(计算机系统结构优秀论文)基于以太网的存储系统研究

1、中国科学院计算技术研究所 博士学位论文基于以太网的存储系统研究姓名:胡风 华申请学位级别:博士专业:计算机系统结构指导教师:侯紫峰20050101袁同学 摘要摘要计算机硬件技术不断发展，计算机系统结构也随之发生了巨大改变。计算 机系统的心正在逐步曲传统的cpu,内存和网络向存储系统转移。网络存储系统 适应这种要求 得到迅速发展。特别是基于以太网的存储系统的出现,使得网络存储 系统的火规模普及成为可能。机群系统是当今并行计算的主流结构，在机群系统1巾 通常采用基于san架构的网络存储子系统。由于san的总拥有成本过高，阻碍了机 群系统的普及。因此研究机 群环境下的以太网存储系统具有现实意义。前的

2、以 太网存储系统主耍是基于tcp传输协议的iscsi系统,通过对tcp上的软 件iscsi系? 性能的测试和分析，我们发现,tcp传输协议无法很好地适应存储系统应fj的特殊 需求，使得iscsi系统传输带宽较低,cpu资源占用较多。传输协议开销过高导致 iscsi系统性能的降低,因此改善传输协议性能有助于提高iscsi存储系统性能。为 了提高iscsi传输性能，本文提出了一种新的传输i办议dsp。针对以太网环境f的 iscsi存储系统,dsp协议精简了 |办议层次，直接使用数据链路层提供的服务来发送 数据。它使用基于数据组窗口的流量控制方式，使得其可以在一次传输中发送更多的 数据。它使用基于定

3、时器的确认和数据包重传，以及定时器的动态调整机制,使得其 能有效的防止网络拥塞的发生，使用正向确认和选择性确认使得系统能获得更高的 带宽利用率。dsp协议还提供包括身份认证和数据加密的安全机制? cpn作为讲 模型工具，广泛应用在分布式系统，并发系统,以及协议的描述与验证。为了校验 dsp协议的数据传输正确性,我们使_j了cpn作为描述dsp数据传输的工具。在 使川cpn对dsp数据传输过程建立模型后，我们也使用了软件工具对该模型进行了 校验，结果表明,dsp能正确地传输数据。通过分析linux操作系统的网络了系统体系 结构，我们给出了dsp协议实现的方法，并在linux j二成功地实现了ds

4、p协议。我们 对dsp协议实现进行了初步的性能测试和分析,通过与tcp的比较，结果表明dsp协 泌在网络存储这种人数据量传输的环境下，其 性能优ttcp,其网络物理带宽利用率 超过90%。同时我们在dsp传输协议上运行iscsi软件，并对其进行了性能测试，测试 结果显示，其性能超? 了在tcp±运行的性能。基于dsp传输协议，我们提出了一种 适合机群系统的以太网存储系统。在？个高速的占比特以太网环境下，连接了多台 存储服务器，它们组成一个小型机群系统。这些存储服务器都连接了大容量的磁盘 设备，存储服务器通过dsp传输协议和iscsi将本地便揣输出给其他存储服务器成为 一个可共享的网络

5、磁盘设备，将所有这些网络磁盘设备使用逻辑卷组织成个单一的 虚拟磁盘设备。在虚拟磁盘设备上构建具有全局单一欧象的机群文件系统。通过网 络文件系统，将机群文件系统输出给外部使用。这利，以太网存储系统具有成本低廉， 高可扩展，易管理等特点,不仅适合于作为机群系统的存储子系统，也nj应用存许多 其它领域。关键词:网络存储系统、以太网存储系统、传输协议、iscsl dsp袁 同学 resear?honethernet-based storagesystem du fenghua(computerarchitecture) directed by professordou zifeng withthe d

6、evelopment ofliardware puter architecturehashad great changes thecentreof computersystem is trailsferring fromlraditional cpu.memory and networkto storagesystem.meeting the requirement netw orkingstoragesystem ism aking progressspeedly par?icularily cm edging oflethcm ct-base storagesystem makeit po

7、ssible to popu 1 izebroadly.cluster is themainarchitectureinparallelcomputingjtgenerallyemploys san.based networkingstoragesystem becanseoftoo high tcoofsan-based storage system.cluster hasnftbeen deployedwidely.lt is verysignificant to study ethernet-based storagesystem inclusterenvironment. curren

