Linux系統平臺下的存儲

謝家積 蘇寶林

（綏化學院電氣工程學院 黑龍江 綏化 152061）

在探討linux系統存儲領域上的各種存儲技術，我們可用從底部開始研究——存儲架構，再層層替上：功能→文件系統→文件計劃，如圖（A）。

下面的三個架構基本覆蓋了絕大多數的存儲模型，如圖（B）：

& 直接附加存儲（Drect-Attached-Storage）DAS；

&存儲區域網絡（Storage Area Network）SAN;

&網絡附加存儲（Network-Attached Storage）NAS;

（B）

直接附加存儲即直連方式存儲，它是通過SCSI接口而連接到服務器，輸入輸出直接發送存儲設備當中，所以也可稱為SAS（Server-Attached Storage）,即服務器附加存儲。因為它是依賴于服務器，所以基本不需要帶任何存儲系統。

下面是DAS的一些結構特點：

（1）實現了RAID技術；

（2）無法提供跨平臺的共享文件功能（僅限于一個獨立的操作系統），需相應的服務器操作系統支持；

（3）沒有自身的管理軟件；

（4）可在擴充性的前提上增加硬盤并重新做RAID，但會對網絡服務有一定的影響；

（5）在多臺服務器當中，對數據庫的備份與恢復時比較費力；

SAN目前已經取得了空前的發展，在管理比較復雜且巨額預算的的IT技能企業當中，作為長遠規劃的企業級是比較不錯的存儲方式，它不僅解決了數據塊增長的問題，還對IT部門用于存儲體系結構適應變化的優化以便能夠在性能和實用性上提高了成本和技術。在今天的SAN當中，它已經具有類于window的用戶界面，并且安裝十分簡單，這大大降低了更多的管理人員。

存儲區域網絡，就通過類于光纖，網線等互連的方法而把很多臺存儲服務器組和成的一個單獨的網絡存儲數據，實現企業級的數據存儲服務，主要由幾個部分組成：存儲和設備備份，光纖，交換機，光纖通道與SCSI間的橋接器等。除了存儲設備外，它還需要光纖交換機作為網絡連接部件。SAN協議和界面具有廣泛性和多樣性。它作為存儲協議以太網已經出現在Linux中完全實現，它不僅完全支持10千兆以太網，且允許構造高性能的SAN，還類似于ATA over Ethernet（ATAOE）的協議，可通過以太網擴展ATA協議。

所謂的NAS，就是通過網絡存儲合并，在不同的客戶端的文件級別進行訪問，也就是以文件為最小單位。例如NFS（Network File system）和SMB/CIFS就是最常見NAS所支持網絡協議。它的主要特點是能為多種客戶端服務，使客戶更安全的訪問數據，相對來對于一般的設備（如U盤，CD/DVD），NAS顯得更智能，因為它不依賴于其它主機設備，當其他設備停機或不能正常運行時，NAS也能正常的訪問。

SAN和NAS已經成為當今兩大主流存儲技術，相對與其他設備文件服務器而言，網絡附加存儲不僅僅只在數據的備份，文件的存儲等方面具有自身的一定的優勢外，它主要是才用了低功耗，簡化的CPU處理器，這也使之作為專業的數據存儲，在中小型企業的重要部門中能充當很好的備份，冗余等方面的重任。并且比較容易安裝，切比較快速，擴展性也非常好，易于維護等特點，保證了對服務器性能要求低，從而降低服務器成本，使之更能廣范圍的普及和應用。網絡附加存儲在整體的結構上主要有：核心CPU處理器，相應的管理文件服務的工具，還有一個或多個硬盤驅動（包括存儲期間，磁盤陣列，磁帶或可移動的存儲介質等）。

在linux平臺上，并不是所有的的存儲架構都適合于DAS，SAN和NAS存儲，因為linux是開放的，導致內部技術的更新非常頻繁，所有linux中的最新尖端的技術是比較多的。

相對于一些不是新功能的技術，但本質上因為存儲架構是對象存儲架構，對象存儲架構從元數據從分離出獨立文件并獨立的存儲它們，他不僅最大的降低了元數據的瓶頸，還能進行分段數據的方式在多個服務器上進行并行的訪問增強存儲性能。

Linux的標準功能存儲虛擬化，它曾經是高端存儲系統的獨特功能。在linux中，邏輯卷管理器（Logical Volume Manager,LVMs）是一個很重要的服務，它位于可用的物理存儲之上，可以進行磁盤的調整，即可用性調整添加或刪除空間。除此之外，還可以通過物理設備提高到邏輯設備的能力，例如，只讀，只寫和快照，跨卷的數據分段等獨立的磁盤冗余陣列（RAID）。在LVM中主要有三個概念：

物理卷（Physical Volume）：物理卷可以是一個磁盤，RAID，一個分區。為LVM提供了LVM存儲介質。

邏輯卷組（Logical volume Group）：就是把多個物理卷組成了邏輯卷組，因為他們在硬件上不連續，這就需要吧邏輯卷看成一個存儲連續的邏輯硬盤。

邏輯卷（Logical Volume）：多個邏輯卷可以組成一個邏輯卷組，也就是說卷組可分成若干個邏輯卷，相當于邏輯磁盤和邏輯磁盤分區。

在使用LVM之后，插入一個邏輯層，可以認為是在磁盤上創建一個邏輯分區。只不過這個磁盤是邏輯卷（組），最后在這之上創建文件系統。雖然對于單個磁盤的讀寫會有一定的性能損失，但是LVM的好處就體現出來了，首先他可以不受磁盤實際大小的限制，也就是LVM的擴展性，還能提高磁盤的I/O性能。

在 linux中，主要是運用 ext2，ext3，ext4，swap文件系統，在尖端的文件系統中也支持ZFS和Butter FS，但可運用先進的分布式系統，集成文件系統，并行文件系統，這可以解決處理基于存儲理念中的新問題，在ZFS和和Butter FS中，都支持數據的重復刪除，內部數據保護，數據校驗，快照等高端存儲技術。ext3在ext2的性質上主要是實現了日志結構的功能，可以進行對系統文件的更改進行記錄。

其中ext3文件系統主要包羅這幾個塊結構：

（1）superblock：記錄了文件系統的 inode/block的總量，使用量，剩余量，以及文件系統的格式和相關的文件系統信息等；

（2）inode：記錄文件的屬性和文件數據對應的block號，注意的是一個文件只能擁占一個inode；

（3）block：記錄文件的具體內容，可占一個或多個block；

（4）Fliesystem Description(文件系統描述說明)；

（5）block bitmap（區塊對照表）；

（6）inode bitmap（inode 對照表）；

在存儲生態系統的發展過程中，linux存儲永遠是處于前端的，器源代碼的開放和擁有大量開發人員，能最新的有效的和經濟的改變存儲的數據歸檔，所以在未來，linux存儲應該會主導整個存儲領域當中！