据访问，客户端也不需要任何专用的软件，安装简易，甚至可以充当其它机器的网络驱动器，可以方便的利用现有的管理工具进行管理。

NAS硬件产品主要有NAS硬盘服务器和NAS光盘镜像服务器。NAS改善了数据的可用性，NAS没有解决好的一个关键性问题，是其在备份过程中的带宽消耗，网络带宽要同时满足存储和正常的数据访问。不过，从使用方便性和性能价格比的角度出发，NAS依然是国内多数企业的首选结构。

SAN（Storage Area Network）称为存储区域网络，是专用于存储的高速局域网。SAN解决方案可扩展好、容错性能好、配置灵活性、支持异构服务器、有效减少总体成本。SAN允许用户对备份作业进行集中式管理，从而使管理更简便，备份资源利用率更高。SAN专注于企业级存储的特有问题。大多数分析都认为SAN是未来企业级的存储方案，这是因为SAN便于集成，能改善数据可用性及网络性能。

SAN主要用于存储量大的工作环境，如银行、ISP、电信等，但现在由于需求量不大、成本高、标准尚未确定等问题影响了SAN的市场，不过，随着这些用户业务量的增大，SAN也有着广泛的应用前景。

NAS和SAN适用于不同的应用领域，目前也呈现出融合的趋势。

数据存储技术应用发展趋势 基于IP协议的网络存储技术

现今，许多网络存储提供商致力于将SAN中使用的光纤通道设定为一种实用标准，但是其架构需要高昂的建设成本，远非一般企业所能够承受。与之相对，NAS技术虽然成本低廉，但是却受到带宽消耗的限制，无法完成大容量存储的应用，而且系统难以满足开放性的要求。

iSCSI的使用在以上两者之间架设了一道桥梁，它基于IP协议，却拥有SAN大容量集中开放式存储的品质。这对于一边要面对信息爆炸，另一边却身处"数据孤岛"的众多中小企业无疑具有巨大的吸引力。

iSCSI是基于IP协议的技术标准，实现了SCSI和TCP/IP协议的连接，对于以局域网为网络环境的用户，只需要不多的投资，就可以方便、快捷的对信息和数据进行交互式传输和管理。相对于以往的网络接入存储，iSCSI的产生解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题，其优越的性能使其自发布之始便受到市场的关注与青睐。

 iSCSI技术的使用方面可以为无法承担高成本的FC-SAN环境基础结构的中间市场客户提供利用SAN所带来的好处。iSCSI产品以中间市场为定位，一方面可以作为企业级光纤通道SAN的补充，可以实现不间断增长集中存储管理，并且可以和现有的IP网络技术进行良好的整合；另一方面，随着网络存储技术的发展，其将会同NAS系统进行全面的整合，成为一个独立的，与SAN系统并驾齐驱的发展领域。

随着新技术标准的制定，iSCSI必将成为存储领域内的最有发展前景的技术之一。其低廉、便捷、开放、安全、标准的诸多优异的品质在"未来"必将得到充分的完善与发展，从而成为一个充满生机与活力的发展方向，为广大的用户提供最为完善的网络存储服务。

目前互联网工程任务组IETF（The Internet Engineering Task Force）和存储网络工业协会等组织正在制订的IP存储标准有：FCIP(Fibre Channel over IP)、iFCP (Internet Fibre Channel Protocol)、iSNS(Internet Storage Name Service)和iSCSI（SCSI over IP）。

IP存储技术将分以下三个阶段发展：

第一，SAN扩展阶段：遵循FCIP或iFCP协议，利用FC-IP桥、FC-IP路由器或FC-IP网关将超过光纤通道允许距离的FC-SAN连接到IP网络上。

第二，有限范围的IP存储：小范围地实现基于IP的SAN，或将iSCSI卡集成到NAS存储设备上，以支持数据块形式的I/O访问。

第三，IP SAN：主机通过带TCP卸载引擎（TOE）的iSCSI HBA接至IP网络，访问iSCSI存储设备，真正实现全球iSCSI SAN。

从存储系统管理层次上iSCSI SAN可分为三大组成部分：iSCSI磁盘阵列等iSCSI存储设备、IP网（包括IP交换机或IP路由器）、iSCSI服务器及存储管理软件。每个iSCSI服务器和iSCSI存储设备都支持以太网接口和iSCSI协议，从而可以作为一个网络实体直接连接IP交换机或IP路由器。

