（计算机应用技术专业论文）基于san的存储网络管理系统的研究.pdf

摘要 摘要 存储区域网( s t o r a g ea r e an e t w o r k ，s a n ) 为满足日益增长的数据存储需求 提供了坚实的基础，但与传统网络相比，存储区域网的构成和管理更加复杂隅 此必须提供高效的网络管理方案，才能充分发挥存储区域网的优点。 本文对传统网络管理思想进行了较为深入的分析和研究，针对存储区域刚的 特点总结了传统存储网络管理的不足。为了满足存储资源的管理、异构平台的数 据共享、存储系统可用性和可扩展性等方面的要求，采用r 存储虚拟化技术，并 分析了网络级存储虚拟化的实现方式及关键技术，给出了一种具体的方案。在此 基础之上又给出了新的s a n 实现模型，并讨论了此s a n 实现模型的r - 作原理及 它的存储管理、文件共享、文件的访问和互斥等。 随着网络技术的发展，存储区域网在社会各个领域内的应用将更j “泛，列存 储区域网络性能的要求也会越来越高。继续深入研究数据存储技术和存储区域网 络管理将具有更加重要的理论意义和应用前景。 关键词存储区域网；存储管理；文件共享；存储虚拟化；存储域服务器 r e s e a r c ho fa s t o r a g em a n a g e m e n t s y s t e m b a s e do ns a n p r i n c i p l e a b s t r a c t as t o r a g ea r e an e t w o r k ( s a n ) p r o v i d e saf i r mf u n d a r n e n tf o ri n c r e a s i n g d a t a s t o r a g er e q u e s t c o m p a r i n gw i t ht r a d i t i o n a ln e t w o r k s t o r a g ea r e an e t w o r ki sm o r e c o m p l e xa n dd i f f i c u l tt om a n a g e ，s oi ti sv e r yi m p o r t a n ta n du r g e n tt h a tw ep r o v i d ea n e f f e c t i v en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m i no r d e rt op r o v i d ean e we f f e c t i v en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ，w em a k ea l l o v e r a l lr e s e a r c h f i r s t l yt h ea u t h o ra n a l y s e st h en o t i o no ft h et r a d i t i o n a ln e t w o r k m a n a g e m e n ta n ds u m m a r i z e st h ed e f e c ta c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fs a n 。 s e c o n d l y ，t h ea u t h o rp r o p o s e ss t o r a g ev i r t u a l i z a t i o n ( s v ) t e c h n o l o g y s vc a l lb eu s e d t os a r i s f yt h ed e m a n do fs t o r a g er e s o u r c em a n a g e m e n t ，s h a r i n go fd a t ab e t w e e n h e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m s ，t h ea v a i l a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yo ft h es t o r a g es y s t e m t h e p a p e ra n a l y s e st h ei m p l e m e n t a t i o no f t h en e t w o r kl e v e lv i r t u a l i z a t i o nm a d g i v e s ad e s i g n o fi t b a s e do nn e wn e t w o r km a n a g e m e n tp r i n c i p l ea n ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ，t h ep a p e r g i v e sai m p l e m e n t a t i o nm o d e lo fs a na n di n t r