LVM、FS、NFS、CIFS、NAS等存储概念解析

LVM、FS、NFS、CIFS、NAS等存储概念解析

在IT领域，存储技术是确保数据安全和高效访问的关键。本文将为您详细解析LVM、FS、NFS、CIFS、NAS等主要存储概念，帮助您理解它们的工作原理和应用场景。

基本存储概念解析

• LVM（逻辑卷管理）：存储的格式，块存储。
• FS（文件系统）：在LVM创建的磁盘基础上，安装FS，形成了文件存储。
• NFS（网络文件系统）：Unix系统间实现磁盘文件共享的一种方法，支持应用程序在客户端通过网络存取位于服务器磁盘中的数据。它包括许多种协议，最简单的网络文件系统是网络逻辑磁盘，如IBM SVD（共享虚拟盘）。在文件存储所在的服务器安装NFS服务并启动，可以实现将文件存储在Linux系统间进行共享。
• CIFS（通用Internet文件系统）：NT、Linux系统间实现磁盘文件共享的一种方法，支持应用程序在客户端通过网络存取位于服务器磁盘中的数据。在文件存储所在的服务器安装CIFS服务并启动，可以实现将存储在NT系统上的文件进行共享。
• NAS（网络附加存储）：是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。它以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据，从而释放带宽、提高性能、降低总拥有成本、保护投资。NAS的成本远远低于使用服务器存储，而效率却远远高于后者。

NAS的工作原理

硬件

预先配置好的存储软件将安装在专用硬件上。该硬件被称为NAS机箱、NAS设备、NAS服务器或NAS头，其本质上只是一个包含存储磁盘或驱动器、处理器和随机存取存储器（RAM）的服务器。

软件

NAS和通用服务器存储之间的主要区别在于软件。NAS软件部署在轻量级操作系统（OS）上，而后者通常嵌入在硬件中。通用服务器具有完整的操作系统，它们每秒发送和接收数千个请求（其中一部分可能与存储有关），而NAS机箱仅发送和接收两种请求：数据存储和文件共享。

协议

NAS机箱会根据数据传输协议进行格式化，以便按照相应的标准方式在设备间发送数据。客户端可以通过交换机来访问这些协议。交换机则是一个中央服务器，可用于连接所有设备并路由请求。数据传输协议基本上都能让您访问其他电脑上的文件，就像这些文件在您自己的电脑上一样。

一个网络可以运行多种数据传输协议，但是大多数网络基本上都会运行这2种：互联网协议（IP）和传输控制协议（TCP）。TCP会先将数据并入数据包，然后再通过IP进行发送。请将TCP数据包想象成经过压缩的zip文件，并将IP想象成电子邮件地址。如果您的祖父母不会使用社交媒体，也无法访问您的个人云，那么您必须通过电子邮件向他们发送度假照片。发送前，您可以将这些照片打包到zip文件中，无需一张张地发送。TCP也会采用类似方式：先将文件并入数据包，再通过IP在网上发送。

跨协议发送的文件可以采用以下格式：

• 网络文件系统（NFS）：该协议是Linux和UNIX系统的常用协议。作为一个供应商中立型协议，NFS适用于所有硬件、操作系统或网络架构。
• 服务器消息块（SMB）：大多数使用SMB的系统运行的都是Microsoft Windows，该协议在Windows中被称为"Microsoft Windows网络"。SMB是基于通用互联网文件共享（CIFS）协议开发的，所以它也被称为CIFS/SMB协议。
• Apple文件传输协议（AFP）：运行macOS的Apple设备的专有协议。

NAS的优点

• 横向扩展功能：为NAS增加存储容量就和增加硬盘一样简单。您不必升级或更换现有的服务器，即可在不中断网络的情况下启用新的存储。
• 高性能：由于NAS专门用于提供文件服务，所以其他联网设备无需再提供文件服务。由于NAS会针对具体用例（如大数据或多媒体存储）进行精调，所以客户可以获得更好的性能。
• 易于设置：NAS架构往往会通过经简化的脚本来交付，或以简化版操作系统的预安装设备的形式来交付，因而可以大幅缩短存储的设置时间和系统的管理时间。
• 可访问性：所有联网设备都可以访问NAS。
• 容错性：可以对NAS进行格式化，以支持复制磁盘、独立磁盘冗余阵列或纠删码，进而确保数据的完整性。

NAS与云

NAS本身并不是一种云。云是一种IT环境，可以抽象、汇集和共享整个网络中的可扩展资源。NAS可以是云环境中的一个重要组成部分，尤其是当云提供商将存储作为基础架构即服务（IaaS）协议的一部分交付给客户时。

存储类型比较

存储区域网络（SAN）

存储区域网络（SAN）可以提供块存储。块存储会将单个存储卷（如硬盘、虚拟存储节点或云存储池）拆分成被称为"块"的多个小卷，各个块可以采用不同的协议格式。例如，一个块可以采用NFS格式，另一个块可以采用AFP格式，第三个块则可采用SMB格式。这可以提高用户的选择灵活性，但也会增加块导航的难度，因为它们会使用任意分类来打包数据。

直接附加存储（DAS）

直接附加存储（DAS）是指直接附加到单个计算机的存储。DAS不联网，所以其他设备可以轻松地对其进行访问。DAS是NAS的前身。每个DAS设备单独进行管理，而NAS机箱会负责管理所有设备。DAS最常见的示例就是一台计算机上的硬盘驱动器。要使得其他计算机能够访问该驱动器上的文件，则必须通过物理方式将该驱动器从原始计算机中移除，然后再将该驱动器附加到新的计算机，否则用户必须在2台设备之间建立某种连接（在这一点上，DAS和NAS之间的界线变得有点模糊）。

软件定义存储（SDS）

软件定义存储（SDS）是一种独立于底层硬件来运行的存储管理软件。这意味着，SDS可以安装在NAS机箱上，以便为特定工作负载定制硬件。安装SDS之后，存储硬件可以组建成集群，以使多个服务器能以单个系统的形式来执行特定的操作。例如，可以对一个服务器集群进行配置，用来托管用户目录和NFS/CIFS文件夹；同时针对块存储对另一个服务器集群进行配置，使之能够托管照片和多媒体。有些NAS/SDS解决方案甚至还能在30分钟或更短时间内整合并交付超过一千万亿字节的数据。