8、tln ethernet-based storagesystem is basedoniscsi protocol whichusestcp transportprotoco 1 .throughevaluating and analyzing the performance ofiscsi system over tcp w c discovcrthatt c pcannotsarisfy the spccialnccdof storagesystem,it leadstolow transferringperformance and high cpuutilization.overhead

9、on processingtransportprotocol lowersthe systemperformance,soimpr?vingtransportprotocolperformance will help to increasethe perfmanance ofiscsi storagesystem, inordcrto improve iscsitransfelwe put forwardanew transportprotocol nameddsp whichaimsatiscsi storagesystem inethemetenvironment.dspuses simp

10、lifiedprotocol stack.it employs theservice providedby datalinktotransmitdata.anddspusesanewflowcontro 1 methodwhichisbasedondata groupwindow in this w ay d s pean tan sm ilm oredata inone transportprocess.dsp also employs somemechanisms includingacknowledge anddata retransmissionbasedon timer anddyn

11、eim ic timealternationtoavoidtheoccun*enceofnetwork congestioneffectively.lt alsouses progressiveacknowledge andselective resending soasto reach morebandwidth utilizationjn addition,dsp provides data secufity including authenticationanddata encryption. asa modelingmethodcpn is widely adopted in desc

12、ribing and veilfying distributed system,concurrentsystem and protoco 1 .in orderto verify dspdata transmittingprocess,we usecpntodescribedspdatatransmission.after modeling dsptransmissionwith cpn,we verify themodel using softwaretool design/cpn,the res?ltshowsthatdspcantransmitdata correctly. atier

13、analyzing the architecture oflinuxosnetwork subsystem,we present the implementation methodofdsp protoco land wealso implement dsp protoco 1 moduleunder linux.wemake preliminary evaluationand analysis,compared with tcp understomge environmentwhichhavebulkdata transmission,dsp canobtain more performan

14、ce,its utiliz?tionof physical networkbandwidthexceed90 percent.we alsoran血 eiscsi software overdsp protocol andtestits performance,the resultshowsthatisbetterthantcr 111 袁同学 abstract basedondsp protocol,wedesign a networkingstoragesystem whichissuitableforclusten weconnectseveral storage serverstoa

15、high-speedgigabit ethemet.andmev fofitiacluster structure.each storage s?rverattaches hitt|? capacitydisks,through dsp protocol and iscsi, localdisksarc exooned toother storage serverandbecomeasharablcuerorkdisk.allthe ncpiivorkdisksis combinedtofornlavirtualdisk usinglogical volume.onthevirtualdisk

16、.a clusterfile system is constructedto provide a single file systemimage.through networkfile system.cluster file system is exposed toext?malclient<this storagesystem basedonethemet has advantagesincluding low coslhighscalabilivy and easymanagement.and issuitablefor storagesusbsystem ofcluster sys

17、tem.keywords:networkingstoragesystem,ethemet-basedstoragesystem,transport protoco iscsi,dsp袁同学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。就我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期:加舶夕.关于论文使用授权的说明中国科学院计算技术研究所有权处理、保留送交论 文的复印件,允许论文被查阅和借阅;并可以公布论文的全部或

18、部分内容，可以采用 影卬、缩卬或其它复制手段保存该论文。作者签名 肺虢阳魄才卬.t2.9 i袁同 学第一章引言1计算机体系结构的变化第1章引言口从，九四六年世界上第一台 电子计算机eniac诞生以来，在近60年的飞速发展 过程uj,计算机硬件技术先后经 历了从最初的电子管到晶体管再到集成电路，最后到大 规模和超大规模集成电路四 个阶段1。在此过程屮，电子器件体积不断缩小，功能不断增强,极大地推动了计算机 性能的持续改善。著名的摩尔定律指出:”集成电路芯片?的晶体管数日每18个月翻 一倍”。图11给出了微处理器的摩尔肚律，幽rp可以看tb,intel推出的桌面计算机 cpupentittm iv

