全面解析云存儲(chǔ)的網(wǎng)格架構(gòu)

云存儲(chǔ)(cloud storage)這個(gè)概念一經(jīng)提出，就得到了眾多廠商的支持和關(guān)注。Amazon在兩年前就推出的Elastic Compute Cloud(EC2：彈性計(jì)算云)云存儲(chǔ)產(chǎn)品，旨在為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)形式同時(shí)提供更強(qiáng)的存儲(chǔ)和計(jì)算功能。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商CDNetworks和業(yè)界著名的云存儲(chǔ)平臺(tái)服務(wù)商 Nirvanix發(fā)布了一項(xiàng)新的合作，并宣布結(jié)成戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，以提供業(yè)界目前唯一的云存儲(chǔ)和內(nèi)容傳送服務(wù)集成平臺(tái)。

半年以前，微軟就已經(jīng)推出了提供網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)硬盤(pán)服務(wù)的Windows Live SkyDrive Beta測(cè)試版。近期，EMC宣布加入 道里可信基礎(chǔ)架構(gòu)項(xiàng)目，致力于云計(jì)算環(huán)境下關(guān)于信任和可靠度保證的全球研究協(xié)作，IBM也將云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)作為全球備份中心的3億美元擴(kuò)展方案的一部分。

云存儲(chǔ)變得越來(lái)越熱，大家眾說(shuō)紛”云”，而且各有各的說(shuō)法，各有各的觀點(diǎn)，那么到底什么是云存儲(chǔ)?

云狀的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

云存儲(chǔ)在云計(jì)算 (cloud computing)概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新的概念。云計(jì)算是是分布式處理(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)和網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)的發(fā)展，是透過(guò)網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無(wú)數(shù)個(gè)較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)計(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。通過(guò)云計(jì)算技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，處理數(shù)以千萬(wàn)計(jì)甚至億計(jì)的信息，達(dá)到和”超級(jí)計(jì)算機(jī)”同樣強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

云存儲(chǔ)的概念與云計(jì)算類似，它是指通過(guò)集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的一個(gè)系統(tǒng)。如果這樣解釋還是難以理解，那我們可以借用廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來(lái)解釋云存儲(chǔ)。

相信大家對(duì)局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)都已經(jīng)非常了解了。在常見(jiàn)的局域網(wǎng)系統(tǒng)中，我們?yōu)榱四芨玫厥褂镁钟蚓W(wǎng)，一般來(lái)講，使用者需要非常清楚地知道網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)軟硬件的型號(hào)和配置，比如采用什么型號(hào)交換機(jī)，有多少個(gè)端口，采用了什么路由器和防火墻，分別是如何設(shè)置的。系統(tǒng)中有多少個(gè)服務(wù)器，分別安裝了什么操作系統(tǒng)和軟件。各設(shè)備之間采用什么類型的連接線纜，分配了什么 xml:lang=IP地址和子網(wǎng)掩碼。

但當(dāng)我們使用廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，我們只需要知道是什么樣的接入網(wǎng)和用戶名、密碼就可以連接到廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，并不需要知道廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中到底有多少臺(tái)交換機(jī)、路由器、防火墻和服務(wù)器，不需要知道數(shù)據(jù)是通過(guò)什么樣的路由到達(dá)我們的電腦，也不需要知道網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器分別安裝了什么軟件，更不需要知道網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備之間采用了什么樣的連接線纜和端口。

廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于具體的使用者是完全透明的，我們經(jīng)常用一個(gè)云狀的圖形來(lái)表示廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。

雖然云狀的圖形中包含了許許多多的交換機(jī)、路由器、防火墻和服務(wù)器，但對(duì)具體的廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)用戶來(lái)講，這些都是不需要知道的。這個(gè)云狀圖形代表的是廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)帶給大家的互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，無(wú)論我們?cè)谌魏蔚胤?，都可以通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入線纜和一個(gè)用戶、密碼，就可以接入廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，享受網(wǎng)絡(luò)帶給我們的服務(wù)。

參考云狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建一個(gè)新型的云狀結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)，這個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)由多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備組成，通過(guò)集群功能、分布式文件系統(tǒng)或類似網(wǎng)格計(jì)算等功能聯(lián)合起來(lái)協(xié)同工作，并通過(guò)一定的應(yīng)用軟件或應(yīng)用接口，對(duì)用戶提供一定類型的存儲(chǔ)服務(wù)和訪問(wèn)服務(wù)。

當(dāng)我們使用某一個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，我們必須非常清楚這個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備是什么型號(hào)，什么接口和傳輸協(xié)議，必須清楚地知道存儲(chǔ)系統(tǒng)中有多少塊磁盤(pán)，分別是什么型號(hào)、多大容量，必須清楚存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器之間采用什么樣的連接線纜。為了保證數(shù)據(jù)安全和業(yè)務(wù)的連續(xù)性，我們還需要建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)和容災(zāi)系統(tǒng)。除此之外，對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行定期地狀態(tài)監(jiān)控、維護(hù)、軟硬件更新和升級(jí)也是必須的。

