一篇文章学完云计算中的存储基础知识

虚拟化中的存储结构

物理磁盘类型

SATA盘

SATA的 全 称 是Serial Advanced Technology Attachment，SATA（SerialATA）口的硬盘又叫串口硬盘。SATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

SAS盘

SAS（Serial Attached SCSI）即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，与SATA硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。（比SATA盘更快，面对高数据吞吐量，低延迟，高可靠的应用，但是比SATA盘容量小且价格更贵）

NL-SAS盘

NL-SAS是采用了SAS的磁盘接口和SATA的盘体的综合体。NL-SAS硬盘的转速只有7200转，因此性能比SAS硬盘差。但由于使用了SAS接口，所以在寻址和速度上有了提升。

SSD盘

SSD（Solid State Disk），固态硬盘，是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。SSD在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。SSD虽然具有传统机械硬盘所不具备的快速读写、质量轻、能耗低以及体积小等特点，但其使用寿命有限且价格较高。

物理磁盘类型对比

集中式存储

底层的物理硬盘被集中的存放在一个叫硬盘框的地方。
然后对磁盘进行RAID操作，从而形成一个存储池（资源池），再让主机对资源池进行数据的读写。

RAID技术

1. 通过对多块磁盘进行并行的读写，提高数据的读写速度
2. 通过奇偶校验和热备技术，提高数据安全性
   

常用RAID类型

• RAID 0：多块硬盘提升读写速度，但是一块磁盘损坏就会影响全部数据，安全性没有保障。
• RAID 1：数据会被备份一次，这样坏掉的硬盘可以被更换，然后同步数据。虽然解决了安全的问题，但是硬盘有些浪费，因为相当于两块硬盘只能提供一块硬盘的空间。
• RAID 5：增加了奇偶校验的技术，写一个0，写一个1，再写一个校验值，根据0和1可以推算出校验值，三者可以互推，这样三块硬盘，如果一块损坏，可以通过另外两个硬盘中的数据，重构出第三块硬盘中的数据。既解决了安全的问题，又解决了读写的问题，但是如果坏掉2块硬盘，就无法恢复数据了。
• RAID 6：基于RAID5，又增加了一个校验值，这样相当于四块硬盘，即使坏掉2块，依然可以恢复数据。比RAID5的安全性更高，但是资源的利用率低了一些。
  

集中式存储类型

SAN：向上提供的是裸设备，在主机侧看来，就是一个什么都没有的硬盘。
NAS：有文件系统，在主机侧看来，是有目录的。

IP SAN & FC SAN

以TCP/IP协议为底层传输协议，采用以太网作为承载介质构建起来的存储区域网络架构。实现IP-SAN的典型协议是iSCSI，它定义了SCSI指令集在IP中传输的封装方式。

采用FibreChannelProtocol（光纤通道协议），服务器与存储设备之间通过FC交换机直接建立连接。

NAS架构

CIFS

CIFS（CommonInternetFileSystem），通用网络文件系统，是由微软的SMB（ServerMessageBlock）发展而来的一个公共、开放的文件系统。在Windows主机之间，可以通过一个简单的共享映射，将CIFS服务器上的共享资源挂载到自己的系统中，把它当成自己本地系统资源一样来使用。

NFS

NFS（NetworkFileSystem），网络文件系统，是由Sun公司开发的，用于在Linux/UNIX/AIX/HP-UX/MacOSX等类UNIX的操作系统中实现网络文件共享。通过挂载命令将远程的文件系统挂载在自己的文件系统之下，像使用本机文件一样使用远程共享文件。

CIFS vs NFS

分布式存储

没有集中存储，然后分布在不同的物理主机上。
把各个主机上不用的硬盘提出来，然后进行副本机制的技术，形成一个资源池，然后再把资源池给各个主机来使用。

副本机制

下图展示的是三副本模式。

• 数据写入：一份数据写入之后，进入资源池，然后会复制成三份，每份都被保存在不同的硬盘上。
• 数据读取：只需要从硬盘中读取一份数据即可，如果损坏了，就读取另外的备份。

副本机制对数据的安全性提供了保障，但是也降低了资源的利用率。

常见分布式存储产品

云计算中虚拟化存储转换路径

从最底层的物理硬盘开始，进行RAID（集中式）或者副本机制（分布式）的操作，从而生成一个物理卷，再把物理卷进行逻辑划分，生成逻辑卷，此时可以把物理卷格式化，生成带有文件系统的NFS，然后逻辑卷已经可以挂载给主机用了，挂载给计算集群并格式化，生成虚拟化文件系统，这时候，主机看到的就是共享目录。整个过程就是虚拟化存储。

云计算中非虚拟化存储转换路径

底层的物理硬盘同样要做RAID或者副本机制，然后形成物理卷，这里的物理卷不需要再做格式化，而是直接做逻辑划分，生成逻辑卷，逻辑卷也不需要格式化，直接挂载给计算集群，生成的就是一个一个的虚拟硬盘，整个过程就是非虚拟化存储。

RAID与LUN的关系

RAID由几个硬盘组成，从整体上看相当于由多个硬盘组成的一个大的物理卷。
在物理卷的基础上可以按照指定容量创建一个或多个逻辑单元，这些逻辑单元称作LUN（LogicalUnitNumber），可以作为映射给主机的基本块设备。

创建LUN的过程

常见文件系统

虚拟化存储和非虚拟化存储的最大区别，就是文件系统。

文件映射到磁盘的过程

虚拟机磁盘

常见虚拟机磁盘格式

华为虚拟化产品存储架构

华为虚拟磁盘特性

类型：

• 普通 一个虚拟机磁盘只给一个虚拟机用
• 共享 多个虚拟机可以同时对多个磁盘进行读写

配置模式：

• 普通 一次性全部分配（读写速度快）
• 精简 要多少划分多少 （节省空间）

磁盘模式：

• 从属
• 独立-持久
• 独立-非持久