o d u c e si t so p e r a t i o n a lp r i n c i p l e ，a n d m a i n l yd i s c u s s e ss o m eq u e s t i o n sa b o u ts t o r a g e m a n a g e m e n t ，f i l es h a r i n g ，f i l e a c c e s s i n g ，f i l em u t e x ，e t c w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r k ，d a t as t o r a g et e c h n o l o g ya n ds t o r a g ea r e a n e t w o r kw i l lb ew i d e l yu s e di nd i f f e r e n ta s p e c t t h ef f f 曲e rr e s e a r c ho fd a t as t o r a g e t e c h n o l o g ya n ds t o r a g ea r e an e t w o r kw i l lh a v eg r e a tt h e o r e t i c a lv a l u e ，e c o n o m i cw o r t h a n db r o a da p p l i c a t i o nf u t u r e k e y w o r ds t o r a g ea r e an e t w o r k ( s a n ) ；s t o r a g em a n a g e m e n t ； f i l e s h a r i n g ；s t o r a g ev i r t u a l i z a t i o n ；s t o r a g ed o m a i ns e r v e r i i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 信息技术的日新月异使得数字化信息呈爆炸性增长，使得我们对数搬存 储的需求急剧攀升，对海量存储及其管理提出了迫切的需求。通过网络殷其 互联柬实现数据和文件以及相关资源的共享成为当今主流。实际上，数字技 术的落脚点在任何时候都是处理、传输和存储技术的三三位一体，缺一小i ，f 。 数据存储技术一直都在发展与进步，但它一直在后台，被处理技术和网络技 术的光辉所掩盖，现在它终于走上了前台，成为数字化舞台的主角之。 随着越来越多的关键信息转变为数字形式，使计算机应用对存储技术产 生了新的需求。当前，信息存储应用呈现出如下一些新特点： 数据已成为最宝贵的财富 数据量不断增长 全天候服务已成大势 存储管理和维护自动化 - 多平台的互操作性和数据共享 因此，现代存储系统应具有高可靠性、高可用性、高性能( i o 率和数传 率) 、动态可扩展性、易维护性和开放性等多方面的要求，而目前国内所使用 的存储系统还远不能满足这些要求因此对现有的存储技术提出，挑战，刺 激了各种存储新技术的研究和发展。 为了迎接这种挑战，国外的学术界和工业界都投入了大量的人力及物力 进行研究与开发。人们从存储机理、器件与设备、接口与通道、系统结构和 存储软件等各方面进行了大量的研究。当前，存储技术的发展十分迅速，所 涉及的范围也十分广泛，并与当前其它计算机热点技术的发展方向密坷；可分， 如网络、集群系统、数据库、嵌入式系统等。但是，归结起来，存储技术的 发展可以归纳为三个方向，d a s ( d i r e c ta t t a c h e ds y s t e m ) 、n a s ( n e t w o r k a t t a c h e ds y s t e m ) 和s a n ( s t o r a g ea r e an e t w o r k ) ，从存储系统的组成 ：则 可分为三大部分：磁盘阵列、互连和网络子系统、存储管理软件。 存储区域网络s a n 技术带来了全新的存储结构与存储理念，使存储技术跃 河北大学工学硕士学位论文 上了新台阶。s a n 是专门连接存储外围设备和服务器的网络。它通常包括服务器、 外部存储设备、服务器适配器、集线器、交换机以及网络、存储管理工具等【1 1 。s a n 在综合了网络的灵活性、可管理性及可扩展性的同时，提高了网络的带宽和存储 i o 的可靠性。它降低了存储管理费用，并平衡了开放式系统服务器的存储能j 和 性能。s a n 独立于应用服务器网络系统之外，拥有几乎无限的存储能力，它采用 高速的光纤通道作为传输媒介，f c ( 光纤通道，f i b e rc h a n n e l ) + s c s i 的应用协议 作为存储访问协议，将存储系统网络化，实现了真正高速的共享存储。目前，s a n 已成为理想的存储管理和应用模式。 1 2 研究现状 s a n 产品和存储管理软件的研究与开发己成为一个热点，许多的著名l ，i 企业，如h p 、 i b m 、e m c 、s u n 等，都投入大量资金和人员进行研究。 