集中式存储的架构

集中式存储架构是一种专用于数据存储的网络,也被称为存储区域网络(SAN)。它结合了硬件和软件,允许网络中的客户端连接到存储不同类型数据的多个服务器。这种架构的发展源于集中式数据存储模型,旨在随着数据量的增长而扩展存储容量,而不是早期的直接连接存储(DAS)模型,后者将存储设备直接连接到服务器。

集中式存储的架构_存储设备集中化

存储设备集中化

在 SAN 中,可以添加存储设备来增加容量,但通过哪个服务器访问存储是单点故障。为了解决这个问题,实施了直接连接共享存储架构,其中多个服务器可以访问同一存储设备。这导致了网络附加存储(NAS)的发展,在 NAS 中,专用文件服务器或存储设备可在局域网上使用。

集中式存储的架构_云存储集中式数据架构

云存储集中式数据架构

集中式存储架构也指创建集中式数据湖以使所有需要数据的人都可以访问数据的做法。云存储可以通过提供经济高效、可扩展且敏捷的存储解决方案来实现这种集中式数据架构。 云存储无需购买硬件或预配置存储容量。组织可以根据需求添加或删除存储,更改性能和保留特性,只为所使用的存储付费。随着数据访问频率降低,它可以自动转移到更低成本的存储,从而创造额外的成本节约。通过将存储工作负载迁移到云端,组织可以通过消除过度配置和维护本地存储基础设施的成本来降低总体拥有成本。

集中式存储的架构_集中式数据湖的优势

集中式数据湖的优势

云存储还通过在几分钟内而不是几周内提供资源来提高组织的敏捷性,从而使员工免于采购、安装、管理和维护等任务。云存储可以与可重用的服务接口集成,实现对所有需要数据的人的集中访问。 无论是小型企业还是大型企业,基于云的集中式数据湖都可以提供敏捷性、节省成本、安全性和简单性,从而专注于核心业务增长。对于拥有大量数据量的大型企业,云存储可以提供可扩展性、耐久性和节省成本的优势,创建可供所有人访问的集中式数据湖。


集中式存储的分类

直接连接存储 (Direct Attached Storage DAS)

直接连接存储是指将存储设备通过计算机主机的接口直接链接到服务器上的一种集中式存储方式。在这种存储架构中,信息被直接存放在服务器上的本地存储设备中,节点通过指令可随时读写存储的信息,实现对存储信息的维护管理。DAS 具有便捷、高效的优点,因为存储设备直接连接到服务器,可以提供较快的数据访问速度。但是,DAS 无法满足高性能的需求和大规模的使用场景,也无法支持高并发访问,因为每个服务器只能访问自身的本地存储。

网络附加存储 (Network Attached Storage NAS)

网络附加存储是一种集中式存储架构,将存储设备通过网络拓扑结构接入到节点上。在 NAS 中,存储设备的文件系统被迁移到中心节点的网络设备上,任一节点都可以通过网络协议读写其他节点的文件。NAS 设备易于部署,具有即插即用、灵活的特点,可以轻松地扩展存储容量。但是,由于所有节点都需要通过网络访问文件系统,因此文件系统的备份和数据传输会消耗大量的网络带宽。

存储区域网络 (Storage Area Network SAN)

存储区域网络是一种集中式存储架构,通过专用高速网络连接存储阵列和服务器主机,形成一个专用的存储网络。SAN 通过光纤媒介支持广泛使用的 SCSI 和 IP 协议,实现存储信息的集中管理、动态存储分配以及各节点按需访问存储资源。SAN 综合了 DAS 和 NAS 的优势,提供了高性能、高可用性和高可扩展性的存储解决方案。但是,SAN 的成本和复杂性较高,并且受信息传输距离的影响较大。