基于InfiniBand的网络存储技术

InfiniBand是一种新的I/O体系结构，它将I/O系统与复杂的CPU/Mem分开，采用基于通道的高速串行链路和可扩展的光纤交换网络替代共享总线结构，提供了高带宽、低延迟、可扩展的I/O互连，克服了传统的共享I/O总线结构的种种弊端。

InfiniBand也是一种新的互连技术，它不仅可用于服务器内部的互连、服务器之间的互连、集群系统的互连，还可用于存储系统的互连，组建基于InfinBand的SAN。InfiniBand采用基于包交换的高速交换网络技术，可采用光纤或铜线实现连接，单线传输速率为2.5Gb/s，可通过2、4或12线并行来扩展通道带宽，带宽高达2.5、10、30Gb/s（1x、4x、12x线）。

InfiniBand SAN主要具有如下特性：

1. 可伸缩的Switched Fabric互连结构；

2. 由硬件实现的传输层互连高效、可靠；

3. 支持多个虚信道（Virtual Lanes）；

4. 硬件实现自动的路径变换(path migration ) ；

5. 高带宽，总带宽随IB-Switch规模成倍增长，如： 8-port switch（1x、4x、12x）带宽分别为 2.5、10、30GB/s， 16-port switch（1x、4x、12x）带宽分别为 5、20、60GB/s；

6. 支持SCSI远程DMA协议（SRP），基于InfiniBand提供的硬件传输机构，采用SCSI封装协议，实现高速、低延迟的远程DMA传输，一次传输量多达4K Blocks；

7. 具有较高的容错性和抗毁性，支持热拔插，高可靠性、可用性、可维护性（RAS）。

虚拟存储技术

虚拟存储技术发展非常迅速。虚拟存储技术可提高存储设备利用率，通过动态地管理磁盘空间，虚拟存储技术可以避免磁盘空间被无效占用。目前虚拟技术已经引起了几乎所有存储系统厂商的关注，采用虚拟存储技术的设备将成为市场的新主流。

存储虚拟化将不同接口协议的物理存储设备整合成一个虚拟存储池，根据需要为主机创建并提供等效于本地逻辑设备的虚拟存储卷。虚拟存储技术正逐步成为共享存储管理的主流技术。虚拟存储系统结构及与之对应的三种虚拟存储技术是 ：基于主机的、基于网络的、基于存储设备的虚拟存储技术。

虚拟存储系统结构包括如下三部分组成：

1. 运行于主机的存储管理软件；

2. 互连网络；

3. 磁盘阵列等网络存储设备。

基于主机的虚拟存储

基于主机的虚拟存储完全依赖存储管理软件，无需任何附加硬件。基于主机的存储管理软件，在系统和应用级上实现多机间的共享存储、存储资源管理（存储媒介、卷、文件管理）、数据复制和数据迁移、远程备份、集群系统、灾难恢复等存储管理任务。

基于主机的虚拟存储可分为两个层次：

1. 数据块以上虚拟层（Virtualization above Block）： 是存储系统虚拟化的最顶层，它通过文件系统和数据库给应用程序提供一个虚拟数据视图，屏蔽了底层实现。

2. 数据块存储虚拟层（Block storage Virtualization）：通过基于主机的卷管理程序和附加设备接口，给主机提供一个整合的存储访问视图。卷管理程序为虚拟存储设备创建逻辑卷，并负责数据块I/O请求的路由。

基于网络的虚拟存储

网络虚拟层包括绑定管理软件的存储服务器和网络互连设备。基于网络的虚拟化是在网络设备之间实现存储虚拟化功能，它将类似于卷管理的功能扩展到整个存储网络，负责管理Host视图、共享存储资源、数据复制、数据迁移以及远程备份等，并对数据路径进行管理避免性能瓶颈。

