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企业存储知识普及系列(一):什么是存储?

2019-08-04 21:26 来源: 震仪

  从研发到管理再到生产,企业的业务系统越来越多,每天各业务和生产系统产生的数据量也越来越多,类型越来越复杂。如何安全的存放和使用这些数据已经成为当前企业转型过程中必须面对和解决的问题。

  近30年来,随着企业信息化的深化应用,从最早的邮件系统、OA等办公系统的应用到ERP、PLM、CRM等管理业务系统的应用,再到智能化转型下的DCS、MES等工业自动化和制造执行系统的实施部署,从研发到管理再到生产,企业的业务系统越来越多,每天各业务和生产系统产生的数据量也越来越多,类型越来越复杂。如何安全的存放和使用这些数据已经成为当前企业转型过程中必须面对和解决的问题。

  在企业存储知识普及与实施转型系列文章中,我们将从企业最基础的存储知识谈起,以逐步深化的方式,通俗易懂语言来解读存储的发展历程、技术特点及应用方式,在广泛收集企业存储应用现状的基础上,探讨企业存储应用及转型方向。

  最早的存储就是用来存放计算机的计算过程和结果数据的。提到存储,就不得不谈到赫尔曼何乐礼,他于1911年创办了制表机公司,也是IBM的前身。赫尔曼何乐礼是德裔美籍的统计学家,1884年,他研究出了用穿孔的方式把数据记录在纸上,然后把纸条送进机器里面进行数据加载,这就是打孔卡技术,而基于该技术,他发明了打孔卡片制表机,也是电脑的前身。因此,他也被称为现代机械数据处理之父。

  这种以打孔卡记录数据的方式就是存储系统的鼻祖,直到20世纪50年代,利用打孔卡来记载数据的方式才慢慢被盘式磁带取代。盘式磁带的出现建立了现代存储系统发展基础。

  那么什么是盘式磁带?其实生于20世纪80年代的人大多都见过,就是这个样子。

  盘式磁带最早也是IBM在上世纪50年代推出的,当时一盘磁带可以替代掉一万张打孔纸卡,所以当 IBM 推出这个盘式磁带用在电脑存储时,很受用户的欢迎。由于磁带存储有着长期保留数据的特点,而且使用成本非常低,目前为止磁带存储还在继续使用,就是IBM仍然在更新的磁带库产品。

  但盘式磁带由于读写数据速度比较慢,可以用于听音乐、放电影,但并不能适应上世纪70年代中后期由计算机性能快速发展带来的对更高存储性能的需求,所以在个人计算机逐渐发展成熟的年代,逐渐被小巧且能内置的硬盘所替代。也就是我们现在使用的计算机中的硬盘。

  硬盘的出现其实比盘式磁带要早。1956年的12月13日,IBM就推出了外接的硬盘系统,但是由于当时的硬盘非常大,大概有两个中等冰箱的大小,且储存在固定温度的空间里,可以存储3.75MB,适用于有专业机房的IBM大型机,在个人消费市场并不受到关注。虽然硬盘为IBM所创造,但将硬盘的应用发扬光大的却是苹果公司。

  1980年,苹果最先引进了个人私人电脑的概念,这个时候的电脑通常都已经变成了自带内置硬盘的模样了。这一变就延续到了现在,电脑硬盘都是直接内置进去了,无特殊需求不需要外置额外的硬盘达到需求。但在1983年,苹果电脑还是发明了一款外置设备取名叫做 Profile external hard drive,也就是外置扩展硬盘,率先把硬盘进行了功能改造和拓展。苹果的这一改造推动了外置存储的应用模式发展,也可以认为是企业DAS存储应用模式的鼻祖。这种外置的存储应用模式后来也演化出包括软盘、光盘、U盘和各种SD闪存卡等面对消费市场的产品。

