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数据中心存储架构(完整版)
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更新于2023-03-16
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存储系统是数据中心IT环境的核心基础架构,是数据中心数据访问的最终承载体。在过去的10年里,IT行业都已经发生了很大的变化,发展步伐令人难以捉摸,但是这一切也将会继续下去。存储在云计算、虚拟化、大数据等相关技术进入后已经发生了巨大的改变,块存储、文件存储、对象存储支撑起多种数据类型的读取;集中式存储已经不再是数据中心的主流存储架构,海量数据的存储访问,需要扩展性、伸缩性极强的分布式存储架构来实现。
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数据中心存储架构
2015年H3C 刘新民
[注:网上流传的是被删减一半篇幅的700字版本,这里将刘老师完整版本13000字找到]
1
引言
存储系统是数据中心IT环境的核心基础架构,是数据中心数据访问的最终承载体。在过去的10年里,IT
行业都已经发生了很大的变化,发展步伐令人难以捉摸,但是这一切也将会继续下去。存储在云计算、虚
拟化、大数据等相关技术进入后已经发生了巨大的改变,块存储、文件存储、对象存储支撑起多种数据类
型的读取;集中式存储已经不再是数据中心的主流存储架构,海量数据的存储访问,需要扩展性、伸缩性
极强的分布式存储架构来实现。
对于企业的IT存储系统,传统的设计方法是自上而下:首先根据业务运营需求,设计出业务模型,然
后根据业务模型设计出IT系统模型,同时根据业务需求计算出IT系统的运算指标、事务处理、带宽、磁盘
访问速度等,并依此作为IT设备采购和IT建设验收的根据,换言之,是从业务需求计算出要选择设备的级
别,从根本来说还是以选择设备为中心的IT系统建设方式,从而形成一种“烟囱式”系统的存储延伸。
在新的IT发展过程中,数据中心建设已经进入云计算时代,企业IT存储环境已经不能简单的从一般性
业务运营需求来构建云计算的数据中心存储环境。云计算数据中心的建设不是为了满足某一个业务系统的
特殊目标,是为了实现所有业务系统在云平台上能够实现灵活的资源调度、良好的伸缩性、业务扩展的弹
性以及快速交付性。因此,是一种自下而上的建设模式,如图1所示,基于云计算平台的建设先于应用系统
需求,并不再与具体的业务捆绑,应用系统的建设、扩容、升级主要以软件为主,硬件物理资源向资源池
申请,存储系统成为云数据中心的可分配、可调度的资源,在这种情况下,有助于消除瓶颈、提高处理速
度,使得业务系统稳定、高效、持久运行。
图1 数据中心的系统建设发展
2
数据中心存储架构的演进
随着数据中心从最初的孤立系统企业级应用发展到互联网化阶段的大规模云计算服务,其存储架构也
不断发展,如图2所示。从满足关键系统的性能与容量需求,到以虚拟化架构来整合数据中心存储资源,提
供按需的存储服务和自动化运维,并进一步向存储系统的智能化、敏捷化演进,应用需求的变化是存储架
构不断改进提升的驱动力,竖井式、虚拟化、云存储三种架构并存是当前现状,软件定义存储架构的出现
则是后云计算时代的存储发展阶段。
图2 存储系统架构演进
竖井式架构
对于早期的系统,在主机架构下,数据和逻辑是一体的,采用面向过程的设计方法,每个应用是一个
孤立的系统,维护相对容易,难于相互集成;客户机/服务器架构将逻辑与数据进行了分离(不论C/S还是
B/S 模式,本质都是客户机/服务器架构),同样采用面向对象的设计方法,每个应用是一个孤立的系统,
提供了一定后台集成的能力。这种架构的存储也随着系统的建设形成了自身的独立性,业务平台的硬件设
备按照规划期内最大用户数来配置,而在业务初期和业务发展情况难预测的情况下,无法真实评估存储的
规模与性能要求,这往往会浪费不少硬件设备资源和空间、动力等资源,并且硬件资源不能灵活调度。 每
个业务上线都需要经过软件选型、评估资源、硬件选型、采购和实施等环节,业务上线流程长、时间跨度
大,不利于业务发展。
即使是企业数据中心进入云计算时代,大量的应用逐步向云的环境迁移,但因为某些系统独特的技术
要求,这种竖井式架构也会长期存在。
存储虚拟化
随着业务发展,数据中心存储不可避免形成大量的异构环境,标准化的管理流程难以实施。存储虚拟
化架构实现对不同结构的存储设备进行集中化管理,统一整合形成一个存储池,向服务器层屏蔽存储设备
