数据中心里，存储系统是至关重要的组成部分。由于相关硬件组件与存储操作系统的多样性和复杂性，如何在保证存储稳定、安全、可靠的同时，实现灵活扩展和自服务，一直是困扰数据中心全面云化的难题。

简单来说，现在的难题就在于：硬件和软件的复杂性导致存储系统像一堆零散的积木，拼起来费劲，改起来更麻烦，而云化又需要它像变形金刚一样，既能随时调整结构，又能稳稳当当不出错。那么，如何把这些零散的积木变成一个灵活又可靠的整体，就成了数据中心全面云化必须要跨过的一道坎。

如图1所示，常见的存储系统通常可分为三大：

1. 直连存储(DAS)系统
2. 网络附接存储(NAS)系统
3. 存储区域网(SAN)系统

 

这3类存储系统实现扩展的方式各不相同，老夫在后文中分别讨论如何对它们实现可扩展性。

一、DAS系统的扩展性

想象一下，你有个超大的仓库（数据中心），里面堆满了数据。随着货物越来越多，怎么在不换仓库的前提下，高效管理这些东西？这就是 DAS（直接附加存储）系统扩展性要解决的问题 —— 不靠扩建仓库（增加昂贵硬件），而是用软件来指挥货物摆放（数据存储）。

1、DAS 的优势：软件搞定一切​

传统仓库管理可能依赖坚固的货架（硬件冗余），但 DAS 仓库玩的是 “软件流”。比如 Hadoop 的 HDFS，它就类似像个仓库管理员：​

• 不用高端货架（不需要 RAID 硬件），普通货架（普通硬盘）就能用。​

• 当某个货架坏了（硬盘故障），或者新来了货架（新增节点），它自动把货物挪到其他安全地方，保证所有货物都能快速找到。​

见上图所示，在软件逻辑层面，HDFS负责在出现硬盘故障（或增加新节点）时对数据进行自动重新平衡。类似的数字计算中心(Digital Computing Appliance，DCA)或超融合架构解决方案中也主要是通过软件系统来实现基于DAS的可扩展存储系统，比较典型的两个例子是VMware公司的Virtual SAN与EMC公司的ScaleIO。

2、三个 “仓库管理员” 大 PK​

1. Hadoop HDFS：大数据界的 “搬运工”​

Hadoop 是大数据处理的老大哥，它的仓库能塞进几千个货架（节点），而且越塞越顺手。适合处理海量日志、分析用户行为这种 “粗犷型” 任务，对货架偶尔坏几个根本不在乎，反正有软件自动补位。​

2. VMware Virtual SAN：VMware 家的 “管家”​

Virtual SAN 就像 VMware 家的 “专属管家”，只认 VMware 的仓库（vSphere 虚拟化平台）。它管理的货架最多 64 个，早期只有 32 个。好处是和自家系统配合得天衣无缝，适合中小型企业搭建自家的数据 “小仓库”。​

3. EMC ScaleIO：存储界的 “钥匙”​

ScaleIO 是个 “万能选手”，能适配各种仓库（Linux 系统或虚拟化平台），货架数量轻松上千，而且加得越多，干活越快（吞吐量线性增长）。无论是大型企业的核心数据库，还是云计算中心，它都能轻松驾驭。​

具体选谁好？看需求！​见下表：

需求场景​	推荐 “管理员”​	理由​
处理海量文件​	Hadoop HDFS​	抗造又能装​
自家 VMware 系统​	Virtual SAN​	省心不折腾​
超大型存储集群​	ScaleIO​	能者多劳，灵活适配​

​二、NAS系统的扩展性

 前面说完了 DAS，再来看看 NAS 系统，它就像是另一种风格的仓库。

NAS 系统是基于 IP 的高性能文件共享存储系统，好比是一个专门用来共享货物清单的仓库。

专用的 NAS 存储设备，由两部分组成：NAS 控制器（就像仓库的管家，也叫 “机头”）和底层的存储阵列（存放货物的货架）。

“管家” 负责和外面的客户（客户端）沟通联系，还能把客户要文件的请求，翻译成仓库里找货物的具体指令。而存储阵列就更灵活了，它可以不依赖 “管家” 单独工作，还能和其他仓库（主机）一起分享货物（服务其他存储接口类型）。

有些 NAS 系统还会把计算和存储分开，就像把仓库的 “货物搬运工”（计算能力）和 “货物存放区”（存储能力）分开管理。这样一来，“搬运工” 和 “存放区” 就能根据需要各自扩展，互不影响。而且通过加强 “仓库总管”（NameNode），还能避免出现单点故障，保证仓库一直正常运转。

NAS系统扩展最典型的例子是EMC公司的Isilon产品，除了为业界所熟知的OneFS文件系统（在一个逻辑文件系统内可以管理超过50PB的巨大容量以及支持高达375万的IOPS）​，它对Hadoop系统的优化也值得业界借鉴。Isilon对Hadoop系统的优化主要集中在两方面，如下图所示，具体如下：

Isilon 在存储上就很聪明，别人存数据可能要准备 3 份备份（3 倍镜像），它只需要 1.3 份备份（1.3 倍镜像），就能达到差不多的安全效果，这样一来，成本更低，性价比更高（ROI 更高）。

Isilon 是怎么做到能不断扩展的呢？这里要引入一个概念：横向扩展的NAS。

横向扩展NAS集群分别使用独立的内部网络和外部网络进行前端和后端连接，其中内部网络提供用于群集内通信的连接，外部网络的连接使客户端能够访问和共享文件数据。群集中的每个节点均连接到内部网络。内部网络可提供高吞吐量和低时延，且使用高速网络技术，例如InfiniBand或千兆乃至万兆以太网。若要使客户端能够访问某节点，则该节点必须连接到外部以太网网络，可以使用冗余的内部或外部网络以获得高可用性。InfiniBand可提供主机与外围设备之间低时延、高带宽的通信链路；可提供串行连接，且常用于高性能计算环境中服务器间的通信。InfiniBand支持远程直接存储器访问(Remote Direct Memory Access，RDMA)，使设备（主机或外围设备）能够直接从远程设备的内存中访问数据。InfiniBand还支持单一物理链路使用多路复用技术同时传输多个通道的数据。

简单来说，它就像给仓库建了两条 “传送带”：一条内部传送带（内部网络），专门供仓库内部工作人员（节点）传递消息、搬运货物，速度快、不堵车；另一条外部传送带（外部网络），负责和外面的客户对接，让客户能随时拿到想要的货物（访问和共享文件数据）。而且，为了保证的传送带速度够快，它会用一些高速网络技术，比如 InfiniBand，这就好比给传送带装上了一个发动机，有了它，仓库里的设备之间传递数据又快又稳，还能同时处理好多任务。所以说，NAS 系统能不能灵活扩展、稳定运行，很大程度上就看这些传送带（网络设备）给不给力了。

由以上描述可知，NAS系统的可扩展性以及高可用性在很大程度上是依赖于网络设备的，特别是高带宽路由器解决方案，以确保分布式的存储系统中的各节点间的高数据吞吐量。以Hadoop over Isilon为例，OneFS的并发数据吞吐量可高达100GB/s。图5展示了NAS系统的横向扩展。

今天我们深入了解了 DAS 与 NAS 系统的扩展性奥秘，而存储的世界远比这更精彩。明天，老夫将继续探索SAN系统和统一存储系统的扩展性，看看它们如何为数据存储带来更多可能！！88~

 （文/Ricky - HPC高性能计算与存储专家、大数据专家、数据库专家及学者）