19、包含多达四千二百万个晶体管【2。eniac的运算速度 仅为5000次 每秒,而当今世界上最快的计算机能够在每秒内完成35万亿次浮点运算，是eniac 的70亿倍3。图】1微处理器的摩尔定律另一方面,伴随硕件技术的发展，计算机系 统结构也发牛了很大的变化，岀现了许多不同的体系结构。根据体系结构的不同，可 以对计算机进行分类。分类方法有多种，其一f_i最为广泛接受的是flynn方法4】， 他将计算机系统按照指令流和数据流进行分类，计算机呵归为单指令流单数据流 (singleinstructionsingledata,sisd),单指令流多数据? (single instruction multip

20、ledata,simd),多指令流单数据流(multiple instructions single data,misd),多指 令流多数据流(multiplelnstructions multipledata,mimd)四类。sisd 袁同学 论文: 基于以太嘲的存储系统研究 单指令甲数据流计算机指的是传统的顺序处理计算机, 一个处理单兀取得一条指令，然后该指令对一个单一的数据流进行处理。所有冯。 诺伊曼结构的计算机部属于sisd系统。sisd是一种吊行处坪结构，因此其性能较 低。simd单指令流多数据流计算机是多个处理川三在同一个控制器的控制下 工作的系统，系统rh各个处理单元执行相同的指

21、令,但作用于不同的数据流上。属于 这-类的?算机包括向量计算机利阵列处理机。4misd多指令漉单数据流计算 机有多个处理单元，它们同时作用子一个单一的数据流上。misd结构仪仪在概念上 和理论上存在，在实际中,目前还没有任何一台计算机是采刚misd结构的。 mimd多指令多数据流系统是在多个不同的处理机上执行不同的指令流，并分别作 用于不同的数据流z上。根据各个处理机z间耦合程度的不同，它乂可以细分为共 享存储(shared memory)的多处理机系统(mulfiprocessor)和分布存储的多计算机系统 (multi-computer) |ll|o多处理机系统扩展性较差，性能和规模受到限

22、制。多计算机 系统成为一个主要方向。最初的多机系统人多属于mpp,但是mpp的成本较高，后來 岀现了机群(cluster)结构，它使用商晶化部件，能以低廉的价格提供优异的性能和良 好的扩展能力。mimd系统是实现作业、任务、指令和数据各个级别全面并行的理 想结构，是当今并行处理的主流系统。而多计算机系统是mimd中更好的结构，其中 的机群系统更是当今最为重要的结构之一。1977年,dec公司最先推出了以vax 为结点机的松散耦合的机群系统，并成功地将vms操作系统移植到该系统上【5。进入90年代后，随着服务器技术的发展和高性能网络产品的出现，机群系统在性能 格比(cost/performanc

23、e)> 可扩展性(scalability、可朋性(availability)等方面都显示 出了强大的竞争力，尤其是它在对现有单机软硬件产品的继承以及对商用软硬件最 新研究成果的快速运用这两方面表现出传统mpp无可比拟 的优势。日？?,机群系统 已在许多领域获得应用。随着smp产品的大量使用和高性能网络产品的发展完善以及各种软駛件支持的增多和系统软件、应telj软件的丰富，机群系统凭借其性能价 格比、可扩展性、可用性等方面的优势咸为当今高性能计算领域的种 丰流平台。具 有代表性的机群系统有beowultl6> ibm的rs/6000sp7、dec的trucluster8> uc

24、 berkeley的n0w9】、sun的sparccluster 1000/2000pdb 10以及microsoft的 wolfpackll】等,国内的曙光2000/3000112系列服务器和联想深腾1800/6800高性能 服务器13采用的也是机群体系结构。袁同学第一章引言1.2计算机系统中心的 迁移 从历史和现状?看，计算机系统的发展正呈现从传统的以cpu为小心和以网 络为也心向以存储为中心进化的趋势。在计算机发展的初期到二十世纪70年 代,cpu的计算能力是人们主耍关注的对象。由于硬件技术的限制，购买计算机成本 高昂,只有极少数的人型金业和国家科研机构拥有计算机，这时的计算机的结构都是

