NAS存储解决方案的优势分析

　　网上应用的数据量在迅速膨胀，使数据管理变得越来越复杂。为了简化网络数据管理的复杂性，近年来出现了存贮网络技术。它将硬盘系统与单个的应用服务器脱离，直接挂在网上，将分散的数据集中管理。

　　随着网络应用的普及，网络系统的可靠性日益成为关系企业生存的关键性因素。为此在存贮系统中越来越广泛地采用磁盘阵列（RAID）技术。但通常的RAID系统是用牺牲效率换取可靠性，这就使存贮系统效率的瓶颈问题更加突出。

　　NAS系统直接挂在网上的专用文件服务器，具备快速，简单，可靠的性能，支持Unix和Window NT多种网络环境。

　　背景

　　随着Internet的发展，数据成爆炸型增长，而现有网络环境却没有为它提供充分的发展空间。网络系统每时每刻都在调用传输处于服务器后端磁盘阵列中的数据。在很多大的应用系统中，硬盘I/O占用了服务器的大量时间，整个系统都处于对硬盘的等待状态，使整个系统性能下降。磁盘成了服务器的包袱，制约整个网络的瓶颈。

　　回顾构成整个网络环境的几个关键部件的发展历程，CPU经历了由80286、80386、……、Alpha G Hz等过程，可以说目前CPU技术为当前提供了一个比较好的计算环境，而网络带宽由10M、100M发展到目前技术成熟的1000M以太网为当前网络发展提供了足够的带宽，而硬盘的容量也在飞速发展，目前一个硬盘的容量25GB也是常事，但是从始至终一直有一个制约硬盘发展的问题没有得到很好的解决，这就是磁头臂机械移动速度一直没有得到提高，但磁头臂的机械移动速度却已经达到了一个极限。硬盘就好比一个瓶子，瓶肚越来越大，但瓶口却是一直没有改变。

　　回顾整个计算机发展历程，不难发现计算机走了一条由通用→专用的道路。尤其是在八十年代，一台通用计算机几乎是万能的，例如：打印服务、文件名服务、文件服务、数据库、路由、桥、磁带备份、公用服务等等。随着对各种功能需求的迅速膨胀，专业化成了必然趋势。出现了路由器、打印服务器、数据库服务器、备份服务器等专用服务器。其中路由器是最典型的专用设备，它对网络的发展起了极大的推动作用，使网络在可维护性、低成本、易用性等方面达到了一个前所未有的境界。

　　历史与现实条件促使数据存储要走专业化的道路，要绕过硬盘所带来的I/O瓶颈。

　　NAS系统实现了两个突破

　　理念上的突破——把存储器直接接到网络上，不再挂在服务器后端，给服务器增加负担。技术上的突破——通过专用软件减少磁头臂机械移动的次数，克服由此造成的延时。

　　网络存储解决方案NAS与SAN的分析与比较

　　针对I/O是整个网络系统效率低下的瓶颈问题，专家们提出了许多种解决办法。其中抓住症结并经过实践检验为最有效的办法是：将数据从通用的应用服务器中分离出来以简化存储管理。问题：


图1
　　由图1可知原来存在的问题：每个新的应用服务器都要有它自己的存储器。这样造成数据处理复杂，随着应用服务器的不断增加，网络系统效率会急剧下降。

　　解决办法：


图2

　　从图2可看出：将存储器从应用服务器中分离出来，进行集中管理。这就是所说的存储网络（Storage Networks）。

　　使用存储网络的好处：

　　1． 统一性：形散神不散，在逻辑上是完全一体的。
　　2． 实现数据集中管理，因为它们才是企业真正的命脉。
　　3． 容易扩充，即收缩性很强
　　4． 具有容错功能，整个网络无单点故障。

　　专家们针对这一办法又采取了两种不同的实现手段，即NAS（Network Attached Storage）网络直联存储器和SAN(Storage Area Networks)存储区域网。

　　NAS：用户通过TCP/IP协议访问数据，采用业界标准文件共享协议如：NFS、HTTP、CIFS实现共享。
　　SAN：通过专用光纤通道交换机访问数据，采用SCSI接口。

　　什么是NAS和SAN的根本不同点？

　　NAS和SAN最本质的不同就是文件管理系统在哪里。如图：


图3
　　由图3可以看出，SAN结构中，文件管理系统（FS）还是分别在每一个应用服务器上；而NAS则是每个应用服务器通过网络共享协议使用同一个文件管理系统。

　　NAS是将目光集中在应用、用户和文件以及它们共享的数据上。SAN是将目光集中在磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构。将来从桌面系统到数据集中管理到存储设备的全面解决方案将是NAS加SAN。

　　NAS性能分析

　　1．NAS与磁盘阵列的区别

　　NAS是一台服务器，有自己的核心，如CPU、内存、操作系统、磁盘系统，而磁盘阵列只是一个存储介质。

　　NAS直接接到交换机或集线器上，磁盘阵列接到服务器后端。NAS不依赖于服务器，NAS有自己的文件管理系统，把服务器管理文件的包袱卸掉，提高服务器性能，磁盘阵列没有自己文件管理系统，完全依托于服务器，当数据流量很大时，给服务器造成的压力很大，易形成I/O瓶颈，使整个网络系统性能降低。

　　磁盘阵列技术的出现，是为了提高数据存储的可靠性。它用效率来换取可靠性。NAS把磁盘阵列技术融合在它的文件系统中，这样既提高了数据的可靠性，又利用磁盘的并行操作，提高了系统的整体性能。

　　2．NAS比磁盘阵列快的原因

　　控制普通磁盘的是通用操作系统，如UNIX或NT, 控制磁盘只是其职能中的一部分，I/O操作算法效率不高。而NAS的操作系统是专用的，它只管磁盘I/O，算法效率最高。

　　通用文件服务器的CPU当进行I/O操作时，系统发生中断，等待I/O完成后才能恢复应用运行。在有NAS的系统中，应用程序需要进行磁盘I/O操作时，I/O操作由NAS完成，在磁盘I/O操作中最费时间的是写操作，NAS将写请求先写到NVRAM(不掉电内存)中，这个动作完成后，应用程序即可恢复运行，所以效率要高得多。

　　磁盘操作慢的根本原因在于磁头臂的查找是机械动作，所以减少磁头臂的移动次数是提高效率的关键。NAS对磁盘的I/O操作算法，尤其是写操作，比通用操作系统做了极大的改进，它最大限度地减少了磁头臂的移动次数。其算法保证磁头总是停留在一个可写的位置上，并从这个位置连续写下去。

　　通常的RAID(磁盘阵列)系统，对于通用操作系统来说是外加的，是额外负担。人们使用RAID是为了得到高可靠性，但这是以牺牲一定的系统效率做前提的。NAS的RAID系统是设计在它的专用操作系统中的，它不仅不是额外负担，相反由于多个磁盘的磁头臂可以同时并行读写，所以I/O速度更高了。 ,