如果采用云存儲(chǔ)，那么上面所提到的一切對(duì)使用者來(lái)講都不需要了。云狀存儲(chǔ)系統(tǒng)中的所有設(shè)備對(duì)使用者來(lái)講都是完全透明的，任何地方的任何一個(gè)經(jīng)過(guò)授權(quán)的使用者都可以通過(guò)一根接入線纜與云存儲(chǔ)連接，對(duì)云存儲(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

云存儲(chǔ)簡(jiǎn)易架構(gòu)圖

經(jīng)?？吹饺藗?cè)谡務(wù)撛拼鎯?chǔ)，但是沒(méi)看過(guò)實(shí)際的圖，人們很難想象到底云存儲(chǔ)是什么模樣，下面就是一個(gè)云存儲(chǔ)的簡(jiǎn)易架構(gòu)圖

橘色的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)(storage node)負(fù)責(zé)存放文件，藍(lán)色的控制節(jié)點(diǎn)(control node)則是作為文件索引，并負(fù)責(zé)監(jiān)控存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)間容量及負(fù)載的均衡，這2個(gè)部分合起來(lái)便組成一個(gè)云存儲(chǔ)。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)都是單純的服務(wù)器，只是存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的硬盤(pán)多一些，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器不需要具備 RAID 的功能，只要能安裝 Linux 即可，控制節(jié)點(diǎn)為了保護(hù)數(shù)據(jù)，需要有簡(jiǎn)單的 RAID level 01的功能。每個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)至少有2片網(wǎng)卡(千兆、萬(wàn)兆卡都可以，有些也支持 infiniband)，一片網(wǎng)卡 internal 負(fù)責(zé)內(nèi)部存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)的溝通、數(shù)據(jù)遷移，一片 external 負(fù)責(zé)對(duì)外應(yīng)用端的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，一片千兆卡，讀可以達(dá)到100MB，寫(xiě)可以達(dá)到70MB，如果你覺(jué)得對(duì)外一片網(wǎng)卡不夠，也可以多裝幾片。

上面灰色的方塊(NFS、HTTP、FTP、WebDav)是應(yīng)用端，左上角的灰色方塊(mgmt console)是一臺(tái)PC，負(fù)責(zé)云存儲(chǔ)中存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的管理。對(duì)應(yīng)用端看來(lái)，云存儲(chǔ)只是個(gè)文件系統(tǒng)，而且一般來(lái)說(shuō)支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，例如 NFS、HTTP、FTP、WebDav等等，所以很容易把舊有的系統(tǒng)與云存儲(chǔ)結(jié)合，應(yīng)用端不需要作什么改變。

云存儲(chǔ)不是要取代現(xiàn)有的盤(pán)陣，而是為了應(yīng)付高速成長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量與帶寬而產(chǎn)生的新形態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)，因此云存儲(chǔ)在設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)考慮以下三點(diǎn)

1. 容量、帶寬的擴(kuò)容是否簡(jiǎn)便

擴(kuò)容是不能停機(jī)，會(huì)自動(dòng)將新的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)容量納入原來(lái)的存儲(chǔ)池，不需要做繁復(fù)的設(shè)定

2. 帶寬是否線形增長(zhǎng)

使用云存儲(chǔ)的客戶，很多是考慮未來(lái)帶寬的增長(zhǎng)，因此云存儲(chǔ)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的好壞會(huì)產(chǎn)生很大的差異，有些十幾個(gè)節(jié)點(diǎn)便達(dá)到飽和，這樣對(duì)未來(lái)帶寬的擴(kuò)容就有不利的影響，這一點(diǎn)要事先弄清楚，否則等到發(fā)現(xiàn)不符合需求時(shí)，已經(jīng)買(mǎi)了幾百TB，后悔就來(lái)不及了

3. 管理是否容易

不說(shuō) google 有五萬(wàn)臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器，即使國(guó)內(nèi)也有很多客戶有超過(guò)500臺(tái)存儲(chǔ)的，若不使用云存儲(chǔ)來(lái)統(tǒng)一管理，管理500臺(tái)存儲(chǔ)是一個(gè)巨大的工作，一不小心就可能導(dǎo)致某些應(yīng)用的崩潰，因此云存儲(chǔ)的應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)，當(dāng)用戶把應(yīng)用遷移到云存儲(chǔ)，他管理的就是一臺(tái)存儲(chǔ)，而不是 500臺(tái)甚至五萬(wàn)臺(tái)存儲(chǔ)。管理一臺(tái)存儲(chǔ)不容易出錯(cuò)，分別管理五萬(wàn)臺(tái)要不出錯(cuò)就很難了

上面我介紹的是一個(gè)純軟件的云存儲(chǔ)解決方案，有的產(chǎn)品是硬件的解決方案，他們把橘色的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和藍(lán)色的控制節(jié)點(diǎn)，放在一臺(tái)設(shè)備上，這樣做的缺點(diǎn)是成本比較高，客戶也不能夠按照自己的需求，任意選擇適合自己規(guī)格的硬件，例如讀寫(xiě)性能、網(wǎng)卡、硬盤(pán)容量等等，因此我個(gè)人觀點(diǎn)覺(jué)得軟件的解決方案會(huì)成為最后的贏家，因?yàn)橐栽拼鎯?chǔ)使用者的角度來(lái)看，他們對(duì)成本的要求很高、也不希望放棄他們?cè)械挠布度?，這些都是硬件的解決方案無(wú)法滿足的。