25、 大型的主机系统,人们通过终端连接到+厶主机上来共享主机的计算能力。主要采用 分时方式和批处理方式来处理作业。在这个时代,cpu是计算机系统的绝对山心。 而存储系统作为一个主机的附件通过专用的电缆与z相连接，'一台主机j：二的存储系 统是该主机独占的。到了 80年代，硕件技术的进步使得cpu的处理能力不断增强，价 格持续下降，计算机逐渐普及，计算机出现了小型化和微型化的趋势，另一方面，网络 的出现和应用使得 人?可以通过网络将这些计算机连接在一起并利用网络上其它 计算机的计算能力，在这个时候，计算机系统的巾心逐渐向网络转移。sun提出的口 号”网络就是计算机”正是这个特征的真实写照。独

26、立的服务器形成一个个信息的孤 附，每个服务器都有口己的存 储,存储分散在网络上。在这个时期，也逐步出现了文件 服务器这种共享存储的方式。到了 90年代，随着internet在全世界范同内的迅猛发展 和新型应用的不断涌现，例 如web服务，电子邮件,远程文件传输，导致数据量出现爆 炸式增长，数据存储的问题逐步显现出来，另'方面，人们对于计算的认识进入一个新 的阶段，计算的过程就是信息的处理,传输和存储的过程。信息的处理代表了对cpu 计算能力的需求，而传输代表了对于网络的需求，存储则是信息的最终归宿，在这个 阶段中，存储系统扮演至关重耍的角色。计算机系统正在向以存储系统为中心转移, 存储

27、的集巾和共享是这个阶段的最重要的特征。存储设备物理集中，管理集巾，为系 统屮所有服务器共享，服务器通过网络连接到存储设备上，存储系统为山心的时代正 在到米。1.3高速连网技术 计算机系统逐渐向以存储为屮心转移,在这个过程屮，高 速网络技术是存储设备z问或者存储设备与主机z间，以及主机与丰机z间进行连 接的必不可少的组成部分。为了更好地理解高速网络在存储系统屮所起的作用，在 木节我们对当今的先进网络互连技术进行一。个简要的概括。口前网络技术的发 展已经能够提供高达数吉比特每秒的传输速率，技术的发展特别是高速网络技术不 断取得进展,使得在不同的主机之间高速地传输大量的数据成为可能。“前，有多种网

28、络技术能够适应大数据量高速传输的需求，但是只有几种技术是当前或者未來最可 能在存储系统屮使用的，这些技术包活高速以太nj14,，光纤通道16,17,18和 infiniband 19,201。袁同学 沧文:基于以太扣4的存储系统研究1.3.1光纤通道 光 纤通道(fiberchannel) 116,17,tsl是出受美国国家标准协会(ansi)委托的几个委员会 开发的一组集成标准的通用名称。这组标准确眾了用于灵活传输信息的新协议，它 独立于介质，并支持同时传输多种不同协议。光纤通道是一利,结合传统的通道技术 和网络技术的串行互连技术，这使得其可以在长距离上实现可靠的数据传输。方面, 它利用通道

29、技术的高可靠性和速度优势，另一方面，它发挥网络的分布广泛的优势，能够将多个设备和服务器连入同一个基于交换结构？?网络中，从而可以突破传统通 道的限制，实现存储设备的共享。图12光纠通道结构与传统的通道技术相比，光纤 通道在连接能力、可靠性、灵活性、传输距离及带宽等方面有着明显的优势，从而 使其一度几乎成为高速存储访问和服务器集群的事实连接标 准。现在，大约三分之 二的存储厂商支持光纤通道标准,网络存储中的san儿乎都是采用fc来连接存储设 备的。图12是个典型的使用光纤通道san的例子。但是，光纤通道网络最大的问 题就是其昂贵的设备和管理成本，因此，高带宽、低价 格的fc成为了主要的研究方向。

30、 传输速率为2gbps的光纤通道技术已经非常成熟，当前正在研发传输速率髙达 logbps的光纤通道。132以太网(ethernet)以太网可谓是到冃前为止最老也最成 功的局域网标准114,151。以太网的速率最初为5mbps,后来发展到10mb和100mbps。 它是一种局域网技术，因此基于以太网的系统具袁同学第一章引吉有高带宽低延 迟的特性,使得它成为其它高速近距离通信技术的强有力的竞争者，这极大地推动了 以太网技术的发展。1998年,gigabitethemet标准ieee802.3z发布,使得用 户可以获得 高达lgbps的数据传输率，冃前，市场上已经有成熟的gigabitethemet

