ストレージの概要

著者から

こんにちは、ハブラ！ HPがプリンター以外に販売しているものを知っていますか？ そして、ラップトップとモニターを除いて、デル？ そして日立は、家電製品のほかに？ 上場企業とEMCには共通点はありますか？ 答えは専門家には簡単に思えますが、平均的なIT専門家にはそれほど明白ではありません。



上場企業はすべて、データストレージシステムを販売（含む）しています。 どのシステムですか？ はい、私自身の経験から、私が知っているほとんどのITエンジニアのデータストレージの分野の知識はRAIDの分野で終わると確信しました。 そのため、この記事、またはいくつかの記事を書くためにアイデアが生まれました。 まず、情報管理の分野で多くのテクノロジーを検討し、データストレージにどのようなアプローチが存在し、それぞれが十分ではなかった理由に注目します。 DAS、NAS、およびSANの基本原則をここで説明しているので、この記事が専門家にとっては役に立たないでしょう。

はじめに

この記事の目的は、データストレージシステムを構築するためのアプローチの概念的な基礎を検討することです。 技術仕様を意図的に提供するものではありません。 要するに、彼らは関係がありません。 記事が広告パンフレットのように見えないように、製品名、および「良い」と「類似物がない」の程度はありません。 網羅的な記事を呼び出すこともできません。逆に、ストレージシステムを扱ったことのない平均的なエ​​ンジニアが理解できる最小限の資料をカバーしようとしました。 それでは始めましょう。

DAS（直接接続ストレージ）

このことは長い間親しまれてきました。 通常のPCドライブでの作業のスキームを思い出してください。マザーボードはATA / SATAインターフェイスを介してHDDに接続します 。 これはすべて長い間知っていました。つまり、DASが何であるかを想像できることを意味します。 より正確には、 内部 DASアーキテクチャが何であるかを理解します。 一般的に言えば、いくつかのサーバーとストレージデバイス間の内部有効距離とは異なる外部タイプのDASアーキテクチャもあります。







外部接続は、 SCSIおよびFCテクノロジーを使用して実現されます。 リストされたデータ転送テクノロジーの詳細に触れない場合、DASについて言えることはおそらくこれだけです。



DASアーキテクチャの基本的なシンプルさから、その主な利点は以下のとおりです。以下に説明する他の製品と比較して低価格であり、実装が比較的容易です。 さらに、少なくともシステム要素の数が少ないため、この構成は管理が容易です。 DASデータの整合性は、古くて人気のあるRAIDテクノロジーを使用することで保証されます。

ただし、このソリューションは、比較的重要ではないタスクや限られた数のワークステーションに適しています。 有限のコンピューティングリソースを共有するには、いくつかの制限があります。 同時に接続されるマシンの数は、ストレージデバイスのポートの数を超えません。帯域幅の制限により、読み取り/書き込み（IO）時間、キャッシュの非効率的な使用などが増加します。



部分的に、パフォーマンスの問題は、それぞれが別々のストレージデバイスをロードするサーバー群（たとえば、処理された要求のタイプによって分離される）によって解決できます。







ただし、このスキームでは、サーバー間でデータを共有する必要が生じたり、占有メモリ量が不均一になったりすると、困難が生じ始めます。 明らかに、このような条件下では、DASはスケーラビリティとフォールトトレランスの要件を満たしていません。そのため、NASとSANが発明されました。

NAS（ネットワーク接続ストレージ）

ローカルネットワーク上のサーバーが、そのフォルダーを共有するだけであると想像してください。 これは実質的にNASです。 はい、NASはIPネットワーク上の単なるファイル共有デバイスです。 NASの最小構成は次のようになります。







構造について。 NASデバイス（ファイルサーバー）は、読み取り/書き込み操作用に最適化された独自のOSを備えた専用の高性能サーバーです。 サーバーには、IPネットワークおよびストレージデバイスとの通信用に、GigabitEthernet、FastEthernet、FDDIなどのいくつかのネットワークインターフェイスがあります。 さらに、NASには大量のRAMがあり、そのほとんどがキャッシュとして使用されます。これにより、書き込み操作を非同期で実行し、バッファリングによって読み取りを高速化できます。 したがって、ディスクに到達することなく、データを長時間RAMに保存できます。



ストレージ（ディスクアレイ）-データセンターについて話している記事で最もよく描かれているもの。 つまり、ファイルサーバーに接続（または統合）されたディスクを備えたキャビネット（ラック）です。 統合？ はい、NASは（図のように）別のサーバーにすることも、単一のデバイスの一部にすることもできます。 最初のケースでは、ゲートウェイNASの実装を扱い、2番目のケースでは、モノリシックシステムを扱います。 SANについて話すとき、ゲートウェイの実装を思い出します。



NASはどのように機能しますか？ NASは、 CIFSおよびNFS共有プロトコルをサポートしています 。 クライアントはNASが提供するファイルシステムをマウントし、通常のファイルモードで読み取り/書き込み操作を実行します。NASサーバーはそれらを処理し、ストーリーで理解できるブロックアクセス言語に変換します。 さらに、FTP、DFS、SMBなどのサポートされているプロトコル。ここおよびNAS全体...迅速かつおいしい。