存储区域网络工业协会( s t o r a g e n e t w o r k i n d u s t r y a s s o c i a t i o n ) 号门成垃丁 个分支机构s n m w g ( s t o r a g en e t w o r km a n a g e m e n tw o r k i n gg r o u p ) 来致力 于解决存储区域网络管理所面临的问题。总的来说，存储区域网络管理妓水 的研究在国外已经有了一定的发展，出现了很多各具特色的存储管理软件。 在国内，学术界、工业界和有关部门虽然己经意识到信息存储技术浪潮的到 来及其重要性，也投入了很多资源来进行研究，但目前还没有自 知i ： ； 产权 的产品问世，主要是代理国外厂商的软件产品。如下是些知名的s a n 产品， 1 l e g a t on e t w o r k e r l e g a t o 企业存储管理软件是一个用于异构客户机j l r 务器计算环境的企 业存储管理全面解决方案。l e g a t o 存储管理系列提供对关键业务数据的有效 保护。它提供备份、恢复、存档和自动灾难恢复等功能。在所有的存储管理 产品中，l e g a t o 存储管理软件拥有最多的客户。l e g a t on e t w o r k e r 是。个能 够完全解决异构企业网络环境存储管理需求的集成化产品。n e t w o r k e r 提供厂 使用集成化方案保护多平台环境中数据所必需的可管理性、可用性和高件能。 它具有以下主要特点： 灵活性高 l e g a t on e t w o r k e r 是基于客户机服务器结构的，并且由三个不同的组 件构成，这三个组件分别是c l i e n t 、s t o r a g en o d e 和s e r v e r 。这种三层式结构 为保护和管理复杂的企业网络数据提供了充分的灵活性和可伸缩性。 支持多种平台和数据库 第1 荦绪论 l e g a t o n e t w o r k e r 可用于多种操作平台，包括绝大多数常用的u n i x 平台、 w i n d o w sn 1 、和l i n u x 等。n e t w o r k e r 支持的数据库和应用包括m i c r o s o f ls q l ， s e r v e r 、l o t u sn o t e s 、i b md b 2 、s a pr 3 、o r a c l e 、i n f o r m i x 和s y b a s e 等。 可定制功能 l e g a t on e t w o r k e rb u s i n e s ss u i t e 模块允许用户对所有主流数据库和随 n 定制热备份和恢复功能。此外，该方案还专门提供了l e g a t on e t w o r k e r r e m o t e ，为基于w i n d o w s 的桌面机和便携机提供企业级数据保护和灾难恢复 功能。 易于管理 l e g a t og e m s 为整个企业网上的存储备份操作提供了统一的控制和管理 接口。系统管理员可以从企业i n t r a n e t 上任何一台装有l e g a t og e m s 系统的 机器上对企业异构网络环境中的存储资源进行配置、控制和管理。而l e g a t o g e m sr e p o r t e r 可以实时向系统管理员报告备份状态信息。 对数据进行有效的保护是推动s a n 被采用的一个关键因素。l e g a t o 的企 业存储管理结构( e s m a ) 使用户可以充分利用s a n 存储结构提供的好处。 l e g a t o 的n e t w o r k e r 存储节点( s t o r a g en o d e ) 使大量的商业关键应用数挢 能在中央n e t w o r k e r 服务器的控制下直接备份到磁带上。这种方案利崩了 3 c o m 公司光纤通道连嬲硬件提供的带宽优势，使得用户能够将备份通信从 l a n 上移到s a n 中，大大减少了企业l a n 的负载。 s a n 系统允许磁盘库被连接到多个服务器上。由l e g a t os m a r t m e d i a 负 责管理它们之间的传输媒介和设备间的共享以及发送给中央服务器的传输请 求。l e g a t o 的企业数据保护方案选用m t i 的自动d l t 磁盘库，町以存储多达 1 0 0 t b 的数据。这一方案既能够满足采用集中式备份模式企业的备份、恢复 和存档需求。也可以满足那些采用分布式或远程备份战略企业的需求。 i 】此 可见，l e g a t o 的存储管理和数据保护软件、3 c o m 公司的光纤通道连网没备和 m t i 的磁盘库结合在一起，为企业提供了一套完整的数据备份和灾难恢复方 案。 2y e r i t a sn e t b a c k u p v e r i t a ss o f t w a r e 公司的存储管理工具利用从通信接口层收集的信息管理 存储资源，同时该公司的集成化离线管理工具还支持全面的数据备份、恢复、 磁带管理和存档方案。 在全球2 0 0 0 家最大的公司中，有1 5 0 0 多家是该公司的客户。全球事要 铷北人学工学硕l 学位论文 ! ! ! ! ! ! ! ! 