基于对象的存储

2011-06-10 21:17:23来源: 互联网
块是存储的基础架构,对块的管理是简单的。从全球第一个磁盘存储技术50年前诞生到现在,块的技术没有发生太大变化。磁盘工业生产遍及全球。最近几年,存储行业兴起存储虚拟化和数据整合的新概念,在这些概念和方案中,数据还是以块的形式通过网络进行读写操作。

  块形式的存储在满足数据可扩展性和数据安全性的增长方面,日益显现出其局限性和不足。国际上主要有两类网络化存储架构,它们是通过命令集来区分的。

  第一类是SAN(Storage Area Network)结构,它采用SCSI 块I/O的命令集,通过在磁盘或FC(Fiber Channel)级的数据访问提供高性能的随机I/O和数据吞吐率,它具有高带宽、低延迟的优势,在高性能计算中占有一席之地,但是由于SAN系统的价格较高,且可扩展性较差,已不能满足成千上万个CPU规模的系统。第二类是NAS(Network Attached Storage)结构,它采用NFS或CIFS命令集访问数据,以文件为传输协议,通过TCP/IP实现网络化存储,可扩展性好、价格便宜、用户易管理,如目前在集群计算中应用较多的NFS文件系统,但由于NAS的协议开销高、带宽低、延迟大,不利于在高性能集群中应用。

  针对Linux集群对存储系统高性能和数据共享的需求,国际上已开始研究全新的存储架构和新型文件系统,希望能有效结合SAN和NAS系统的优点,支持直接访问磁盘以提高性能,通过共享的文件和元数据以简化管理,目前对象存储系统已成为Linux集群系统高性能存储系统的研究热点,如Panasas公司的Object Base Storage Cluster System系统和Cluster File Systems公司的Lustre等。

  基于对象的存储

  在2004年, ANSI 推出了基于对象的存储设备(OSD)的1.0版本规范。它定义了基于对象的存储设备的通讯协议。OSD规范描述了一个 SCSI 命令集合,由他提供一个高水平的OSD接口。这个接口允许客户端, 比如文件系统和数据库存放和索引数据。 SNIA’S 技术工作组当前正在开发OSD 规范的2.0版本,这个版本年内完成。

  一个OSD设备存放对象,他控制着从对象到物理介质的映射图。设备同时也跟踪作为属性的元数据,例如建立时间标记,从而允许在客户端非常容易地共享数据。

  可以说,OSD最大的卖点在于它结合了SAN的可扩展性和NAS的数据共享。早期的NAS架构的扩展性能并不好,因为所有的元数据的处理都集中在NAS服务器上。在有限的NAS头下扩张更多的存储受到限制,而且这个时候,NAS上的元数据处理变成了瓶颈。如果想扩展,就需要增加更多的NAS服务器,但是此时的管理成为头疼的事情,因为数据是分散的, 这就是我们常说到的“NAS 孤岛”

  OSD的能力在于它将客户端和OSD设备直接联系起来,并不需要中间环节管理元数据。Panasas 公司,全球第一家提供商用OSD产品的公司,同时提供面向对象的存储和并行文件系统。Panasas 公司的 DirectFLOW 的设计,客户端从带外管理的控制刀片得到目标的分布和安全属性。所有的数据流都直接从OSD存储刀片到客户端。尽管商用的OSD产品还只是凤毛麟角,但是OSD技术还是在日新月异。 西捷和IBM已经展示了OSDc产品。 HP已经和开放源代码厂家 Lustre 文件系统合作,使用OSD作为他的StorageWork 可扩展文件系统的重要部分。

  对于对象存储来讲,不光是解决了数据存储的问题,同时它还解决了数据安全性的问题。存储通常已经依赖于客户端和私有网络的认证来保护系统的安全性,不管在文件服务器内用的是FC SAN或SCSI阵列。对象存储体系结构在每一个级别上都提供了安全性:存储系统对存储设备的认证;存储系统对计算节点的认证;存储系统对计算节点命令的认证;所有命令都经CRC的完整性检查;数据和命令经由IP的私有性。这样的安全水平能给用户以信心,他们可以用更经济高效,可管理并容易访问的网络,如以太网,作为存储的传输工具,同时还提高了整个存储体系的安全性。

  “对象存储设备并不适合所有的用户。” Panasas公司的CTO Garth Gibson博士说。经过几年的努力,Panasas 在政府,科研,能源,媒体和金融服务有了很多非常成功的案例。“Panasas 是使用面向对象的存储集群,来解决计算集群的并行存储的问题”。高性能计算和存储专家胡家鎏教授说。

  高性能计算领域

  对象存储体系结构提供了一个带有NAS系统的传统的文件共享和管理特征的单系统映象(single-system-image)文件系统,并改进了SAN的资源整合和可扩展的性能。这种性能,可扩展性,可管理性以及安全性的结合,只能通过在存储体系结构上的重大革命才能被完成。

  第一个支持对象体系结构的产品现在已经问世,它就是Panasas AcTIveScale Storage Cluser (存储集群)。

  此产品已经被部署在国家实验室,地震资料处理机构,以及生物技术组织,它们都在用Linux集群去解决关键的科学问题,这些问题在过去是用巨型超级计算机也不能解决的。它们都期盼能解决需要高性能,可扩展的共享存储才能解决的新问题,这种存储在Panasas的存储体系之前,在市场上是没有的。Panasas存储集群及基于对象的存储体系结构已经展示了,它们能迎接由Beowolf/Linux集群计算体系结构提出的挑战,在那里,传统的基于SAN和DAS的产品都会败下阵来。Panasas 在美国能源部(U.S.Department of Energy:DOE)、Lawrence Livermore 国家实验室,Los Alamos国家实验室,Sandia 国家实验室,Pacific Northwest国家实验室的高性能计算系统中已得到了初步的应用。在全球范围内,Panasas 对象存储集群系统的性能在企业级HPC集群的关键应用中得以淋漓体现和发挥。

  OSD将来会从HPC存储过渡成主流的企业级存储吗?我们拭目以待。试想,当年SUN公司的NFS不就是从最早的技术环境走到主流商业应用的最前线的吗?

  对象存储成为主流

  无论OSD是从HPC走到企业级应用中,或是通过其他方式,均面临需要被企业级的用户所接受这样的事实。从传统的存储变成OSD 存储,需要在多个层面上作改变,这包括,存储设备,存储网络,文件系统和数据库。

  OSD 面临着巨大的机遇。如Garth Gibson博士所讲,大规模并行数据存储的问题通过数据对象,和属性可以得到解决。在这个时候,对象存储的特性才得以发挥。而这些都是基于块的存储所不能解决的。

  对象存储可以以这种方式使用而与应用无关。 应用系统可以和以前使用文件导向的系统一样使用,所有的工作通过文件系统实现对文件的存取。这个时候,应用直接存储数据对象而不是向文件系统写数据。

  对象存储自诞生的那一天起已经表现出其巨大的活力,它可以提供数据安全,容易的数据共享,强大的可扩展功能,完全具备走向企业级数据中心的能力。我们很高兴地看到,对象存储的国际标准已经制定,很多全球一线的存储厂商和服务器厂家均加入到此阵营中。各个厂家的对象存储产品已经或即将面世。但是,同时我们也看到,对象存储全面取代传统的块存储还需时日。

关键字:存储

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0610/article_9790.html
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