对象级存储正准备替代企业中的NAS

日期:2017-7-28作者:Chris Evans

对象存储   NAS   

【TechTarget中国原创】

NAS文件服务器或文件管理器在过去的25年里一直是存储非结构化数据或非标准数据库数据的传统方式。面向非结构化数据,并不意味着数据本身没有结构,因为文件本质上就是一个二进制对象。基于以上原理,许多供应商已经为相同的非结构化数据同时提供对象级存储和文件级存储接口,我们有望看到新兴的对象存储成为传统文件服务器的替代者。

我们将在这篇文章中讨论混合使用对象级存储和文件存储两种方式来存储非结构化数据时的优劣对比,并研究IT部门在考察相关产品时应该考虑哪些重点。

NAS历史回顾

NAS涵盖了源自IT世界两段不同历史的两种技术。其一是由Sun Microsystems开发的NFS,已经成为非Windows系统访问网络文件内容的标准协议。另一种就是SMB,也就是广为人知CIFS,是Microsoft平台的文件共享协议。两种技术自从推出以来都发展迅速,不断提升和增加扩展功能,超越简单文件共享实现更广泛的功能。

传统的NAS会使用RAID技术来防护磁盘故障,供应商的大多数NAS产品也都基于双控制器架构来防护硬件故障,其中一些NAS产品还能实现横向扩展。NAS的文件系统首先构建在物理存储介质上,这些文件系统再使用NFS或SMB向网络公开。

NAS和对象存储的相似点

基于文件的NAS和基于对象的存储都面向相同的数据类型——非结构化文件,在文件内部或者外部维护文件层级信息。两者都可以支持横向扩展架构,从而能存储海量文件或对象。

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Chris Evans已经在IT行业工作了25年以上。早期的职业生涯始于大型机领域,然后进入存储和系统编程领域,专注于开放系统存储和目前流行的虚拟化和云技术。

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NAS文件服务器或文件管理器在过去的25年里一直是存储非结构化数据或非标准数据库数据的传统方式。面向非结构化数据,并不意味着数据本身没有结构,因为文件本质上就是一个二进制对象。基于以上原理,许多供应商已经为相同的非结构化数据同时提供对象级存储和文件级存储接口,我们有望看到新兴的对象存储成为传统文件服务器的替代者。

我们将在这篇文章中讨论混合使用对象级存储和文件存储两种方式来存储非结构化数据时的优劣对比,并研究IT部门在考察相关产品时应该考虑哪些重点。

NAS历史回顾

NAS涵盖了源自IT世界两段不同历史的两种技术。其一是由Sun Microsystems开发的NFS,已经成为非Windows系统访问网络文件内容的标准协议。另一种就是SMB,也就是广为人知CIFS,是Microsoft平台的文件共享协议。两种技术自从推出以来都发展迅速,不断提升和增加扩展功能,超越简单文件共享实现更广泛的功能。

传统的NAS会使用RAID技术来防护磁盘故障,供应商的大多数NAS产品也都基于双控制器架构来防护硬件故障,其中一些NAS产品还能实现横向扩展。NAS的文件系统首先构建在物理存储介质上,这些文件系统再使用NFS或SMB向网络公开。

NAS和对象存储的相似点

基于文件的NAS和基于对象的存储都面向相同的数据类型——非结构化文件,在文件内部或者外部维护文件层级信息。两者都可以支持横向扩展架构,从而能存储海量文件或对象。

用文件系统来充当数据存储基础也带来一些可用性问题:


  1. 可扩展性问题。在单节点NAS或故障转移双节点NAS上,文件系统只位于单个操作系统实例上。这种方式可以相对容易地处理诸如文件创建、锁定和更新的“固定模式”操作。然而,文件系统的扩展是一个真正的挑战,并且问题在需要处理众多节点变得非常复杂。
  2. 数据完整性。文件系统将数据分解为元数据和数据内容,然后存储在逻辑或物理磁盘卷空间内。如果文件服务器意外掉电,那么系统必须执行文件系统检查(FSCK)来校验掉电时数据的完整性。根据文件系统的实现方式,校验操作可能会带来很大的延迟;某些NAS系统,如NetApp的Data ONTAP,会使用非易失性RAM来处理海量数据的校验和确认,从而降低FSCK的开销。
  3. RAID保护。从Gatter Gibson和Randy Katz在1987年的一篇论文开始,RAID已成为存储设备的常规保护措施。RAID技术为我们服务了很多年,但现在已经开始达到可扩展性的极限,因为硬盘驱动器的容量不断增长,结果已经远远超出RAID论文发表时的预计。今天的RAID系统重建时间可能会持续数天,这已经是个大问题,随着新款12TB容量驱动器的发布和不断投入使用,RAID的前景将会更加困难。


