磁盘阵列技术提升数据存储效能，数字档案馆建设理论与实践

磁盘阵列（Redundant Array of Independent Disks，RAID）是由很多块独立的磁盘组合成一个容量巨大的磁盘组，有独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列。利用虚拟化存储技术把多个硬盘组合起来，成为一个或多个硬盘阵列组，目的是提升性能和数据冗余。磁盘阵列利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。

磁盘阵列还能利用同位检查的观念，在数组中任意一个硬盘发生故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中。RAID把多个硬盘组合成为一个逻辑硬盘，因此，操作系统只会把它当作一个实体硬盘。RAID常被用在服务器上，并且常使用完全相同的硬盘作为组合。在具体的工作中，取决于 RAID 层级不同，数据会以多种模式分散于各个硬盘，RAID 层级的命名会以 RAID 开头并带数字，例如：RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 01、RAID 10、RAID 50、RAID 60。每种等级都有其理论上的优缺点，不同的等级在两个目标间获取平衡，分别是增加数据可靠性以及增加存储器读写性能。

磁盘阵列按存储体系架构可分为DAS（Direct Attached Storage，直连式存储）、NAS（Network Attached Storage，网络附加存储）和SAN（Storage Area Network，存储区域网络）三种架构。

DAS是指直接和计算机相连接的数据储存方式，像固态硬盘、机械硬盘、光盘驱动器与计算机直接相连的设备都属于直连式存储设备。直连式存储的名称是后来为了区别于存储区域网络（SAN）和网络附加存储（NAS）而添加的，与通过计算机网络连接的其他存储技术相对。

DAS存储方式的服务器结构如同个人计算机的架构，外部数据存储设备（如磁盘阵列、光盘机、磁带机等）都直接挂接在服务器内部总线上，数据存储设备是整个服务器结构的一部分，同样服务器也担负着整个网络的数据存储职责。DAS这种直连方式，能够解决单台服务器的存储空间扩展、高性能传输需求。对于单台服务器，使用直连式存储连接简单、易于配置和管理、费用较低，但这种连接方式下，因每台服务器单独拥有自己的存储磁盘，所以不利于存储容量的充分利用和服务器间的数据共享，而且存储系统没有集中统一的管理方案，也不利于数据维护，因此DAS存储不适合作为高校档案级的存储解决方案。

NAS是直接连接在计算机网络上面，通过网络为用户提供了集中式数据访问服务的存储方式，可为用户提供跨平台文件共享服务。NAS系统与传统的文件存储服务和DAS不同的地方在于，NAS设备上面的操作系统和软件提供了数据存储、数据访问以及相关的管理功能，并使得NAS设备连上网络即可进行远程访问。NAS系统通常有一个以上的硬盘，而且和传统的文件服务器一样，通常会把它们组成RAID来提供服务，利用集中化的网络文件访问机制和共享来达到减少系统管理成本、提高数据备份和恢复功能的目的。(www.xing528.com)

SAN是通过光纤交换机（Fibre Channel，简称FC）连接存储阵列和服务器主机，建立专用于数据存储的区域网络架构，采用光纤通道技术、磁盘阵列、磁带柜、光盘柜等各种技术组成专用的存储网络。与NAS存储相比较，服务器和存储系统通过FC交换机相连，各存储设备之间交换数据时可以不通过服务器所在以太网络，文件数据的复制、备份、恢复数据和安全的管理都在存储网络中进行，能有效减少巨大流量数据传输时发生的阻塞和冲突，同时数据不在服务器所在以太网内传输一定程度上保证了数据的安全性，较大程度减轻服务器承受的压力，FC交换机可以连接多台服务器，与DAS存储相比具有很强的灵活性。

图1　SAN存储架构图

SAN综合了DAS和NAS两种存储解决方案的优势，一方面为网络上的应用系统提供丰富、快速、简便的存储资源的同时又保护了数据的安全，另一方面又能共享存储资源并对其实施集中管理，保证了数据访问的速度、大量数据的存储与传输管理、数据的安全性和后期可以动态加入多台服务器等良好扩展性，成为当下较为理想的存储管理和应用模式。

经过多年的发展，SAN存储架构（见图1）已经相当成熟，唯一的缺点是光纤交换机和光纤网卡较为昂贵，另外也可以使用IP-SAN存储架构来进行高校数字档案馆建设，IP-SAN架构和SAN架构类似，用以太网交换机及服务器上的以太网卡代替了SAN存储网络中的光纤交换机和光纤网卡，而且也可以共用现有的以太网交换机的空余端口，划分一个独立的VLAN来组件IP-SAN存储网络，现在的服务器一般都自带多个以太网卡，这样就大大降低了IP-SAN存储磁盘阵列的成本。