31、产品，gigabit ethernetl*经走入实用化的阶段。以太网技术以其低的运营成本、不断提高的q os 和网管能力、以及易于移植和升级等优势，打败了众多的挑战者，最终无可争辩地成 为局域网、校同网和城域网的统治者，世界上至少有80%以上的局域网采用以太网 技术。1999年,业界开始研制10?igabit ethernet,这是ieee802.3-dssg计划的部分, 该计划日前正在为成为eee802.3ae标准的一部分而努力。已经有一些公司推出了 基于logigabi tethernet的产品，另外40gbps和1 oogbps的ethernet标准也在讨论之山。 logigabitet

32、hemeth前的主要问题是价格。由于没有现有的技术可以借用及对各种光 纤类别支持的需求，使得logigabitethemet技术极其复朵而且难于生产。其成本大约 是！与前使用的gigabitethemet的20到90倍。与igigabitetheme湘比淇增长速度可能 会更慢些。因此e1前的研究主要集中于如何降低成本。1.3.3 infiniband为了适应 数据传输无限增长的带宽要求?并彻底解决处理器间的通讯开销和延迟问题，1999 年 10月,compaq、dell、dp、ibm、intek microsoft和sun七个行业巨头成 立了 infiniband联盟,共同制定和开发基于t业标

33、准的高性能互连技术规范，称为 infinibandarchitecture 规范，简称 iba119,201。幽 1-3 给出 了 infiniband 体系结构幽。 它采用摹于通道的点对点的连接,load/store的配置方式可以将i/o子系统和内存 子系统隔离。这种设计采用的互连物理线可以是单线，四线或者12线并行。通过多 线连接可以实现性能的扩展。iba规范支持通过铜缆或者光纤进行连接。infiniband 技术可以应用于服务器内部通信，服务器之间的瓦连，服务器与存储系统互联，存储 设备之问互连，以及网络通讯设备连接等许多领域。在。些业务关键的应用巾，譬如 数据巾心，使用infiniba

34、nd技术在多个结点之间建立 多条冗余的路径,从而可以防止 单条链路的失效造成整个系统的不可用。infiniband技术有三种版木,第一种版木可 以提供2.5gbps的传输速率，第二种版本可以提供4倍于版本一,也就是logbps的传输 速率，第三种版本则可以达到30gbpso infmiband包括用于铜缆和光纤进行互连的版 本，从而可以实现距离长达数公里的设备互连，为远程数据复制，数据容灾等应用提 供技术保证。袁同学论文:基于以太网的存储系统韧f究图l-3infiniband体系结构 infiniband的出现改变了原先计算机系统在计算结点互连、网络接口、i/o接口等多 种互连标准上的混?局面

35、深用一种统一的互连结构将服务器集群系统、存储域网和客户网连接起米。同时iba所定义的互连结构独立于处理器平台和操作系统，使得 其更加 开放，可移植性更好。iba规范1.0版已于2000年10月正式发布，目前，联盟会 员已超过130个,各会员公司纷纷公布其相关产品计划,一些开发环境及测试产品开 始面世。但由于其初期的投 入和成本太高，它离大规模的应用仍然有一段距离。14 文件系统的发展作为计算机系统中信息管理的基础，文件系统在存储系统中具有非 常重要的地位。当前文件系统的发展不仅仅限于本地的基于磁盘的文件系统，更多 的是基于网络的文件系统。下面对这些文件系统做简单的回顾。141本地文件系 统本地

36、文件系统就是对计算机系统内部的文件进行管理的系统，它管理系统白身所 连接的磁盘设?，对本地的文件访问请求进行响应。本地文件系统通常是操作系统 等系统软件驻留的地方，绝大部分计算机系统都有自己的木地文件系统，木地文件系 统一般也被!j 45-操作系统的。部分。一些本地文件系统的例子包括 fat,ntfs21,ffs22年i ext2/ext3123,24等。1.4.2 分布式文件系统 分布式 文件系统是一种特殊的文件系统，客户机,服务器和存储设备分散在分布式系统ff的 各个机器上。它提供一种在分布式计算环境下共享文件的方式，通常分布式系统袁 同学第一章引占是一？种地珊位置分布较广的计算机，因此对