RAID仅适用于保护存储在单个设备中的数据,这也是额外的限制条件。为了保护数据免受单纯设备故障之外的侵害,必须对数据进行复制,在地理上分散的不同位置创建数据的完整副本。

理解对象存储

基于对象的存储是存储二进制数据或对象的相对较新的方式。该技术可以追溯到20世纪90年代中期,一家名为FilePool的公司提出了可寻址内容存储的概念。EMC(现在的戴尔EMC)收购了FilePool,其产品成为Centera产品线。此后,许多供应商都已经进入这个可以存储海量非结构化内容的新概念市场。

NAS产品基于文件系统存储非结构化数据,这种机制的性能和数据完整性缺陷无法避免;而对象存储是一套物理存储架构,完全消除了以上问题。这是因为对象存储并不使用文件系统概念,而是将数据存储在单个平面命名空间或层次结构中。

对象级存储在以下几个关键领域与NAS不同:



毫无疑问,对象和文件存储之间的界限有些模糊。

对比两种存储系统的属性,我们可以看到存储数据的两种方法之间也有很多相似之处。两者都适用于非结构化数据,并使用元数据来跟踪正在存储的特定对象的信息。可以看出,改造对象存储以提供NAS协议并不困难。

合并对象和NAS存储

为什么要合并NAS和对象存储?除了只需运行单个存储平台带来的物理存储的明显节省外,还有其他好处:



基于对象的NAS:供应商评述

有哪些供应商提供基于对象的NAS产品?我们看到有两种不同类型的产品诞生:利用基于对象的NAS来提升NAS使用体验,而且无需暴露底层对象存储;或者,供应商提供混合的NAS和对象功能,数据通过两种协议都可以访问。

基于对象的NAS产品模式的例子包括Nasuni,这是一个提供基于云的全局NAS产品的初创公司,NAS的后端存储空间则基于Amazon Web Services Simple Storage Service(亚马逊Web服务简单存储服务)。另外一家采用类似技术的公司是Exablox(现在属于StorageCraft公司)。该公司的横向扩展OneBlox系统使用环行分布式对象存储来保存文件内容,同时提供一些有意思的功能,如智能文件版本控制和快照。OneBlox底层会对象分解成允许重复数据删除的块,但这些细节用户无法访问。

在商业对象存储软件领域也有一系列专有供应商产品。以下是一些例子:



除了提供原生NAS支持的对象存储供应商之外,还有一些公司提供可以连接到对象存储的文件网关,例如Avere公司的FXT产品。然而,这些非原生产品不能同时通过NAS和对象两种协议访问数据,因为数据可能会用专有格式存储到后端对象存储,不可能直接从对象级别访问。

最后我们也应该提到可供选择的开源产品。Ceph基于支持对象、文件和块格式的横向扩展平台来实现对象存储功能,尽管当前它还不支持直接通过多个协议暴露相同的数据。还有OpenIO,它支持一系列存储协议,并且可以部署在普通商品硬件上。支持的硬件还包括基于ARM的硬件,该公司使用名为“nano”的ARM节点可以将独立的硬盘驱动器转换为存储服务器。

数据分析的伙伴

对象和文件是数据分析的好伙伴。使用传统的NAS协议存储数据,使用对象或HTTP进行后端分析,这种组合可以将并行的两种业务的开销和相互影响降到最低。对象协议不需要文件锁定和其他数据完整性功能,因为数据的读写都是静态的。这就减少了文件系统的开销并提高了性能。

毫无疑问,对象和文件存储之间的界限是模糊的,对于很多用例来说,合并这两者合情合理。对象级存储提供了比传统NAS存储更实用的存储方法,具有更高的效率和地理灵活性。我们可以预计,未来所有非结构化存储设备都会原生地同时支持标准的对象和文件两种协议。

本文选自存储经理人2017年7月刊:购买HCI存储前的思考

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