自自- _ ! ! ! ! ! e e _ e | 目! e e ! l - _ _ i 自e ! _ 1 一i ! ! ! ! ! ! _ ! ! ! ! ! 女! ! ! ! ! 的计算机公司中，有超过一半的公司在其硬件中嵌入了v e r i t a s 存储管 g 按术， 以此作为整个计算方案的一部分。大部分主机制造商，包括s u n 、h p 、d a t a g e n e r a l 和c o m p a q 等，都在其高端服务器中都集成了v e r i t a s 存储方案。 n e t b a c k u p 是v e r i t a s 全面数据管理方案的关键组件。它提供用于w i n d o w s n t 和u n i x 平台的备份和恢复功能，还支持m i c r o s o f tb a c k o f f i c e 应用，诸如 s q ls e r v e r 、e x c h a n g e 以及o r a c l e 和s a pr 3 数据库的在线备份等。n e t b a c k u p 利用原生的f a i 捕捉数据而不必关闭应用，从而保证所有数据一种都是可 j 的。经常与v e r i t a sn e t b a c k u p 模块一起使用的是v e r i t a sf o u n d a t i o ns u i t e ，它 包括v o l u m em a n a g e r 和f i l es y s t e m 模块，主要用于异构系统的存储管理和支 持。 n e t b a e k u p 可以识别不同的数据类型并且允许按管理员事先确定的厥则 进行存储。网络管理员可以对数据的任何子集采用不同的存储规则丽不会影 响服务器的其他数据子集。此外，该软件还可以支持远程管理，网络管理员 可以从企业网土的任何终端快速地安装、配置和修改整个网络的存储环境。 n e t b a c k u p 提供了完善的磁带管理功能，支持所有重要的磁带存储设备。 它提供了多重备份和恢复功能，能够从一个或多个客户机服务器中同时将 多个数据流读取或写到一个或多个磁带e ，因此备份效率极高。n e t b a c k u p 使用非专用的磁带格式，能够创建兼容t a r 格式的磁带。它提供的磁带库共 享功能允许用户共享具有多个n e t b a c k u p 服务器的磁带库。从而犬大i 犟低了 存储备份的成本。 n e t b a c k u p 具有可靠的数据保护功能。它是第一个使用基 ：主服务器、 中间服务器和客户机的分布式结构备份产品，这种独特的结构使它不仅具柏 商效率，而且十分可靠。当某一台服务器发生故障时，系统能自动将客户端 备份任务重新分配给其他服务器完成。保证了备份操作的不间断。此外 n e t b a c k u p 还具有数据加密功能，美国和加拿大的用户呵使用5 6 比特长度的 加密，其他国家的用户可使用4 0 比他长度的加密。这是其他几种数据备份方 案都没有的特性。 n e t b a c k u p 提供了灵活而健壮的管理功能。它能进行远程g i l l 管理，可 以对来自包括拨号网络在内的企业i n t r a n e t 上的所有远程设备进行备份和恢 复，允许系统管理员根据数据重要性的不同确定不同的备份优先级，并u 据 此对企业网络带宽进行控制，以保证n e t b a c k u p 拥有足够的带宽进行备份操 作。n e t b a c k u p 提供了备份进度指示条，用户能以图形化的方式随时查看彳弁 4 第1 章绪论 份的进度，还可以报告磁带的使用情况以及驱动器的配置状况等。 n e t b a c k u p 允许将存储设备( 如磁盘库) 放置到任意指定位霞。较大的 服务器可以拥有与之直接相连的磁盘库，以便将网罗通信流量减到最少：较 小的客户端系统集群可以根据不同需求进行集成，例如，你可以把相同的数 据类型归为一组。这种方法不仅减轻了管理的复杂性，而且减少j ，网络通信 流量。整个系统的存储管理性能通过多重备份得到进一步的提高。 在数据的灾难恢复操作期间，恢复性能变得比备份速率更加重爱。 n e t b a c k u p 特别提供了多重恢复功能。数据可并行恢复到各个磁盛上，并通 过网络写入客户机或本地主服务器的磁盘、这种方式减少了数掘恢复的8 问， 对一些关键任务应用来说是必不可少的。 3 i b m3 4 6 6n e t w o r ks t o r a g em a n a g e r i b m 的企业数据存储管理方案a d s m 是一个集成化的企业网络备份、存 档、存储管理和灾难恢复解决方案。随着企业网络的不断发展，客户对存锸、 管理和存档重要商业数据的要求不断在提高，因此i b m 的t i v o l i 部门计划通 过改进性能、支持s a n 、支持更多的平台、数据库和应用等改进a d s m 。 i b m3 4 6 6 网络存储管理器是用于企业网络的负载存储管理方案。它以 i b m 的s e a s c a p e 结构为基础。s e a s c a p e 集成了i b m 的主要技术，包括强大的 存储服务器和高级的软件功能，以此提供高可靠的、可伸缩的存储方案。它 几乎支持每一种连网标准和3 0 多种操作平台。