硬件的特殊性,虚拟化出统一的逻辑特性,从而实现了存储系统集中、统一而又方便的管理。使得存储池
中的所有存储卷都拥有相同的属性,如性能、冗余特性、备份需求或成本,并实现自动化(如LUN管理)以及
基于策略的集中存储管理。
存储虚拟化简化了存储容量分配,提高了容量的有效利用,并使得容量扩展非常容易。因此,存储虚
拟化减少了存储系统的管理开销、实现存储系统的数据共享、提供透明的高可靠性和可扩展性、优化使用
存储系统。
同时,存储资源的自动化管理为用户提供更高层次策略的选择。在存储池中可以定义多种存储工具来
代表不同业务领域或存储用户的不同服务等级。另外,还允许用户以单元的方式管理每一存储池内部的存
储资源,根据需要添加、删除或改变,同时保持对应用服务器业务系统的透明性。基于策略的存储虚拟化
能够管理整个存储基础机构,保持合理分配存储资源,高优先级的应用有更高的存储优先级,使用性能最
好的存储,低优先级的应用使用便宜的存储。
云存储架构
云存储架构伴随着大规模云计算的数据时代的到来,将存储作为云的服务提供,不论是企业私有云还
是公有云的存储,都着重于大量存储数据的创建和分布,并关注快速通过云获得数据的访问。云存储架构
需要支持大规模的数据负载的存储、备份、迁移、传输,同时要求巨大的成本、性能和管理优势。
云存储的技术部署,通过集群应用或分布式文件系统等功能,网络中大量各种不同类型的存储设备通
过应用软件集合起来协同工作,共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统,保证数据的安全性,
并节约存储空间。
云存储并没有更多技术上的突破,它只是更好利用了现有的存储技术,进行有效整合,对外提供统一
的存储服务。可以支持面向个人的云存储服务、面向企业的云存储服务。
在技术选择上,云存储更注重Scale-out的模型构建,对应用端看来,云存储只是个文件系统,而且一般
来说支持标准的协议,例如NFS、HTTP、FTP、WebDav等等,所以很容易把旧有的系统与云存储结合,应
用端不需要作什么改变。
在大规模系统支撑上,分布式文件系统、分布式对象存储等技术,为云存储的各种应用提供了高度可
伸缩、可扩展和极大的弹性支撑和强大的数据访问性能,并且因为这些分布式技术对标准化硬件的支持,
使得大规模云存储得以低成本的建设和运维。
云存储不是要取代现有的盘阵,而是为了应付高速成长的数据量与带宽而产生的新形态存储系统,因
此云存储在构建时重点考虑的三点:
1)扩容简便
扩容是不能停机,会自动将新的存储节点容量纳入原来的存储池,不需要做繁复的设定。
2)性能易于增长
云存储产品的设计要能随着访问量的增长可进行性能扩展,以应对大规模的数据访问业务。
3)管理简易
大规模存储系统的管理必须借助于自动化实现,具有统一管理能力。
软件定义存储
软件定义存储当前还未有确切的定义,但软件定义存储代表了一种趋势,即存储架构中软件和硬件的
分离,也就是数据层和控制层的分离。对于数据中心用户而言,通过软件来实现对存储资源的管理和调度,
如灵活的卷迁移等而无需考虑硬件设备本身。
通过软件定义存储实现存储资源的虚拟化 、抽象化、自动化,能够完整的实现数据中心存储系统的部
署、管理、监控、调整等多个要求,使得存储系统具备灵活、自由和高可用等特点。
传统存储的虚拟化、自动化都是由专用的存储设备来实现,许多厂商虚拟化存储都要使用自己定制的
设备,或者是在特定服务器上加载的一款软件来支持。软件定义存储将存储服务从存储系统中抽象出来,
且可同时向机械硬盘及固态硬盘提供存储服务,软件定义存储消除硬件设备的限制,采用开放的存储架构,
提供存储的性能、可管理性,增强存储系统的智能性和敏捷的服务能力,同时软件定义存储也以分布式技
术如分布式文件存储、对象存储等大规模可扩展架构为数据基础,对上支持灵活的控制管理,这将是存储
领域发展的大趋势。
3
数据中心存储的技术架构
3.1
数据类型
数据中心的存储数据类型发生了很大的变化,按照结构化程度来分,可以大致分为结构化数据,非结
构化数据,半结构化数据。
结构化数据的存储及应用
所谓结构化数据是一种用户定义的数据类型,它包含了一系列的属性,每一个属性都有一个数据类型,
存储在关系数据库里。一般的业务系统都有大量的结构化数据,一般存储在Oracle或MySQL的等的关系型
数据库中,在企业级数据中心,一般在集中存储架构中保存,或成为主存储系统,以块存储访问为主。
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simonluiss
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