NASを使用することの利益は何ですか。また、一般的なソリューションでクラス全体を取得する必要があるのはなぜですか まず、IO操作にかかる時間が短いため、NASが「汎用」サーバーよりも大幅に高速に実行されるため、アーキテクチャに大量の静的サーバーを必要とするサーバーがある場合は、NASの使用を検討する必要があります。 第二に、集中ストレージは管理が簡単です。 第三に、NAS容量の全体的な増加は顧客に対して透過的であり、メモリの追加/削除のすべての操作は消費者には見えません。 第4に、ファイルシステムレベルでアクセスを許可すると、rwx特権の概念を導入できます。 今後、帯域幅を失うことなくNASを使用すると、マルチサイトネットワークを簡単に整理できることに注目できます（これについては、レプリケーションについて説明します）。



しかし、NASの使用にはいくつかの制限があります。 これは主にNASの基本原理によるものです。 データアクセスプロトコルとしてのTCP / IP自体の冗長性は、オーバーヘッドにつながります。 帯域幅がかなり制限されているネットワーク負荷が高いと、応答時間が長くなります。 システム全体のパフォーマンスは、NASだけでなく、ネットワークのスイッチングデバイスの品質にも依存します。 さらに、適切なリソース割り当てがなければ、クライアントが大きすぎるファイルボリュームを要求すると、他のクライアントの速度に影響を与える可能性があります。

SAN（ストレージエリアネットワーク）

ここで、私はenthernetとの類推を思いつきませんでした:(。SAN（ストレージエリアネットワーク）は、高速ネットワークに基づいて構築されたブロックストレージインフラストラクチャです。



定義からわかるように、NASとの主な違いは、ブロックレベルでデータへのアクセスを提供することです。 SANとDASを比較する場合、ここで重要な概念はネットワークです。 したがって、メインのSANコンポーネント間では同じコンポーネントですが、FibreChannelまたは（Fast-GB-など）イーサネット経由のデータ転送をサポートする特別なスイッチの存在により、他のアーキテクチャとは異なります。







SANの歴史は、FCネットワークを構築するというアイデアが最初に提案された1980年代後半に始まります。 初期の実装では、ハブはスイッチングデバイスとして使用されていました。このアプローチは、制御ループ（アービトレーテッドループ、以降FC-AL）と呼ばれます。







FC-ALの相互作用スキームはCSMA / CAに似ています。FC-ALのノードがIO操作を実行しようとするたびに、ブロッキングパケットを送信し、送信の開始について全員に通知します。 パケットが送信者に返されると、ノードは操作のループを完全に制御します。 操作の終了時に、すべてのノードにチャネルの解放が通知され、手順が繰り返されます。 明らかに、この状況はDASよりも優れているわけではなく、帯域幅の問題にもう1つ追加されています。常に1つのクライアントのみがIO操作を実行できます。 さらに、FC-ALで8ビットアドレッシングを使用すると、ネットワーク上に127を超えるデバイスを配置できません。 つまり、FC-ALはDASよりも優れていませんでした。



FC-ALは、FC-Switched Fabric（FC-SW）という名前に変換しないアーキテクチャに置き換えられました。 今日まで残っているのは、このSAN実装です。 FC-SWでは、ハブの代わりに1つ以上のスイッチが使用されるため、データは共有チャネルではなく個々のチャネルで送信されます。

イーサネットと同様に、これらのスイッチに基づいて多くのトポロジを構築できます。特に、別のスイッチまたはハブをルートに接続できます。







SANの利点は明らかです。

• メモリの総量は、既存のウォッチメンの容量を増やすだけでなく、新しいウォッチメンを追加することによっても増やすことができます。
• 各ホストは、DASの場合のように、独自のストレージデバイスだけでなく、任意のストレージデバイスで動作できます。
• サーバーにはデータを受信するための複数の「パス」があり（マルチパス）、したがって、正しく構築されたトポロジでは、スイッチの1つに障害が発生した後でも、システムは動作し続けます。
• Boot From SANなどのオプションがあります。これは、サーバーが独自のブートディスクさえ必要としないことを意味します。
• リソースへのサーバーアクセスを区別できるゾーニングオプションがあります。
• 帯域幅の問題を部分的に解決しました-一部、 ボトルネックは依然としてストレージデバイスとスイッチ間のチャネルですが、バックアップなどの操作はネットワーク全体に影響しません。

別の重要なSANの利点は、個別に対処する必要があります。 柔軟なアーキテクチャとブロックレベルでのアクセスの提供により、タスクに応じてさまざまなソリューションを構築できます。 たとえば、サーバーの1つに特別なOSを装備すると、NASのゲートウェイ実装（上記の図を参照）のみになります。したがって、1つの企業のソリューションのフレームワーク内で、DAS、NAS、およびSANを組み合わせることができます。



しかし、軟膏にハエがなければ不可能です。 SANの主な欠点の1つは価格です。 数値はマーケティング担当者にお任せしますが、SANをすべて購入できるわけではないことに注意してください。

結論の代わりに

データ管理システムを構築するための主なアプローチについて簡単に説明しました。 IP SANやCASなどの概念はここでは影響を受けません。iSCSIおよび伝送技術全般については何も言われていません。今のところ、これを独立した読み物に任せましょう。

損失からデータを保護すること、バックアップ方法、データセンターが燃え尽きた場合の対処、災害については非常に表面的に言われています-これらは次のレビューの主題になります。

一緒にいてくれてありがとう。