它的主要特点是： 灵活性高且适用性强 i b m 3 4 6 6 网路存储管理器适用性很广。由于使用ti b m 业界领先的存储 技术，因此它提供了许多内置的硬件和软件特性，并以此为基础提供数据的 自动备份和恢复、高级存储管理、存储和多平台上关键数据的灾难恢复等功 能。由于带有一个r i s c 处理器和i b ma d s t a r 分布式存储管理器 ( a d s m ) ，i b m3 4 6 6 网络存储管理器可随用户业务需求的变化而随时进行 升级。 i b m3 4 6 6 的所有模块都提供了一个高速串行存储结构( s s a ) 磁盘，每 个磁盘提供了3 6 4 2 g 的存储空问，使用的i b m 磁带技术包括m a g s t a r 和 m a g s t a r m p 等，这些可靠的高性能磁带库能够提供1 4 0 t b p s 的压缩数据， 完全可以满足用户的各种需求。 备份成本低 出于使用了i b m 先进的a d s m 客户机n 务器软件，i b m3 4 6 6 网络存能 5 州北丈学： 学硕士学位论文 管理器提供了优秀的数据完整性和自动存储管理功能。使用网络存储管理器， 可以对网络工作站、桌i 面机、数据库和文件服务器定期进行自动备份。i b m 3 4 6 6 在进行备份时，只对变化了的信息进行备份，因此最大限度地降低了衙 份工作量，对网络性能的影响极少。系统管理员可以通过一个攥予w e b 【：| 勺中 央控制台管理分布式数据，因此只需占用很少的系统资源。对于部署了多台 网络存储管理器的企业而言，服务器之间的通信允许系统存储池数据的相互 转换，从而通过服务器间的数据共享，减少总的存储成本。此外，【小ra d s m 具有丰富的功能，因此灾难恢复的规划、准备和执行过程都相对简单。 易于设置和管理 i b m3 4 6 6 存储管理服务器设置终端用户很简单。系统提供了一个阁形用 户接口，允许系统管理员处理从安排备份到增加新客户端的所有操作。维护 i b m3 4 6 6 网络存储管理器也很容易和简单。 多平台和数据库支持 i b m3 4 6 6 存储管理器支持! 多种平台和网络操作系统。它支持s u n 、h p 、 d e c 、i b m 、m i c r o s o f t 、s i l i c o ng r a p h i c s 和n o v e l l 等公司的3 0 多种服务器和 工作站平台以及i b ma d s m 支持的其他平台。支持的数据库包括o r a c l e 、 d b 2 、i n f o r m i x 、s y b a s e 、l o t u sn o t e s 和s a p r 3 等。 1 3 主要工作 存储技术作为一个j e 在迅速发展的技术，其市场前景非常广阔。所以对 数据存储技术的研究既有理论价值，更有实际应用价值。木文就是作者对自 己所作研究工作的一个总结。 本文自先对存储区域网的基本概念和主要特点进行了详细的介绍；然后 对传统的网络管理思想进行了深入的分析，阐述了传统的网络管理系统的不 足之处，讨论了存储区域网的管理及其需要解决的主要问题，主要内容包括： 1 分析了传统的数据存储模型，总结了传统存储模型的局限性，详细蜊 述了存储区域网的概念、特点和当前应用、所面临的挑战等问题，对存储网 络的前沿技术及发展趋势作了介绍。 2 对存储虚拟化技术进行了讨论。 3 分析了存储网络的文件共享技术要点，并提出了几种解决力法。 4 给出了一个s a n ：耍现模型，并对其中的资源管理，文件访问，文件北 享进行r 研究。 享进行了研究。 6 第l 苹绪沧 1 4 论文结构 全文的组织结构如下： 第一章：绪论 第二章：存储网络概述 第三章：存储区域网s a n 第四章：s a n 中存储虚拟化研究 第五章：s a n 中的文件共享技术 第六章：s a n 存储管理的研究 第七章：结束语 参考文献 致谢 。，。，。， 。，。鎏i ! 奎兰三茎2 生茎堡! ：i 三。一。，。 。，。，! 第2 章存储网络概述 2 1 存储系统概述 早期的存储系统是计算机系统的一部分，大多以存储设备形，出现。 算机系统可以通过总线连接到磁盘，或者通过i o 系统与磁盘系统相连，； 算机基本上 是以单机方式工作的1 2 1 。随着网络的发展，数据的存储也逐渐d j 单机向多机方式和专用机发展，数据的共享与传递也逐渐从依赖 机系统向 依赖网络系统发展。当前，应用业务系统有向多服务器、多数据源演变的趋 势【3 l 。在大型企业应用和因特网发布系统中，安装数十台服务器己经很常见。 但过于分散的数据资源，会给访问和管理带来困难。因此，数据存储问题备 受关注。 按照与服务器的连接方式，存储系统大致可以分成三种类型： 直接连接存储( d i r e c ta t t a c h e ds t o r a g e ，d a s ) d a s 又称为以服务器为中心的存储体系，主机与硬盘或阵列是通过s c s i ( s m a l lc o m p u t e rs y s t e mi n t e r f a c e ，小型计算机系统接口) 连接方式连接的。 其特征为存储设备是通用服务器的一部分【4 ，该服务器同时提供应用程亭的 运行，例如视频流、数据库等服务。