集中式存储的优势

集中式存储能够带来诸多优势,有助于提高企业的运营效率和降低成本。

集中式存储的优势_存储成本降低

存储成本降低

集中式存储可以更高效地利用磁盘存储空间,从而降低存储成本。这为企业投资更可靠、更先进的存储技术(如 RAID 阵列和存储区域网络)提供了资金。由于故障磁盘驱动器很可能是 RAID 阵列的一部分,因此集中式存储还意味着磁盘驱动器由于机械或电气故障而导致中断的可能性较小。

集中式存储的优势_灵活性和可扩展性更强

灵活性和可扩展性更强

与传统的本地存储基础设施相比,集中式存储可提供更大的灵活性和可扩展性。它允许组织在本地缓存经常使用的数据以实现快速访问,同时将非活动的冷数据存储在云端,从而节省空间、降低存储成本并提高性能。集中式存储还可提供更高的冗余性和容错能力,因为数据同时存储在本地和云存储基础设施中。

集中式存储的优势_集中管理和数据治理

集中管理和数据治理

数据云允许组织从单一统一平台收集、处理、存储和分析数据,确保对访问存储数据的员工和云应用程序进行更好的治理和权限控制。这允许集中管理数据使用政策。

集中式存储的优势_数据移动性和可访问性更强

数据移动性和可访问性更强

数据云支持从任何地方安全高效地访问企业信息,并允许在不同云存储系统之间移动数据,而不会被基础架构锁定。

集中式存储的优势_降低边缘计算成本并提高可靠性

降低边缘计算成本并提高可靠性

边缘计算环境可减少从远程站点发送到数据中心的数据量,从而显著降低运营成本。边缘计算还可确保在连接质量较差的区域进行可靠的数据处理、分析和存储。


集中式存储和分布式存储的区别

存储环境_集中式存储和分布式存储的区别

从存储环境上看

集中式存储和分布式存储在存储环境方面存在显著差异。集中式存储的存储媒介高度耦合,需要将中心节点设备部署在空间大、通风散热条件良好的环境中,以确保存储系统的稳定运行。相比之下,分布式存储的存储媒介分散在不同的网络区域,设备数量众多、冗余性强、位置分散,对机房环境的要求相对较低。分布式存储的这种分散部署方式提高了系统的可靠性和容错能力,即使某些节点发生故障,也不会影响整个存储系统的正常运行。

存储方式_集中式存储和分布式存储的区别

从存储方式上看

集中式存储和分布式存储在存储方式上也存在明显区别。集中式存储采用集中管理的硬件架构,输入输出路径较短,对文件存储系统和节点管理较为集中。集中式存储支持多个紧耦合控制器,通过端口实现节点之间的互连,共享磁盘阵列和缓存,从而提高存储系统的复用性能。同时,集中式存储器还具备掉电保护、双活、容灾、CDP(持续数据保护)等技术,以保障系统的冗余性和数据的安全性。

与集中式存储不同,分布式存储采用通用的服务器硬件标准,将存储服务器通过高速以太网互连,节点之间对等关系,冗余性高。分布式存储实现了存储硬件和软件的解耦,减少了数据传输的干扰,使得信息存储和传输更加敏捷。不仅运维成本低,而且也符合数据存储的发展趋势。分布式存储的这种分散式架构使得系统具有更好的扩展性和灵活性,可以根据需求动态添加或删除存储节点,满足不断变化的存储需求。


集中式存储的应用场景

集中式存储广泛应用于各种场景,为企业和组织提供了高效、经济的数据存储和管理解决方案。以下是集中式存储的几个主要应用场景:

基于云的应用程序

近年来,基于云的应用程序模式已成为企业软件公司的核心战略之一。这种模式通过集中托管和管理业务应用程序,允许组织通过互联网访问应用程序,无需本地基础设施,从而降低成本和 IT 管理开销。集中式存储为这种应用程序提供了可靠、高效的数据存储和访问能力。

远程患者监控(RPM)

集中式存储是远程患者监控(RPM)技术的关键组成部分。RPM 系统从传感器收集生理数据,并将其存储在集中式存储库中,以供分析和医疗服务提供商访问。集中式数据存储使诊断应用程序能够根据收集的数据制定治疗建议和干预警报。

