[科普中国]-存储标准

简介

存储标准是指对存储在存储介质中数据的存储与交换方法，数据存储的需求及其定义方法、数据格式要求和存储实现技术等进行标准化定义。存储标准的规范化有利于存储行业整体发展，同时也能促进有关软件系统实现存储需求的接口的统一化。

存储介质存储介质又称为存储媒体，是指存储二进制信息的物理载体，这种载体具有表现两种相反物理状态的能力，存储器的存取速度就取决于这两种物理状态的改变速度。目前使用的存储介质主要有半导体器件、磁性材料和光学材料。(1)用半导体器件做成的存储器称为半导体存储器。从制造工艺的角度又把半导体存储器分为双极型和MOS型等。(2)用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。(3)用光学材料做成的存储器称为光表面存储器，如光盘存储器1。

数据格式数据格式（data format）是数据保存在文件或记录中的编排格式。可为数值、字符或二进制数等形式。由数据类型及数据长度来描述。

数据类型是与程序中出现的变量相联系的数据形式。常用的数据类型可分为两大类。①简单类型。其数据的结构非常简单，具有相同的数学特性和相同的计算机内部表示法，其数据的逻辑结构特点是只包含一个初等项的结点.通常有五种基本的简单类型：整数类型、实数类型、布尔类型、字符类型和指针类型。 ②复合类型。或称组合类型或结构类型，是由简单类型用某种方式组合而成的。根据不同的构造方法，可构成以下不同的数据结构类型：

1) 数组类型。所有成分都属于同一类型。

2) 记录类型。各成分不一定属于同一类型。

3) 集合类型。它定义的值集合是其基类型的幂集，也就是基类型的值域的所有子集的集合。

4) 文件类型。属于同一类型的各成分的一个序列，这个序列规定各成分的自然次序。

数据长度是可度量的，通常用八位二进制数组成一个字节，一个键盘上的字母、数字或其他符号用一个ASCII码表示，一个字节可容纳一个ASCII码(含一位奇偶校验位).计算机存储器的常用编址单位是以字节为单位的。计算机的通信传输单位一般也以字节为基础。数据格式应满足一定条件：①保证记录所需要的全部信息；②提高存贮效率，保证存贮空间的充分利用；③格式标准化，保证有关数据处理系统间数据的交换。

数据存储概述数据存储是数据流在加工过程中产生的临时文件或加工过程中需要查找的信息。数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。常用的存储介质为磁盘和磁带。数据存储组织方式因存储介质而异。在磁带上数据仅按顺序文件方式存取；在磁盘上则可按使用要求采用顺序存取或直接存取方式。数据存储方式与数据文件组织密切相关，其关键在于建立记录的逻辑与物理顺序间对应关系，确定存储地址，以提高数据存取速度。数据存储要命名，这种命名要反映信息特征的组成含义。数据流反映了系统中流动的数据，表现出动态数据的特征；数据存储反映系统中静止的数据，表现出静态数据的特征。

广泛应用的硬盘驱动器可以存储大量的数据，但只能在室温下使用大约10年的时间。这是因为硬盘的磁能势垒较低，因此在一段时间后，其上面储存的信息就会逐渐丢失。CD和DVD光盘、纸张、磁带、陶瓷、泥版和石头等介质的寿命也是有限的。

方式DAS(Direct Attached Storage)直接附加存储

DAS这种存储方式与我们普通的PC存储架构一样，外部存储设备都是直接挂接在服务器内部总线上，数据存储设备是整个服务器结构的一部分。DAS存储方式主要适用以下环境：

(1)小型网络：因为网络规模较小，数据存储量小，且也不是很复杂，采用这种存储方式对服务器的影响不会很大。并且这种存储方式也十分经济，适合拥有小型网络的企业用户。

(2)地理位置分散的网络：虽然企业总体网络规模较大，但在地理分布上很分散，通过SAN或NAS在它们之间进行互联非常困难，此时各分支机构的服务器也可采用DAS存储方式，这样可以降低成本。

(3)特殊应用服务器：在一些特殊应用服务器上，如微软的集群服务器或某些数据库使用的原始分区，均要求存储设备直接连接到应用服务器。

(4)提高DAS存储性能：在服务器与存储的各种连接方式中，DAS曾被认为是一种低效率的结构，而且也不方便进行数据保护。直连存储无法共享，因此经常出现的情况是某台服务器的存储空间不足，而其他一些服务器却有大量的存储空间处于闲置状态却无法利用。如果存储不能共享，也就谈不上容量分配与使用需求之间的平衡。