数据的输入输出由服务器负责，印：客 户端要想对存储设备进行访问，必须首先由服务器上的文件系统通过s c s i 通道把文件以数据堤方式一块一块地写到磁盘的磁道上。读取时刚刚相反的 把磁道的数据块一块块地读取回来，通过文件系统把这些数据块重新组成为 原来的文件然后供应用或客户端使用。数据访问与操作系统、文件系统幂 j 服 务程序紧密相关。当用户数目增加或服务器正在提供服务时，响应会变慢。 在网络带宽足够的情况下，服务器本身成为数据i o 的瓶颈。当前绝大多数 存储系统都属于这种类型。 网络连接存储( n e t w o r k a t t a c h e ds t o r a g e ，n a s ) 这种存储方式是以网络为基础的存储技术。n a s 是直接与基本通信网络 相连接的磁盘阵列，一般通过诸如以太网之类的局域网接口接入网络，并使 用通用的通信协议。在客户机n 务器体系中，n a s 扮演的是一个文件服务器 的角色引。它具有中央处理器，安装有操作系统。或是操作系统的微型内核 ( 瘦操作系统) ，并能够处理s m b ( s e r v i c em e s s a g eb l o c k ，服务消息块) 、 第2 章存储网络概述 n f s( n e t w o r kf i l es y s t e m ，网络文件系统) 和c i f s ( c o m m o ni n t e r n e tf i l e s y s t e m ，通用网络文件系统) 之类的文件i 0 协议。正因为支持多种协议，所 以能够在异构的服务器f i 】共享数据，这一点在w i n d o w s 和u n i x 混合环境下 是1 _ 分重要的。n a s 也是一种集中化数据存储形式，便于维护和管理。但是 n a s 是基于传统以太网络的存取设备，虽然减轻了服务器所承担的压力，世铅必 严重增加网络的负荷。而且无论存储磁盘的速度有多快，存取速度 可能与 网络带宽所允许的速度一样快。即n a s 达到高性能的前提条件是嘲络带宽足 够，否则其性能将急剧下降。 存储区域网络( s t o r a g ea r e an e t w o r k ，s a n ) s a n 也是一种以网络为基础的存储技术，一般采用光纤环路和光纤交换 机技术连接服务器和存储系统【6 】。从结构上看，服务器和数据存储系统州7 ： 独立。将存储设备连接到集线器或交换机上，便于扩展系统规模。在s a nr ， 所有c 勺存储设备和存储数据均可采用集中化管理使得整个存储系统具仃可 伸缩性【7 1 。并且，可以通过存储设备的集群方式而达到商可用度。s a n 构矬于 基于光纤的专用数据网络【8 】可以提供极高的带宽( 新的f c 标准可使带宽达 到4 g b ) ，不必担心由于带宽不足而引起的性能下降。 从软件角度来看，上述三种类型存储系统的体系结构是不样的。 在d a s 中，应用与存储是一体化的，通过系统总线访问存储殴备；n a s 是应用与存储分离的系统，应用服务器通过l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ，局 域网) 访问文件存储系统，通常n a s 以标准化访问协议( 如n f s ) 提供服 务；在s a n 中，文件系统与存储系统完全分离，存储系统实际上成为能够运 行应用程序的服务器设备。 2 2 传统存储系统存在的弊端 传统的存储体系采用的大都是直接连接存储( d a s ) 的方式。我们以目 前的网络服务器的使用方式( 假设所有的存储设备都是以d a s 的方式连接到 服务器j ：) 为例来说明传统存储体系的弊端。 为了对用户的请求提供服务，存储网络需要具有可扩展的容量。多数存 储网采用了负载均衡( l o a d b a l a n c i n g ) 技术以实现c p u ( c e n t e rp r o c e s s u n i t 中央处理器) 能力的扩展。使用服务器负载硬件设备( 一般为网络交换机) 。 负载均衡交换机位于传输网络( i n t e r n e t ) 和服务器之间。服务器负载均衡如 图2 。1 所示： 一9 河北大学工学颁七学位论文 圄圄 图2 1 传统的存储网络 从图2 1 可知：每个服务器是一个孤岛一它的存储设备只能被自己访问。 如果s e r v e r l 需要使用s e r v e r 2 上的数据，那么必须将s e r v e r l 的数据复制到 s e r v e r 2 。另外，当接收到访问请求时，负载均衡设备首先获取这一请求，并 从服务器池中选择一台特定的服务器来处理它。当需要更多的c p u 能力时， 站点管理员只要购买并安装更多的服务器硬件就可以适应需求的增长。此处 的关键问题是：传送给每个客户端的数据应该是相同的，这就意味着每台服 务器都要对发送的所有数据保存一份本地副本，这就是存储扩展问题的症结 所在，d a s 存储方式意味着所有服务器都必须保存全部数据的份副本，这 导致了三个问题： 如何保持所有服务器上的所有数据副本的同步性。倘若存储数据被更新， 增加或是删除，那就需要在每台服务器的本地磁盘上进行修改。 如何为整个站点增加存储容量，如果需要更多的存储容量t 那么每台服 务器就需要增加磁盘容量，如果服务器的存储容量达到了上限，那就不能再 增加数据，每台服务器都要被拆下来，安装新磁盘。 