對象存儲：塊和文件之外的存儲形式

塊是存儲的基礎架構，對塊的管理是簡(jiǎn)單的。從全球第一個(gè)磁盤(pán)存儲技術(shù)50年前誕生到現在，塊的技術(shù)沒(méi)有發(fā)生太大變化。磁盤(pán)工業(yè)生產(chǎn)遍及全球。最近幾年，存儲行業(yè)興起存儲虛擬化和數據整合的新概念，在這些概念和方案中，數據還是以塊的形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

塊形式的存儲在滿(mǎn)足數據可擴展性和數據安全性的增長(cháng)方面，日益顯現出其局限性和不足。國際上主要有兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò )化存儲架構，它們是通過(guò)命令集來(lái)區分的。

第一類(lèi)是SAN(Storage Area Network)結構，它采用SCSI 塊I/O的命令集，通過(guò)在磁盤(pán)或FC(Fiber Channel)級的數據訪(fǎng)問(wèn)提供高性能的隨機I/O和數據吞吐率，它具有高帶寬、低延遲的優(yōu)勢，在高性能計算中占有一席之地，但是由于SAN系統的價(jià)格較高，且可擴展性較差，已不能滿(mǎn)足成千上萬(wàn)個(gè)CPU規模的系統。第二類(lèi)是NAS(Network Attached Storage)結構，它采用NFS或CIFS命令集訪(fǎng)問(wèn)數據，以文件為傳輸協(xié)議，通過(guò)TCP/IP實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化存儲，可擴展性好、價(jià)格便宜、用戶(hù)易管理，如目前在集群計算中應用較多的NFS文件系統，但由于NAS的協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)高、帶寬低、延遲大，不利于在高性能集群中應用。

針對Linux集群對存儲系統高性能和數據共享的需求，國際上已開(kāi)始研究全新的存儲架構和新型文件系統，希望能有效結合SAN和NAS系統的優(yōu)點(diǎn)，支持直接訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)以提高性能，通過(guò)共享的文件和元數據以簡(jiǎn)化管理，目前對象存儲系統已成為L(cháng)inux集群系統高性能存儲系統的研究熱點(diǎn)，如Panasas公司的Object Base Storage Cluster System系統和Cluster File Systems公司的Lustre等。

基于對象的存儲

在2004年， ANSI 推出了基于對象的存儲設備(OSD)的1.0版本規范。它定義了基于對象的存儲設備的通訊協(xié)議。OSD規范描述了一個(gè) SCSI 命令集合，由他提供一個(gè)高水平的OSD接口。這個(gè)接口允許客戶(hù)端， 比如文件系統和數據庫存放和索引數據。 SNIA’S 技術(shù)工作組當前正在開(kāi)發(fā)OSD 規范的2.0版本，這個(gè)版本年內完成。

一個(gè)OSD設備存放對象，他控制著(zhù)從對象到物理介質(zhì)的映射圖。設備同時(shí)也跟蹤作為屬性的元數據，例如建立時(shí)間標記，從而允許在客戶(hù)端非常容易地共享數據。

可以說(shuō)，OSD最大的賣(mài)點(diǎn)在于它結合了SAN的可擴展性和NAS的數據共享。早期的NAS架構的擴展性能并不好，因為所有的元數據的處理都集中在NAS服務(wù)器上。在有限的NAS頭下擴張更多的存儲受到限制，而且這個(gè)時(shí)候，NAS上的元數據處理變成了瓶頸。如果想擴展，就需要增加更多的NAS服務(wù)器，但是此時(shí)的管理成為頭疼的事情，因為數據是分散的， 這就是我們常說(shuō)到的“NAS　孤島”

OSD的能力在于它將客戶(hù)端和OSD設備直接聯(lián)系起來(lái)，并不需要中間環(huán)節管理元數據。Panasas 公司，全球第一家提供商用OSD產(chǎn)品的公司，同時(shí)提供面向對象的存儲和并行文件系統。Panasas 公司的 DirectFLOW 的設計，客戶(hù)端從帶外管理的控制刀片得到目標的分布和安全屬性。所有的數據流都直接從OSD存儲刀片到客戶(hù)端。盡管商用的OSD產(chǎn)品還只是鳳毛麟角，但是OSD技術(shù)還是在日新月異?！∥鹘莺虸BM已經(jīng)展示了OSDc產(chǎn)品?！P已經(jīng)和開(kāi)放源代碼廠(chǎng)家　Lustre 文件系統合作，使用OSD作為他的StorageWork 可擴展文件系統的重要部分。

