企业级存储详解

近年来，云计算、大数据、人工智能、物联网等信息技术与产业快速发展，信息技术与传统产业的融合也不断加深，快速发展的数字经济已经成为我国产业转型升级和经济高质量发展的重要驱动因素。数据是数字经济的重要基础组成，信息技术也围绕数据的生产、加工、应用而展开。当前，企业和用户无时无刻都在产生大量的数据，数据中心等信息基础设施也在实时地存储和计算各类数据，网上购物、电子支付、工业互联网等数据应用场景更是随处可见。据IDC 预测，到 2025 年全球数据量将达到 163ZB，相当于 2016 年 16.1ZB 数据量的十倍。当前，数据的快速、高效、安全存储已经成为业界关注的焦点。

在冯·诺依曼体系结构中，存储主要由 CPU 寄存器、静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，SRAM）、动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）、本地二级存储（HDD、SSD）以及由 DAS、NAS、SAN、分布式存储等组成的外部存储组成。从存储介质的角度进行划分，企业级存储可以划分为磁性存储、半导体存储、光学存储三大类，各类存储的详细信息如下。

（1）半导体存储：利用半导体特性完成存储，主要包括 SSD，相对于磁性存储和光学存储，半导体存储在读写速度、设备体积等方面优势明显，是当前整个存储产业发展的重点。

（2）磁性存储：利用磁性介质进行数据存储，主要包括机械硬盘、磁带、软盘等，机械硬盘一直以来都是企业级存储的重要选择，目前仍占据较大的市场份额。

（3）光学存储：利用光学特性进行数据的存储，主要包括 CD、DVD 等，当前蓝光存储以其大容量、高可靠的特性，成为温冷数据存储的选择方案之一。

从架构来分，企业存储可分为集中式存储与分布式存储。集中式存储包括以下类型。

（1） 直 接 附 加 存 储（Direct Attached Storage，简称 DAS）是一种以服务器为中心的系统，其通过服务器与存储设备相连，并采用 SCSI 等方式进行存储功能的应用，系统简单、建设成本低、配置便捷是其优势，而扩展性和可维护性差、故障影响大则是其不足。

（2） 网 络 附 加 存 储（Network Attached Storage，简称 NAS）通过标准的网络将存储和应用服务器相连，相对于直接附加存储，网络附加存储的存储设备上具有存储管理系统。网络附加存储在扩展性、管理性等方面具有优势，但也存在文件访问速度慢、局域网资源占用大等弊端。

（3）存储区域网络（Storage Area Network，简称 SAN）通过一个或多个网络设备所构建的专用网络将存储连接起来，两种典型的形式分别是基于光纤的 FC-SAN 和基于 IP 的 IP-SAN。存储区域网络在系统性能、扩展性等方面具有较好的优势，但其专用网络的建设和维护成本较高。

除集中式存储外，近年来分布式存储也发展较快。分布式存储不需要专用的存储设备，利用普通的服务器即可完成，其通过网络连接多个服务器节点，在逻辑上形成一个存储整体，统一对外提供服务。相对于专用设备，分布式存储单节点性能有所下降，但其面对海量数据存储时，在价格、性能等方面也拥有较好的表现。分布式存储又可以细分为分布式文件、分布式块和分布式对象存储，包括 HDSF、GlusterFS、Ceph、HBlock 等产品。

分布式存储最早是由谷歌提出的，其目的是通过廉价的服务器来提供使用与大规模，高并发场景下的 Web 访问问题。它采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，它不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。分布式存储的兴起与互联网的发展密不可分，互联网公司由于其数据量大而资本积累少，而通常都使用大规模分布式存储系统。与传统的高端服务器、高端存储器和高端处理器不同的是，互联网公司的分布式存储系统由数量众多的、低成本和高性价比的普通 PC 服务器通过网络连接而成。其主要原因有以下三点。

(1) 互联网的业务发展很快，而且注意成本消耗，这就使得存储系统不能依靠传统的纵向扩展的方式，即先买小型机，不够时再买中型机，甚至大型机。互联网后端的分布式系统要求支持横向扩展，即通过增加普通 PC 服务器来提高系统的整体处理能力。

(2) 普通 PC 服务器性价比高，故障率也高，需要在软件层面实现自动容错，保证数据的一致性。

(3) 随着服务器的不断加入，需要能够在软件层面实现自动负载均衡，使得系统的处理能力得到线性扩展。

随着存储行业的不断发展，存储高级功能逐渐开始普及，各种高端存储产品所具有的软件功能开始在中低端存储产品上出现，基于x86的标准化硬件逐步替代专用硬件，进而一统存储市场，这使得“软件”成为各存储厂商的核心竞争点。从本质上讲，存储本身就是一个软件行业。随着数据存储量的增大，也必然将由硬件提供的弹性向着由软件代替硬件提供弹性的方向发展，意味着专用存储硬件必然被商用硬件所替代。这就注定了“软件定义存储”是存储行业发展的必然趋势。

软件定义存储的核心在于，用软件解决原先由硬件解决的（弹性）问题，例如EMC所发布的ViPR，与其存储阵列所组成的解决方案则可称之为软件定义存储。通过将存储阵列的控制权上交给ViPR进行统一的管理和分配，在与商用硬件组合时，利用ScaleIO为商用硬件提供存储高级功能，以此补足ViPR只有控制平面缺乏数据平面的“不足”。

参考资料：

袁宏伟 . 数字经济与实体经济深度融合 [J]. 企业管理 , 2020,461(01):27-28.

顾勤 . 面向大数据的分布式存储技术研究 [J]. 无线互联科技 , 2020, 187(15):159-160.