第一十零章 三足鼎立——DAS、SAN 和NAS

10.5 长路漫漫——存储系统架构演化过程

    下面总结一下系统架构演化过程中的10个阶段。

10.5.1  第一阶段：全整合阶段

    图10-36是一个最原始的普通服务器的架构，所有部件和模块都在一个服务器机箱中。这属于DAS架构，因为主机机箱内的磁盘只被本机使用。
 

 

 

图10-36  全整合阶段

10.5.2  第二阶段：磁盘外置阶段

    图10-37所示的架构，是将磁盘置于服务器机箱外部的情况。这种架构依然属于DAS架构，因为存储系统只被一台主机使用。
 

 

 

图10-37  磁盘外置阶段

10.5.3  第三阶段：外部独立磁盘阵列阶段

    图10-38是服务器主机通过普通SCSI线缆连接外部独立磁盘阵列的情况。这种简单的SCSI接口盘阵只能供一台或者几台（如果盘阵提供多个外部SCSI接口的话）主机接入，称不上彻底的网络化，但可以被称为SAN，因为这种架构已经开始显现网络化萌芽了。

 

图10-38 外部独立磁盘阵列阶段

10.5.4  第四阶段：网络化独立磁盘阵列阶段

    图10-39是一台服务器用FC网络连接FC接口磁盘阵列的情况。图中磁盘阵列真正成为包交换网络上的一个节点，可同时被多个其他节点访问，是向彻底网络化进化的里程碑。这种架构是彻彻底底的SAN架构。

 

图10-39  网络化独立磁盘阵列阶段

10.5.5  第五阶段：瘦服务器主机、独立NAS阶段

    图10-40中，服务器主机用以太网与NAS设备进行通信从而存储数据。在瘦服务器阶段，文件系统之下的所有层次模块位移到了外部独立设备中。主机得到了彻底的解放，专门处理业务逻辑，而不必花费太多资源去处理底层系统逻辑。

 

图10-40  瘦服务器主机、独立NAS阶段

10.5.6  第六阶段：全分离式阶段

    在NAS设备的后端可以用包含在自己机箱内的硬盘，也可以用并行SCSI来连接磁盘，还可以用FC协议来连接SAN盘阵来获得LUN（NAS网关）。在这个阶段中，所有部件彻底地分离了，每个部件都各司其职，中间通过不同的网络方式通信，前端用以太网，后端用FC网，如图10-41所示。

 

图10-41  全分离阶段

10.5.7  第七阶段：统一整合阶段

    在图10-42的环境中，既有纯SAN的磁盘阵列，来利用自己机箱或扩展柜内的磁盘，又有NAS网关设备，不但可以利用本地磁盘，还可以向SAN磁盘阵列“租赁”若干LUN卷。另外还有一台多协议磁盘阵列，它既可以向外提供FC协议的连接方式（承载磁盘卷语言），又可以提供以太网的连接方式（承载文件系统语言），这种设备是SAN与NAS融合的结果。服务器可以选择直接用磁盘卷语言访问SAN磁盘阵列上的LUN，用运行在服务器上的文件系统程序管理磁盘卷，也可以选择直接通过以太网络访问NAS设备上的目录，用文件系统语言向NAS发送指令。

    这个架构最终就是一个整合的架构，既有纯SAN和纯NAS，又有被整合到一起的SAN和NAS统一存储设备。第七阶段也是目前IT系统所应用的架构。
 

图10-42  高能混沌阶段

10.5.8  第八阶段：迅速膨胀阶段

    也就是Scale-Out架构的x86集群阶段，使用大量的节点来组成一个对外统一的视图。从物理可见的角度上讲，是大规模并行集群；从较高层的角度来讲，由单个的、无意识的节点来组成一个庞大的整体有意识的整体，这就变成了云的一种特征了。不管是SAN还是NAS，它们此时被承载到同质化的底层集群上，只是前端输出的访问协议不同而已。

    此时整个系统中的节点数量规模将会空前庞大，系统内部的能量将迅速爆发，如图10-43所示。

 

图10-43  迅速膨胀阶段

10.5.9  第九阶段：收缩阶段

    当大量的节点迅速膨胀之后，能量最终会被消耗殆尽，随着新技术的不断产生，当机械硬盘被芯片所取代，并且大规模集成电路技术不断地发展，操作系统中的所有底层模块均用专用硬件电路实现。CPU所做的仅仅是进行业务逻辑计算。外部接口已经过渡到了全部使用无线网络进行通信，包括连接显示器（或许已经被3D眼镜所取代）。

    目前，Intel公司已经在其CPU上集成了显示芯片，使计算机不再需要加装独立的显卡，也不用占用主板上的空间来集成显示芯片。Sun公司将多个万兆以太网芯片集成在了最新的CPU上。Bluearc公司的存储产品更是已经将整个操作系统的所有逻辑都做到了FPGA芯片中。这些新技术正在发芽，随着节点数量的膨胀，其底层却在向着收缩的方向演进。IT架构正处于缓慢收缩之中。图10-44所示为收缩阶段系统架构示意图。

 

图10-44  收缩阶段

10.5.10  第十阶段：强烈坍缩阶段

    胖长过了头就要收缩，阳气消散之后，阴实就会逐渐显露并占上风，整个系统会发生强烈坍缩。对于系统架构，坍缩之后的IT系统会节约大量空间和电力能量。随着集成电路技术发展到一定程度之后，甚至可以将整个系统集成于一个微小的芯片中，即所谓的System on Chip（SOC）。IT系统将坍缩到这个芯片中，如图10-45所示。
 

    纵观这10个阶段，从全整合阶段（占用很大空间和资源）到坍缩阶段（极小的空间极高的质量），这正是宇宙发展演化的规律。在一个极大的空间中包含了众多物质，然后通过不断演化，最终坍缩到一个小空间内，同样包含了极大的质量。

    到此，SAN已经不仅仅限于通过FC网络传递SCSI指令的架构了。SAN的概念，既然是“存储区域网络”的意思，那么就应该泛指参与主机服务器后端存储系统的所有部件，甚至包括NAS，我们可以将NAS看作SAN的一个分支架构。

    SAN在IT系统架构进化到第十阶段之前还会继续存在。在第十阶段，SAN的概念或许会被赋予另外的意义。