理顺存储的发展与演进

从存储架构的发展演进过程来说，可以分为主机存储、集中式存储、分布式存储和超融合存储。其中，主机存储是指将存储设备直接连接到主机服务器上。

集中式存储（Centralized Storage）是采用集中式存储控制器统一管理存储资源和提供存储服务，并通过光纤通道或网络连接方式进行访问，如SAN和NAS。

通常也将集中式存储称为传统存储，根据机头控制器的能力，可以管理几百~几千块硬盘。

分布式存储（Distributed Storage）则是将数据分散存放在多个独立的节点上，通过网络连接形成一个整体，节点之间相互通信和协作，实现数据的存储和管理。如GFS。

超融合存储（Hyper-Converged Storage）通常运行在 x86 服务器上，将计算和存储资源融合在一起，以虚拟化技术实现资源的动态管理和调度，提供更加高效和灵活的存储服务。

在发展演进的过程中，软件定义存储起到了关键的作用。

那么，何谓软件定义？

从本质上来说，存储硬件不开放或开放极少的接口。软件定义就是将原来固化在硬件中的软件提取出来，提供对外开放的接口。

事实上，软件定义存储 (SDS) 只是一种营销术语，类似于软件定义网络，也是一种架构或思想。在2012年，VMware首次提出软件定义存储的概念。

本文将主要介绍主机存储相关基础知识。

一、总述

从计算机体系架构上从看，除CPU和内存外，早期的芯片组有北桥和南桥之分，北桥用于连接CPU和内存之间的接口，南桥用于边接硬盘、USB和网卡等，集成PCI、PCIe和IDE和USB等接口。现在北桥已和CPU合在一起。

二、SCSI总线

磁盘通过SCSI卡挂在SCSI总线上。SCSI英文全称是Small Computer System Interface，译为小型计算机系统接口。SCSI的发展演进过程如下：

（1）1979年，提出SCSI-1，支持7台8位的外围设备，最大数据传输速度为5MB/s。

（2）1992年，提出SCSI-2，数据传输率达到20MB/s。

（3）1995年，提出SCSI-3，称为Ultra SCSI（Fast-20）。

（4）1997年，提出Ultra 2 SCSI（Fast-40），数据传输速率达到80MB/s。

（5）1998年，提出Ultra 3 SCSI（Utra 160 SCSI），数据传输率达到160MB/s。后又提出Ultra 320 SCSI协议，数据传输率达到320MB/s。

SCSI采用C/S架构，客户请求方称为Initator，服务方称为Target。具体来说，每个Target都有唯一的设备地址Target ID，并且可以连接多个LUN（Logic Unit Number，逻辑单元）。

SCSI总线挂载硬盘数量有限。一般来说，最多可以挂接15块SCSI硬盘设备。

三、HDD与SSD

硬盘一般分为HDD和SSD。详情参考：存储：HDD和SSD。

作为主机内的存储，在容量和安全都问题。

安全方面，需要进行冗余备份，也就是进行RAID。

四、RAID

RAID也就是Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列。

RAID可以通过软件（OS）来实现，但存在占CPU、内存、OS所在磁盘无法RAID等问题。

也可以通过硬件来实现，也就是RAID卡。

RAID的使用方法：

（1）磁盘阵列的配置：配置RAID组；在RAID组上划分LUN；将LUN映射给相应的主机使用。

（2）主机寻找磁盘的路径：SCSI控制器—>通道—>SCSI ID—>LUN。LUN是更细一级的地址号。

RAID存在问题：分好逻辑盘后，就不能再随意扩展了。

五、LVM

为解决“分好逻辑盘后，就不能再随意扩展了”，提出了卷管理软件，如LVM（Logical Volume Manager，逻辑卷管理器）、LDM（Logical Disk Manager，逻辑磁盘管理器）。

卷管理软件的基本思路为：将物理硬盘或RAID卡之后的逻辑硬盘：PVVGLV，组合再分配。

这样的LV，大小可以扩大、并且无需重启OS。

LVM之后，主机或服务器的存储仍存在问题：放不了太多的磁盘。

六、磁盘阵列

为了磁盘容量的问题，出现了磁盘柜JBOD（Just a Bound of Disks，只是一串磁盘）、磁盘阵列(JBOD+RAID)。

磁盘阵列存在问题：使用SCSI能够挂载的磁盘数量是有限的。

为此，SCSI控制器增加通道，一个通道对应一个SCSI总线。

磁盘阵列的容量扩大之后，但单个主机不需要那么大的存储容量。这就需要共享给多个主机。后形成了SAN（Storage Area Network，存储区域网络）。

七、相关术语

1.什么是分区、什么是格式化？

分区是设置硬盘的各项物理参数，并指定MBR（Master Boot Record，硬盘主引导记录）和引导记录备份的存放位置。

格式化则是建立文件系统。

2.什么是块？

《数据中心虚拟化技术权威指南》一书描述如下：

块是单纯的一系列字节，根据既定的长度（块的大小）构成数据在存储设备中的最小存放单位。

AI大模型文心一言的描述如下：块存储中的“块”是指以扇区为基础，一个或多个连续的扇区组成的一个块，也叫物理块。它存在于文件系统和块设备之间。在块存储中，数据被分解成块，然后存储为单独的部分，每个部分都具有唯一标识。这些数据块可以配置在不同的操作系统中使用。当用户或应用程序从块存储系统请求数据时，底层存储系统将重新组装数据块并将数据提供给用户或应用程序。

3.什么是LUN？

LUN的英文全称是Logical Unit Number，译为逻辑单元号，用于标识存储设备中的逻辑单元。

LUN是TargetID的下一级地址号，一个TargetID可以虚拟出多个LUN地址。

通常情况下，把从硬件（硬盘）虚拟出来的磁盘，称为LUN。而由软件生成的磁盘称为”卷“。