DAS结构下的数据保护流程相对复杂，如果做网络备份，那么每台服务器都必须单独进行备份，而且所有的数据流都要通过网络传输。如果不做网络备份，那么就要为每台服务器都配一套备份软件和磁带设备，所以说备份流程的复杂度会大大增加。想要拥有高可用性的DAS存储，就要首先能够降低解决方案的成本，例如：LSI的12Gb/s SAS，在它有DAS直联存储，通过DAS能够很好的为大型数据中心提供支持。对于大型的数据中心、云计算、存储和大数据，所有这一切都对DAS存储性能提出了更高的要求，云和企业数据中心数据的爆炸性增长也推动了市场对于可支持更高速数据访问的高性能存储接口的需求，因而LSI 12Gb/s SAS正好是能够满足这种性能增长的要求，它可以提供更高的IOPS和更高的吞吐能力，12Gb/s SAS提高了更高的写入的性能，并且提高了RAID的整个综合性能。

与直连存储架构相比，共享式的存储架构，比如SAN（storage-area network）或者 NAS（network-attached storage）都可以较好的解决以上问题。于是乎我们看到DAS被淘汰的进程越来越快了。到目前为止，DAS仍然是服务器与存储连接的一种常用的模式。事实上，DAS不但没有被淘汰。

NAS(Network Attached Storage)数据存储方式

NAS(网络附加存储)方式则全面改进了以前低效的DAS存储方式。NAS是通过网线连接的磁盘阵列，具备磁盘阵列的所有主要特征：高容量、高效能、高可靠。NAS是部件级的存储方法。NAS将存储设备通过标准的网络拓扑结构连接到一群计算机上，所以NAS可以无需服务器直接上网，不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简单。是真正即插即用的产品，并且物理位置灵活，可放置在工作组内，也可放在其他地点与网络连接。它采用独立于服务器，单独为网络数据存储而开发的一种文件服务器来连接所存储设备，自形成一个网络。这样数据存储就不再是服务器的附属，而是作为独立网络节点而存在于网络之中，可由所有的网络用户共享。NAS数据存储方式是基于现有的企业Ethernet而设计的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的I/O方式进行数据传输。NAS的优点：

(1)真正的即插即用。NAS是独立的存储节点存在于网络之中，与用户的操作系统平台无关，真正的即插即用。

(2)存储部署简单。NAS不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的，专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需要的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简单。

(3)存储设备位置非常灵活。

(4)管理容易且成本低。

NAS的缺点：(1)存储性能较低。(2)可靠度不高。

SAN(Storage Area Network)存储方式

1991年，IBM公司在S/390服务器中推出了ESCON(Enterprise System Connection)技术。它是基于光纤介质，最大传输速率达17MB/s的服务器访问存储器的一种连接方式。在此基础上，进一步推出了功能更强的ESCON Director(FC SWitch)，构建了一套最原始的SAN系统。 SAN存储方式创造了存储的网络化。存储网络化顺应了计算机服务器体系结构网络化的趋势。SAN的支撑技术是光纤通道(FC Fiber Channel)技术。它是ANSI为网络和通道I/O接口建立的一个标准集成。FC技术支持HIPPI、IPI、SCSI、IP、ATM等多种高级协议，其最大特性是将网络和设备的通信协议与传输物理介质隔离开，这样多种协议可在同一个物理连接上同时传送。SAN的硬件基础设施是光纤通道，用光纤通道构建的SAN由以下三个部分组成：

(1)存储和备份设备：包括磁带、磁盘和光盘库等。

(2)光纤通道网络连接部件：包括主机总线适配卡、驱动程序、光缆、集线器、交换机、光纤通道和SCSI间的桥接器

(3)应用和管理软件：包括备份软件、存储资源管理软件和存储设备管理软件。

SAN的优势：

网络部署容易；

高速存储性能。因为SAN采用了光纤通道技术，所以它具有更高的存储带宽，存储性能明显提高。SAn的光纤通道使用全双工串行通信原理传输数据，传输速率高达1062.5Mb/s。

良好的扩展能力。由于SAN采用了网络结构，扩展能力更强。光纤接口提供了10公里的连接距离，这使得实现物理上分离，不在本地机房的存储变得非常容易。