当需要更多的c p u 能力时，如何添加服务器，负载均衡服务器允许添加 服务器，但是并没有解决存储复制或是增长的问题，当增加新的服务器日j ， 第2 章 存储网络概述 需要为每台服务器购买额外的磁盘存储设备。 2 3s a n 的引入 随着实际应用对存储提出的新的要求，s a n 应运而生。 s a n 是独立于服务器网络系统之外几乎拥有无限存储能力的高速存储网络， 这种网络采用高速的光纤通道作为传输媒体，以f c ( f i b e rc h a n n e l ，光通 道) + s c s i ( s m a l lc o m p u t e rs y s t e mi n t e r f a c e 小型计算机系统接口) 的应用协议作为 存储访问协议，将存储子系统网络化，实现了真正高速共享存储的目标。简单酿 来，s a n 可以使所有的服务器共享所有的存储设备。s a n 就是在服务器和存 储设备之间的高速，可靠的网络。此网络包括各种交换机，集线器，网桥以 及它们之间的接口等；服务器可以是安装有不同操作系统的不同机型的服务 器存储设备可以是磁盘、磁带、r a i d 等等。 下面是用s a n 存储方案来构造的网络服务器体系，如下图： 图2 2 采用了s a n 的存储网络 对于2 2 中所提到的传统的存储体系存在的弊端，一；l 入s a n 后，问题得 到明显改善； 可以看到：s a n 的存在使得单个s e r v e r 无须独立拥有自己的数据或存储： 所有的服务器都和所有的存储设备直接物理相连。所有服务器都使用；司数 据副本，从而进行数据备份、更新、增加或是删除时，无需在每台服务器 ： 进行重复修改。 s a n 允许用户根据需要随时添加存储设备和服务器，因而在实施初期就 可以使用相对廉价的服务器配置方案，如果随着用户负载的增加，需要添加 新的c p u 。那么只需要简单的增加服务器就可以了，相关的存储设备不会受 到影响。 如果要为整个站点增加存储容量，就不用对每台服务器都增加磁盘容最， 只需要在s a n 中加入新的存储没备，并将它与现有的服务器关联起来即i 。 从以上的分析可以看出，基于s a n 的存储模式既实现了集中式的数据存 储和管理，又通过s a n 的特点解决了数据流量的瓶颈，同时又具有极大的灵 活性、可扩展性和连接能力等特点。 第3 章存储区域网s a n 第3 章存储区域网s a n 3 1s a n 的定义 s a n 的全称是s t o r a g ea r e an e t w o r k ，根据存储网络工业协会的定义： “s a n 是一个高性能的网络，它的基本目的是使存储设备与汁算机系统或存 储设备与存储设备之间通信” 9 1 。它通过专用的集线器、交换机和网荚建 与服务器和磁盘阵列之间的直接连接i l0 1 。s a n 不是种产品而是配置m 络化 存储的。一种方法。这种网络技术支持远距离通信，并允许存储没备真l f 与服 务器隔离，使存储成为可由所有服务器共享的资源。 计算机系统和存储设备之间的通信不是s a n 的唯一目的。因为许多胄j ，、t 使用的s a n 支持临时管理和其他应用的通信。s a n 互连包括光纤通道、以太 网或者其他特殊的互连技术i l ”。数目不断增长的网络技术按其体系的组成利 物理属性可以使用在s a n 中。s a n 可以连接多种多样的存储设备，s a n 也 允许各个存储子系统，如磁盘阵歹6 和磁带库，无需通过专用的中间服务器即 可互相协作【l2 1 。其接口通常使用h i p p i ( h i g h - p e r f o r m a n c ep a r a l l e li n t e r f a c e ， 高性能并行接口) 或光纤通道。 在s a n 出现之前，计算机已经是与存储设备相连接的，s a n 的特殊之处 在于：能够进行全局范围的存储连接。s a n 能够解决与网络存储备份有关的 问题，它可以提供1 0 0 m 字节秒的高性能数据管道和共享的集中管理的存储 设备。它将消除人们对网络带宽的顾虑，大幅度地减少管理费用芰出，并将 减少备份系统的总体拥有成本。 s a n 的主要思路是将l a n 上的存储转换到主要由存储设备组成的s a n 上，使得数据的访问、备份和恢复不影响l a n 的性能，在有大量数据访问时， 不会丈幅度降低网络性能l l “。 3 2s a n 构成要素 存储区域网( s a n ) 是一个专有的、集中管理的、安全的信息摹础结构 它支持服务器和存储系统之间的任意到任意连接。考虑s a n 的构成，町以从 物理和逻辑两个角度来看。 从物理角度来看，s a n 环境通常由四种类型的组件构成： 洞北大学工学硕士学位论文 _ e ! l ! ! 月! | 自! ! ! ! ! _ _ - j e ! s ! ! 目_ e e e ! s ! 目_ i it 1 , ! | ! ! ! ! ! ! ! ! ! e ! ! ! 