37、于分布式文件系统 来说，其关键在十提供文件共享和全局目录树，分布式文件系统能够提供在全局范围 内的位置透明性，外部客户访问分布式文件系统如同访涮本地文件系统一样?在分 布式文件系统中,性能的考虑并不是首要的。著名的分布式文件系统包括sun的 network file system25,26,27,andrew file system28,29,coda30nsprite31 。1.4.3 机群文件系统机群文件系统是一种应用在机群系统中的文件系统，所有服务器共享 存储设备，机群文件系统提供单一文件系统映象,从任意一台服务器上访问文件系统 所看到的文件目录结构和内容都是相同的。机群文件系统的关键是

38、保证数据访问的 同步与互斥，以及解决 缓存'致性问题。berkeley的xfs32,redhat公司的gfs33,sgi 的cxfs134zfd veritas的cfs35,36是机群文件系统的代表。144并行文件系统 并行文件系?是面向并行计算的，它提供极高的访问带宽，通常并行文件系统运行在 地理位置集中的多机系统中，针对io密集的并行程序。它的主要目的是获得更高的并 发访问带宽。在linux上应用广泛的pvfs37是并行文件系统的例子,其它的例子包 括 ppfs38,vesta39,pious40以及ibm的gpfs41等。1.5存储系统的分类 根 据存储系统与主机的耦合程度，我们

39、可以将它分为两大类，一类是直接连接存储，另 一类是网络存(networkingstorage)c在直接连接存储屮，主机系统和存储设备通过 内部屯缆进行连接。网络存储系统则是通过网络为外部计算机提供存储服务的专用 计算机系统。根据网络存储系统屮所使用的联网技术以及系统所提供的访问接口的 方式，它 又可以分为四大类，如图14所示：袁同学 论文:基十以a同的存储系统剧jf究 1.5das址杈巾ii埔媾厘怒gm粥连网技术 以太网 光纤通道日日日曰图1.4网 络存储系统分类 直接连接存储(directattachedstora叠e,das)门从大型机时代以来 就直占据着存储系统访问模式的主导地位，直到今

40、天,das方式仍然是目前大多数 服务器所采取的方式。简而青z,das通过专用的通讯路径将存储设备直接连接到 服务器来实现数据的访问。在das结构1?,服务器通过专用路径(典型的如scsi)将 存储设备连接起来，当需要访问存储设备的时候,它发出i/o指令，存储设备根据指令 进彳亍和应操作，将数据返冋给服务器,或者将从服务器传来的数据写入到磁盘。das 的存储设备可以是磁盘驱动器，也可以是raid(廉?磁盘冗余阵歹rj)42,431子系统,或者是其他的存储设施。通常das与服务器之间提供块级的接口，也就是说,数据的 传输是以块为单位的。文件系统位于服务器上，由它来决定在一次访问中，需要访问 哪些数

41、据块。举于das的存储系统具有如下优点:部署简单，技术成熟，成本较低。但 是相比其 优点，其缺点要多得多。首先它无法实现有效的多机数据共享，其次由于电 缆电气性能等的限制，其传输距离非常短，存储系统必须在物理上非常靠近主机，第 三，其可扩展 性非常差，第四，分散的das系统无法进行有效的管理。因此,das现正逐 步被出现的基于网络的存储系统所替代。1.5.2 nas网络连接存储 (networkattached storage)本质上是1个以文件服务器为中心的系统，它为网络上的 客户提供文件级的访问接口。nas主耍由nas服务器，网络和应州服务器组成。在 这种结构中，系统的计算任务由应=lj服

42、务器来完成，而nas服务器为应用服务器提 供存储(即应用服务器是nas服 务器的客户机)onas服务器是种专用服务器,它带有 大容量的存储设备，为应用服务袁同学器提供文件服务。为了提高效率,nas般都 采用专用操作系统,或若使用经特别优化的通用操作系统。应jd服务器通过网络从 nas服务器读写文件数据。在nas中通常使用局域网作为数据传送通道，用得最多 的是ethernet,这样用户可以利用现有的ethernet而不需要为存储部署单独的网络。对 于应jdn务器來说，他们不需要关心与存储相关的问题，这样使之更专注于对数据 的处理。nas服务器自身带有文件系统,文件系统构建于其所连接的存?设备上。