對于對象存儲來(lái)講，不光是解決了數據存儲的問(wèn)題，同時(shí)它還解決了數據安全性的問(wèn)題。存儲通常已經(jīng)依賴(lài)于客戶(hù)端和私有網(wǎng)絡(luò )的認證來(lái)保護系統的安全性，不管在文件服務(wù)器內用的是FC SAN或SCSI陣列。對象存儲體系結構在每一個(gè)級別上都提供了安全性：存儲系統對存儲設備的認證;存儲系統對計算節點(diǎn)的認證;存儲系統對計算節點(diǎn)命令的認證;所有命令都經(jīng)CRC的完整性檢查;數據和命令經(jīng)由IP的私有性。這樣的安全水平能給用戶(hù)以信心，他們可以用更經(jīng)濟高效，可管理并容易訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò )，如以太網(wǎng)，作為存儲的傳輸工具，同時(shí)還提高了整個(gè)存儲體系的安全性。

“對象存儲設備并不適合所有的用戶(hù)?！?Panasas公司的CTO Garth Gibson博士說(shuō)。經(jīng)過(guò)幾年的努力，Panasas 在政府，科研，能源，媒體和金融服務(wù)有了很多非常成功的案例?！癙anasas 是使用面向對象的存儲集群，來(lái)解決計算集群的并行存儲的問(wèn)題”。高性能計算和存儲專(zhuān)家胡家鎏教授說(shuō)。

高性能計算領(lǐng)域

對象存儲體系結構提供了一個(gè)帶有NAS系統的傳統的文件共享和管理特征的單系統映象(single-system-image)文件系統，并改進(jìn)了SAN的資源整合和可擴展的性能。這種性能，可擴展性，可管理性以及安全性的結合，只能通過(guò)在存儲體系結構上的重大革命才能被完成。

第一個(gè)支持對象體系結構的產(chǎn)品現在已經(jīng)問(wèn)世，它就是Panasas ActiveScale Storage Cluser (存儲集群)。

此產(chǎn)品已經(jīng)被部署在國家實(shí)驗室，地震資料處理機構，以及生物技術(shù)組織，它們都在用Linux集群去解決關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題，這些問(wèn)題在過(guò)去是用巨型超級計算機也不能解決的。它們都期盼能解決需要高性能，可擴展的共享存儲才能解決的新問(wèn)題，這種存儲在Panasas的存儲體系之前，在市場(chǎng)上是沒(méi)有的。Panasas存儲集群及基于對象的存儲體系結構已經(jīng)展示了，它們能迎接由Beowolf/Linux集群計算體系結構提出的挑戰，在那里，傳統的基于SAN和DAS的產(chǎn)品都會(huì )敗下陣來(lái)。Panasas 在美國能源部(U.S.Department of Energy：DOE)、Lawrence Livermore 國家實(shí)驗室，Los Alamos國家實(shí)驗室，Sandia 國家實(shí)驗室，Pacific Northwest國家實(shí)驗室的高性能計算系統中已得到了初步的應用。在全球范圍內，Panasas 對象存儲集群系統的性能在企業(yè)級HPC集群的關(guān)鍵應用中得以淋漓體現和發(fā)揮。

OSD將來(lái)會(huì )從HPC存儲過(guò)渡成主流的企業(yè)級存儲嗎?我們拭目以待。試想，當年SUN公司的NFS不就是從最早的技術(shù)環(huán)境走到主流商業(yè)應用的最前線(xiàn)的嗎?

對象存儲成為主流

無(wú)論OSD是從HPC走到企業(yè)級應用中，或是通過(guò)其他方式，均面臨需要被企業(yè)級的用戶(hù)所接受這樣的事實(shí)。從傳統的存儲變成OSD 存儲，需要在多個(gè)層面上作改變，這包括，存儲設備，存儲網(wǎng)絡(luò )，文件系統和數據庫。

OSD 面臨著(zhù)巨大的機遇。如Garth Gibson博士所講，大規模并行數據存儲的問(wèn)題通過(guò)數據對象，和屬性可以得到解決。在這個(gè)時(shí)候，對象存儲的特性才得以發(fā)揮。而這些都是基于塊的存儲所不能解決的。

對象存儲可以以這種方式使用而與應用無(wú)關(guān)。 應用系統可以和以前使用文件導向的系統一樣使用，所有的工作通過(guò)文件系統實(shí)現對文件的存取。這個(gè)時(shí)候，應用直接存儲數據對象而不是向文件系統寫(xiě)數據。

對象存儲自誕生的那一天起已經(jīng)表現出其巨大的活力，它可以提供數據安全，容易的數據共享，強大的可擴展功能，完全具備走向企業(yè)級數據中心的能力。我們很高興地看到，對象存儲的國際標準已經(jīng)制定，很多全球一線(xiàn)的存儲廠(chǎng)商和服務(wù)器廠(chǎng)家均加入到此陣營(yíng)中。各個(gè)廠(chǎng)家的對象存儲產(chǎn)品已經(jīng)或即將面世。但是，同時(shí)我們也看到，對象存儲全面取代傳統的塊存儲還需時(shí)日。