最终用户平台，如桌面系统和瘦客户端 服务器系统 存储设备和子系统 互连实体 从逻辑角度来看，s a n 环境中主要存在如下几种逻辑联系： 存储子系统和互连实体之间的逻辑联系 存储子系统之闳的逻辑联系 服务器系统和存储子系统( 包括适配器) 之间的逻辑联系 服务器系统和终端用户之间的逻辑联系 存储子系统和终端用户之间的逻辑联系 服务器系统之间的逻辑联系 3 3s a n 管理软件 s a n 管理软件对整个的s a n 及存储设备进行管理，包括数据的备份及 s a n 网络性能等方面的管理。s a n 各种优势的体现离不丌s a n 管理软件的 支持，而且当前s a n 的管理与部署变得愈来愈复杂，它的正确运行对s a n 管理软件的依赖性也越来越大f f 引。管理一个大型的s a n 需要一个健壮的管理 配置系统，强有力的监控能力对于集中管理广泛的资源相当必要，s a n 管珲 软件还应具备从网络或存储设备提供的数据中检测出即将产生的故障或即将 发生的传输瓶颈的能力，从而可以提前进行预防。但是，由于存储资源小同 与通常的网络设备，现行的网络管理软件、简单网络管理协议( s i m p l yn e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c o l ，s n m p ) 并不适用于s a n 。这就追切需要系列支持s a n 的存储资源管理软件。 s a n 的功能的确很强，但s a n 的管理也的确复杂。可以选择能适合复杂 环境的硬件对s a n 进行管理，但是，对s a n 进行管理的最好选择还足：稳 健、能够处理s a n 多机种特性，同时又能提供企业内数据保护的s a n 管理 软件【1 引。 选择s a n 管理应用软件，要求该应用软件在适用所有主要设备的现暂及 未来的标准、性能和专用接口的同时，具备良好的灵活性和稳健性。 3 3 is a n 管理软件特征 一个好的s a n 管理软件，应具备灵活性、可移植性、可升级性、i ，j _ 靠性、 第3 早t 1 手储区域婀s a n 简捷性和安全性。 1 灵活性 为了真正具备灵活性，管理应用程序应提供某种类型的插入式结构，以 便能迅速在工具中插入新设备，同时在结构上还应该便于支持新增的协议。 另外，应用软件还应该具有分层的模块化结构【1 6 1 ，以便更方便、快捷地将s a n 管理应用程序的各种性能与其他产品的j 1 a i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ，应用编程接口) 融合在一起。 2 可移植性 s a n 管理软件应能移植到各种操作系统上。 3 可升级性 s a n 管理软件必须能随着设备与存储要求的增加而升级。由f 典型企、i p 对存储的要求每年增加5 0 以上，因此，可升级性就显得非常熏要。 4 ，可靠性 s a n 管理应用程序应至少支持带外【 1 发现。如果s a n 全面发生灾难性 故障，远程带外发现和监控将确保管理应用程序有能力将故障的发生通知管 理员。 5 简捷性 s a n 管理程序其界面使用的方便性对s a n 的管理有重要影响，使h j 的 方便性可以避免因不熟悉管理工具而发生的故障。 6 安全性 安全性不仅指对数据的保护，还包括对网络本身的保障。s a n 管理应用 程序应显示所发现的所有信息，根据用户的权限来限制用户对这些内容的访 问与操作 ”1 ，防止对网络产生不利影响。通过实施基于身份的安令措施，用 户只能使用获授权的功能。 3 3 2s a n 管理软件基本功能 s a n 应该实现的基本功能，也就是s a n 管理软件应完成的任务为： 1 提供逻辑存储资源 管理物理存储资源，并以合适的方式提供逻辑存储资源。包括存储嘲络 和存储设备的布局设计、存储虚拟技术和r a i d 实现技术。 要想成为完整的软件包，s a n 管理软件还需要有高级管理功能，如备份、 分区和内存合并。s a n 内存管理应用程序应直接或通过应用程序接【 向其他 州北大学工学硕上学位论文 应用程序和设备提供这些服务。 2 存储资源的控制与自动发现 控制存储资源的使用，包括规定用户存储空间的使用配额，规定不同朽 储空间存放的数据的类型，以及根据用户的访问权限限制用户对资源的访问。 s a n 管理程序必须能通过本地或远程监控，自动发现世界卜- 任何子网i 的设备，如集线器、交换机、主机总线适配器、路由器，以及上述设备的连 接。 3 ，存储资源的性能管理 维护存储资源的可用性和性能，包括性能临界值的管理和自动通报l l ， 性能f 降的改善策略。 4 存储资源的访问控制和保护 控制不同应用对存储资源的访问，保护数据免受灾难性影响而破坏或丢 失。其中涉及路径选择技术、访问控制技术、分级存储管理技术。 5 存储资源相关信息的报告 向管理人员报告存储资源状态，保存相关信息。包括故障的自动通知、 状态的实时显示和性能数据的保存。 管理应用程序应监控s a n 在设备与连接方面的变化。通过s n m p 实现的 带外发现，显示监听设备中断的能力，如冗余电源故障或环境问题。小过， 如果发生灾难性事件，如设备故障或电缆受损，部件将无法发出求助信号。 因此，管理应用程序应随时查询设备，以确保所有设备正常工作。 3 4s a n 的应用 存储网络发展的主要推动力来自于它所产生的应用。从应用系统的视角 来考察s a n ，它的具体应用为： 1 应用到集群中 此应用通过服务器的冗余，来实现容错、高可用性、性能及t