基于网络的虚拟存储可采用对称的或非对称的虚拟存储架构。

非对称结构（Out-of-Band）

虚拟存储控制器处于系统数据通路之外，不直接参与数据的传输，服务器可以直接经过标准的交换机对存储设备进行访问。虚拟存储控制器对所有存储设备进行配置，并将配置信息提交给所有服务器。服务器在访问存储设备时，不再经过虚拟存储控制器，而是直接使存储设备并发工作，同样达到了增大传输带宽的目的。

对称结构（In-Band）

虚拟存储控制设备直接位于服务器和存储设备之间，利用运行其上的存储管理软件来管理和配置所有存储设备，组成一个大型的存储池，其中的若干存储设备以一个逻辑分区的形式，被系统中所有服务器访问。虚拟存储控制设备有多个数据通路与存储设备连接，多个存储设备并发工作，所以系统总的存储设备访问速率可以达到较高水平。

非对称结构控制信息和数据走不同的路径，而对称结构控制信息和数据走同一条通道，所以非对称结构比对称结构具有更好的可扩展性。非对称结构性能和可扩展性比较好，但安全性不高。对称结构中，虚拟存储控制设备可能成为瓶颈，并易出现单点故障；由于不再是标准的SAN结构，对称结构的开放型和互操作性差。

基于存储设备的虚拟存储

存储设备虚拟层管理共享存储资源并匹配可用资源和访问请求。基于存储设备的虚拟方法目前最常用的是虚拟磁盘。虚拟磁盘是指把多个物理磁盘按照一定方式组织起来形成一个标准的虚拟逻辑设备。虚拟磁盘主要由如下几部分组成：

1. 功能设备：是主机所看到的虚拟逻辑单元，可以当作一个标准的磁盘设备使用。

2. 管理器：它通过一系列"逻辑磁道与物理磁道"指针转换表，完成逻辑磁盘卷到物理磁盘卷的间接地址映射。

3. 物理磁盘 ：用于存储的物理设备。

虚拟磁盘提供了远远大于磁盘实际物理容量的虚拟空间；不管功能磁盘分配了多少空间，如果没有数据写到虚拟磁盘上，就不会占用任何物理磁盘空间。数据按照控制器内部的性能优化算法被存储到后台的物理磁盘上。这样，数据被有效地分布到后台的所有磁盘上，消除了对物理磁盘的竞争所造成的性能瓶颈。当数据更新时，数据并不会被写回原来的位置，极大地改善了更新操作的性能。

数字时代的存储技术正由一个前景非常广阔的市场所支撑，但目前我国信息存储技术研究和开发的力度还很小，国内尚缺乏具有自主知识产权和高度安全可靠性的网络存储产品，RAID、NAS和SAN存储技术都值得深入研究和开发，其增值空间大，市场需求强烈，可以形成我国IT产业新的经济增长点。

方粮，计算机体系结构专业博士，中国计算机学会信息存储技术专业委员会秘书长，国防科学技术大学计算机学院研究员。从事国家重点项目巨型计算机系统、国家自然科学基金项目、国家高技术863项目的研制中存储相关项目与课题的研究，主要研究领域包括高性能计算机体系结构、信息存储系统、大规模集成电路设计。

有人把存储市场的发展概括为如下四个阶段：第一阶段是计算机刚刚进入应用领域，数据存储市场只能局限在一个非常狭窄的范围内。第二阶段是计算机走出了单纯的数字信息计算时代，数据存储市场开始从商用扩大到个人用户领域。第三阶段是多媒体信息时代，存储市场出现了"容量与移动"的需求。第四阶段则是数据的存储从相对固定完全走向流动和互动，中量存储需求日益高涨。中国存储市场正处于跨越第三到第四阶段的关键时刻。据CCID预测，随着信息化建设的逐步深化，存储投入在信息系统建设中所占比重将会增大，到2006年中国存储系统市场规模将达到74.7亿元。然而市场要靠技术和需求推动。挺进存储市场，占领存储市场，瓜分存储市场成为各路诸侯的首要任务。众多IT巨头纷纷调整市场战略，使尽各种看家本领，意欲迅速在市场中找到自己有利的地位。本刊专门采访了六家存储巨头，看看他们是如何演绎存储之道，对中国未来的存储市场又是如何展望的。