  存储发展是从打孔卡开始,然后发展出磁带存储、硬盘存储和现在闪存系统。读写速度是越来越快,存储密度是越来越高,单位存储成本大幅降低,为如今企业的信息化、数字化和智能化发展提供了数据存放的基础,是IT系统赖以存在的基石。因此构建高效的存储系统能充分发挥整个IT的效能。

  存储系统的应用包含两个方面的含义:一方面它是数据临时或长期驻留的物理媒介;另一方面,它是保证数据完整安全存放的方式或行为。在存储系统发展的早期,由于互联网还不像今天怎么发达,存储互联的概念尚未开始实践。

  如今的企业存储系统早已不是简单的内置或外置,网络的发展推动了企业存储应用模式的转变,为保证数据的安全以及追求更快的数据存储和处理速度,现在的企业存储系统基本与服务器系统隔离,数据通过网络进行存储。随着企业服务器数量的增多,业务的分散化,存储系统的更新换代,不同品牌和架构存储系统的混合应用,现在企业的存储系统已经十分复杂。具体来说,企业存储系统的应用架构主要包含三种:DAS、NAS和SAN。

  DAS是最早的企业级存储应用架构,就是为每一台服务器单独配置一台存储设备,这个存储设备通过专用线缆将服务器的总线和存储设备连接起来,通过专门协议接口(如SCSI、FC)与服务器连接,服务器的数据全部存储这台存储设备上。存储设备可以是RAID系统、磁带机和磁带库或光盘库。

  这种存储系统的优势是连接方式简单,融入规划和实施,前期投资比较少。但由于存储设备没有操作系统,一台存储设备只能供一台服务器使用,不能提供跨平台的文件共享和数据存储,各存储设备上的数据比较分散,数据备份完全依赖服务器提供支撑,导致存储设备的利用率很低且整合起来比较困难。目前在企业的存储规划和实施中,很少采用这种模式。

  NAS是DAS的改进版,改进了DAS中一台存储设备只能供一台服务器使用的结构。当然这种改变带来的优势也十分明显。由于NAS存储设备装有独立的操作系统,所有的服务器数据都通过网络共享协议如:NFS(Linux)、CIFS(Windows)与存储设备连接共享同一个文件管理系统。

  NAS存储系统支持WinNT、Linux、Unix等系统共享同一存储分区,NAS还可以实现集中数据管理,由于集成本地备份软件,可以不依赖服务器实现自主备份。当然,NAS存储系统通过网络进行I/O读写,也会占用业务带宽,企业在实施NAS存储系统是要充分考虑网络带宽、存储带宽和业务需求的匹配。目前,NAS存储系统架构比较多的应用于规模不大的中小企业,这种模式投入成本适中,存储资源的利用效率较高。

  SAN与NAS不同之处在于SAN针对海量、面向数据块的数据传输,而NAS则提供文件级的数据访问和共享服务,这是区别两种存储架构最本质的区别。SAN和NAS经常被视为两种竞争技术,实际上二者能够很好地相互补充,以提供对不同类型数据的访问。许多SAN部署于NAS后台,为NAS设备提供高性能海量存储空间。

  SAN能解决当前企业普遍面临的数据和应用系统紧密结合所产生的结构性限制,以及小型计算机系统接口(SCSI)标准的限制。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,而且还可以减轻管理作业。

  SAN通过专门的存储网络,实现数据在内部更快的传输,但构建SAN的存储系统并不单独部署操作系统,而是依赖服务器提供支持。由于服务器和存储系统是专用存储网络连接,不论是服务器还是存储都可以方便灵活的扩展,相互不影响。SAN对于数据库环境、数据备份和恢复存在巨大的优势,SAN是一种非常安全的,快速传输、存储、保护、共享和恢复数据的方法。

  本篇文章简单回顾了存储的发展和演化历程,谈到了打孔卡、盘式磁带和硬盘的发展,以及分析三种企业常用的存储系统架构DAS、NAS和SAN。下篇文章中将围绕存储系统的基本组成、控制单元和接口进行讲解。

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