图文存储知识概述:从单机到云原生

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背景:本文整理了杨传辉(日照)《大规模分布式存储系统原理解析与架构实战》、大话存储、网络资源以及个人理解,旨在为初学者提供存储发展的基本轨迹和一些基本常识,让初入者能够有宏观的认知。

存储发展史:从单机到互联网,存储主要围绕构建低成本、高性能、可扩展、易用的目标进行演进。现今,存储分为单机存储、集中存储、分布式存储、云存储、云原生存储等形态。

各阶段存储的基本形态如下:- 单机存储- 集中存储- 分布式存储- 云存储- 云原生存储

存储数据分类与模型:无论是单机存储、分布式存储还是云存储,都是基于特定应用场景下,对指定数据类型构建相应的存储数据模型。常见的存储类型有块存储、文件存储和对象存储。

- 块存储:基于Block块的存储模式,包括DAS(直连主机存储方式)和SAN(高速网络链接主机存储方式)。- 文件存储:通过网络提供文件存储服务。- 对象存储:基于键值存储构建的存储系统,将数据通路(data)和控制通路(meta)分离,通过对象存储设备(OSD)以RESTful API的形式提供服务。

单机存储:基本概念:单机存储系统是指将单机存储引擎(数据结构在机械磁盘、SSD等持久化介质上实现)封装起来,提供文件、键值、表格或关系模型的存储服务。

存储引擎:存储引擎是存储系统的核心,决定了存储系统能够提供的功能和性能。它包括增加(Create)、读取(Retrieve),随机读取和顺序扫描、更新(Update)和删除(Delete)等功能。不同引擎之间存在差异。

集中式存储:基本概念:相对于单机存储,集中式存储包括更多组件。除了机头(控制器)、磁盘阵列(JBOD)和交换机等设备外,还有管理设备等辅助设备。

系统构成:- 机头:存储系统的核心部件,通常由控制器和前后端口组成。控制器中的软件负责管理磁盘,将其抽象化为存储资源池,并划分为LUN供服务器使用。- 前后端口:前端端口用于提供存储服务给服务器,后端端口用于扩展存储系统的容量(连接更多的存储设备)。- 磁盘柜(JBOD):专门的柜子中安装磁盘,具备独立的电源、散热和接口。柜内的磁盘通过内部线缆(如SCSI)与机头的后端端口连接。

分布式存储:基本概念:分布式存储系统通过网络将分散的存储设备连接起来,作为一个整体提供存储服务。

系统分类:- 分布式文件系统- 分布式键值系统- 分布式表格系统- 分布式数据库

云存储:基本概念:云存储是一种云计算领域的存储服务方式,构建在分布式存储基础之上,通过互联网提供存储服务。除了具备分布式存储的特性外,云存储还具备灵活性,通常由云厂商提供。

参考产品:- 云原生存储

基本概念:云原生存储是基于云存储发展而来,除了具备云存储的特性外,还需要满足云原生生态系统中其他所有组件的需求。它包括构建可扩展应用、支持S3 API驱动和K8S调度等特性。

参考示例:- Rook:将文件、数据块和对象存储系统引入Kubernetes集群,实现与其他正在使用存储的应用程序和服务的无缝协同工作。- MinIO:高性能软件定义的对象存储套件,可与Kubernetes集成,允许操作员通过Kubernetes界面管理存储。

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