43、 nas服务器与应用服务器之间采用文件级接口,nas服务 器通过将文件系统输出來 使得外部客户可以访问其上的数据。通常在nas服务器上采用t业标准的 nfs,cifs,dttp和ftp等作为网络文件访问接口协议，因此nas能在界 构计算机系 统z间提供数据共享能力。nas的丰要优点在于它能够以低廉的价格提供基于网络 的存储系统,由于它使用文件级的接口，冈而能实现在异构系统z间共享存储，另外 nas系统的部署和管理都非常简单，使得其成为数据容量和流量较小的中小系统的 首选。具缺点是其性能往往比较低，可扩展性较差，另外它无法支持象数据库这类基 丁块的应用。1.5.3sansan是，一种专用的高速存

44、储网络技术。根据存储联网工业 协会(snia1的定义:它是一刃h在计算机系统和存储元素之间或者在存储元素之问 传输数据的网络。san技术最初米自于ibm的escon和ficon39,后来发展为基 于光纤通道的sano san可以被看作是存储总线概念的一个扩展,它使用局域网 (lan)和广域网(wan)。类似的单元，实现存储设备和服务器z间的互连。这些单 元包括:路由器、集线器、交换机利网关。san可在服务器间共享，也可以为某，服务 器所专有，既可以是木地的存储设备也可以扩展到地理区域上的其他地方。san的 接口可以是企业系统连接(escon)、小型计算机系统接口(scsi45)、串行存储结 构

45、(ssa46】)、高性能并行 接口(dippi47)、光纤通道(fc16,17,18)或任何新的物 理连接方法。采用san网络技术的存储系统一般出服务器，存储设备和san网络互 联设备组成。服务器运行应用程序，数据存放在存储设备上。多个服务器和存储设 备通过san连接在，起，理论上网络中的所有服务器都可以访问系统中的所有存储设 备，通过zoning技 术可以对存储设备进行分区，从而为数据访问提供安全保证。当 前san实现一般采用光 纤通道(fc)作为网络传输介质，在san结构中，磁盘设备和磁 带设备都可以直接连接到网络th从而可以实现无局域网(lan.free)的数据备份。基 于san的存储系

46、统为服务器 提供块级的数据访问。与das和似，文件系统构建在服 务器上，曲它们來决定需要访问的数据块。san主要用于氽业级的存储网络中，它也可应用于数十公里范围的城域网lhsan的丰要优点是其具有非常优界的性能，它也 能提供强人的扩展能力，适台于对性能和扩展性要求高的系统。其缺点在于其硬件 成本很高，且由于使用专门网络,所以培训成本 也较高，另外san结构的管理非常复 杂，这些都对san的普及构成了障碍。袁同学 论文:基于以太网的存储系统研究 1.5.4 e-san e.san(ethemetsan481)系统是使用以太网来替代昂贵的光纤通道作 为数据传输链路的网络存储系统。由于以太网价格低廉

47、，使用广泛，因此它为存储系 统提供了。种新的解决方案。构建 在以太网上的e-san能够在主机z间实现类似 san的磁盘块访问接口。通过iscsi49,50,ifcp51或者fcip52等协议,e-san可 以将本地的磁盘设备输出给网络 上连接的其他主机，其他主机可以像访问木地磁盘 一样访问这些它们。e.san拥有san的块接门和良好的扩展能力等特?。e.san 的:秘势优点是它利用了现有的以太网，从而大大降低了成木,同时它能够提 供良好 的扩展能力，象san群提供基于块的接口。成熟的以太网技术使得其培训和管坪成 本也很低廉。e.san与san群,具有良好的扩展能力。此外，它还可以提供在线扩容, 高可丰j,快照(snapshot)等高级特性。e.san的主要缺点在于其|办议处理开销 较高, 造成性能的下降。另外,由于出现较晚，缺少人规模应用的经验。e-san的发展比较 迅速，预计将成为下一代网络存储的主要技术之。155 san和na¥相结合的系统 这种系统