企业数据湖

对于拥有数十亿文件和数百万亿字节数据的大型企业,云存储可用于创建集中式数据湖,使数据可供所有需要访问的人员使用。集中式存储为企业提供了高效的数据管理和访问解决方案,支持数据分析和决策制定。

小型企业存储

对于小型企业,云存储消除了自行管理存储的需求,并允许它们随着业务增长而扩展。集中式云存储为小型企业提供了经济高效的数据存储和访问方式,使它们能够专注于核心业务增长。


如何实现集中式存储

集中式存储是一种将数据集中存储在一个中央位置的方法,可以通过多种技术实现。以下是实现集中式存储的几种主要方式:

使用中央磁盘存储

通过使用中央磁盘存储,可以降低存储成本并更有效地利用磁盘存储空间。这种方式支持使用更可靠和更先进的存储技术,如 RAID 阵列和存储区域网络,它们支持冗余操作和热插拔存储,无需中断运行。集中式存储意味着可能发生故障的磁盘驱动器更少,并且故障不太可能导致中断。

集中管理存储

集中式存储还可以实现跨多个单独节点和集群集中管理存储,以及独立于数据存储优化元数据存储和缓存/索引。

使用对象存储设备

对象存储设备(OSD)和一些软件实现也可以帮助实现集中式存储。它们在存储设备级别管理元数据和数据,将数据组织到称为对象的灵活大小的数据容器中。每个对象都包含数据和元数据,两者在物理上被封装在一起。这可以通过允许文件系统客户端在打开文件时只与元数据服务器联系一次,然后直接通过对象存储服务器获取内容,从而提高性能。

使用云存储

组织可以创建集中式数据湖,使其数据可供所有需要的人访问。云存储可以提供敏捷性、节省成本、安全性和简单性,从而专注于核心业务增长。使用云存储时,无需购买硬件、无需预配置存储,也无需使用额外资本应对业务高峰。组织可以根据需求随时添加或删除存储容量,快速更改性能和保留特性,只为实际使用的存储付费。随着数据访问频率降低,它可以自动移动到更低成本的存储中,从而进一步节省成本。通过将存储工作负载从本地迁移到云端,组织可以通过消除过度配置和维护存储基础设施的成本来降低总体拥有成本。


集中式存储的挑战

性能下降

集中式存储虽然可以更高效利用磁盘存储空间,降低存储成本,但可能会以性能下降为代价。

单点故障风险

集中式存储系统管理员对共享文件的可用性拥有完全控制权,使整个系统容易受到外部威胁和请求的影响,用户无法决定内容的分发。

内容可用性受限

与点对点(P2P)网络相比,集中式存储在共享不受欢迎的内容时可能更不可靠,但 P2P 网络可以提供更高的自主托管内容的稳定性。


集中式存储的未来

存储需求、存储环境、应用场景以及数据存储架构正在不断发生变化。数据存储不再局限于单一的集中式存储模式。虽然在低延迟和节点数相对固定的应用场景中,集中式存储仍然是主流选择,但从容量规模的角度来看,集中式存储将逐渐被分布式存储所取代。

集中式存储的优点

  • 低延迟:集中式存储通常部署在单个位置,数据访问延迟较低
  • 易于管理:集中式存储系统相对简单,易于管理和维护
  • 数据一致性:集中式存储可以确保数据的强一致性

 

分布式存储的优点

  • 高容量:分布式存储可以通过横向扩展来实现大规模存储容量
  • 高吞吐量:分布式存储可以通过并行处理来提高数据吞吐量
  • 高可用性:分布式存储通过数据冗余和故障转移机制提供高可用性

结合集中式存储和分布式存储的优缺点,未来的数据存储主流趋势将是低延迟、高容量、高吞吐量和高性能。未来的数据存储将呈现出集中式和分布式相互促进、共同发展的局面,两种存储模式将根据不同的应用场景和需求进行灵活选择和部署。


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