什么是数据存储?

数据存储是指磁性、光学或机械介质,用于记录和保存数字信息,以供日常或未来运营之用。

In the Modern Data Center: Engineer and IT Specialist Work with Server Racks, on a Pushcart Equipment for Installing New Hardware. Specialists Doing Maintenance and Diagnostics of the Database.

数据存储之定义

数字信息有两种类型:输入数据和输出数据。 用户提供输入数据。 计算机提供输出数据。 但是,如果没有用户的输入,计算机的 CPU 就无法计算任何内容,或产生任何输出数据。 

用户可直接向计算机输入数据。 然而,他们在计算机时代的早期就发现,持续手动输入数据会耗费大量的时间和精力。 一种短期解决方案就是计算机内存,也称为随机存取存储器 (RAM)。 但内存的存储容量和保留时间都非常有限。 只读内存 (ROM) 顾名思义,存储在其中的数据只能被读取但不能编辑。 它们控制计算机的基本功能。 

尽管计算机内存技术取得了巨大进步,出现了动态 RAM (DRAM) 和同步 DRAM (SDRAM),但仍受到成本、容量和保留时间等方面的限制。 当计算机关机时,RAM 中的数据就会消失。 那么有何解决方案呢? 答案是数据存储。 

通过使用数据存储空间,用户可在设备上保存数据。 当计算机关机时,数据仍然保留。 用户可指示计算机从存储设备中抽取数据,而无需手动将数据输入计算机。 可根据需要从各种来源读取输入数据,然后创建输出,并将其保存到同一来源或其他存储位置。 用户还可与他人共享数据存储。 

目前,企业和用户需要数据存储,以满足高水平的计算需求,比如大数据项目、人工智能 (AI)、机器学习和物联网 (IoT)。 而需要庞大数据存储量的另一个原因是,防止因灾难、故障或欺诈而导致的数据丢失。 因此,为避免数据丢失,组织也可以使用数据存储作为备份解决方案。 

数据存储的工作方式
简单而言,现代计算机(或称为终端)直接或通过网络连接到存储设备。 用户指示计算机访问这些存储设备中的数据,以及将数据存储到其中。 然而,在基本层面,数据存储有两个基本要素:数据采用的形式,以及记录和存储数据的设备。


数据存储设备

无论采用何种形式存储数据,用户都需要存储设备。 数据存储设备有两种主要类型:直接区域存储和基于网络的存储。 

直接区域存储又称为直接连接存储 (DAS),顾名思义, 这种存储器通常位于直接区域,直接连接到访问它的计算机器上。 通常,只有唯一机器与之连接。 DAS 还可以提供出色的本地备份服务,但共享水平比较有限。 DAS 设备包括软盘、光盘(CD 和 DVD)、硬盘驱动器 (HDD)、闪存驱动器和固态驱动器 (SDD)。 

基于网络的存储允许多台计算机通过网络对其进行访问,因此是数据共享和协作更理想的选择。 它的非现场存储能力也使得它更适合用于备份和数据保护。 有两种常见的基于网络的存储设置:网络连接存储 (NAS) 和存储区域网络 (SAN)。 

NAS 通常是由冗余存储容器构成的单一设备,或是冗余独立磁盘阵列 (RAID)。 SAN 存储器可以是各种类型的多个设备组成的网络,包括 SSD、闪存、混合存储、混合云存储、备份软件、设备以及云存储。 以下是 NAS 和 SAN 的不同之处:

NAS

  • 单个存储设备或 RAID
  • 文件存储系统
  • TCP/IP 以太网网络
  • 有限的用户
  • 有限的速度
  • 有限的扩展选项
  • 降低成本,简化设置

SAN

  • 多个设备组成的网络
  • 块存储系统
  • 光纤通道网络
  • 针对多个用户进行优化
  • 更出色的性能
  • 高度可扩展
  • 更高的成本,更复杂的设置

存储设备的类型

SSD 和闪存

闪存存储器是一种固态技术,它使用闪存芯片写入和存储数据。 固态硬盘 (SSD) 闪存驱动器使用闪存来存储数据。 与 HDD 相比,固态系统没有运动部件,延迟更短,因此同样的数据量,所需的 SSD 更少。 由于大多数现代 SSD 都基于闪存,因此闪存成为固态系统的同义词。

混合存储

SSD 和闪存提供比 HDD 更高的吞吐量,但全闪存阵列的成本比较高。 许多企业采用混合方法,将闪存的速度与硬盘驱动器的存储容量结合在一起。 平衡的存储基础架构使企业能够针对不同的存储需求应用适当的技术。 它提供一种经济的方式,告别传统的 HDD 模式,但并不完全采用闪存。

云存储

云存储提供一种经济实惠、易于扩展的备用选项,将文件存储在本地硬盘驱动器或存储网络。 云服务提供商支持在异地位置保存数据和文件,然后通过公用互联网或专用私有网络连接进行访问。 提供商负责托管、保护、管理和维护服务器和相关的基础架构,确保用户需要时能够随时访问数据。

混合云存储

混合云存储结合了私有云和公有云要素。 借助混合云存储,企业可以选择用于存储数据的云。 例如,受到高度监管的数据必须遵守严格的归档和复制要求,通常更适合于私有云环境。 而敏感性不太高的数据则可存储在公有云中。 有些企业使用混合云来补充内部存储网络与公有云存储。

备份软件和设备

备份存储器和设备用于确保数据不会由于灾难、故障或欺诈事件而丢失。 他们定期将数据和应用副本复制到单独的辅助设备,然后使用这些副本进行灾难恢复。 备份设备可以是 HDD、SSD、磁带机或服务器,但备份存储器也可以作为服务提供,称为备份即服务(BAAS)。 与大多数“即服务”解决方案一样,BaaS 提供低成本的选项,用于保护数据,以易于扩展的方式将数据保存到远程位置。

数据存储的形式

可采用三种形式记录和存储数据:文件存储、块存储和对象存储。

文件存储器

文件存储也称为文件级别存储或基于文件的存储,是一种分层存储方法,用于组织和存储数据。 换言之,数据存储在文件中,文件在文件夹中组织,而文件夹在目录或子目录的层次结构中组织。

块存储

块存储有时称为块级别存储,是一种用于将数据存储成块的技术。 然后这些块作为单独的部分存储,每个块都具有唯一标识。 对于需要快速、高效和可靠的数据传输的计算场景,开发人员倾向于使用块存储。

对象存储器

对象存储通常称为基于对象的存储,是用于处理海量非结构化数据的数据存储架构。 这些数据不符合或无法轻松组织成具有行和列关系型数据库。 示例包括电子邮件、视频、照片、网页、音频文件、传感器数据以及其他类型的媒体和 Web 内容(文本或非文本)。

面向企业的数据存储

计算机内存和本地存储可能无法为企业应用提供足够的存储空间、存储保护、多用户访问、速度和性能。 因此,大多数组织采用某些形式的 SAN 外加 NAS 存储系统。

SAN
SAN 有时称为服务器背后的网络,是一种专门的高速网络,它与服务器和存储设备相连。 它包含一个通信基础架构,提供物理连接,支持使用互联元素(例如交换机和导向器)在网络中进行多对多设备连接。 SAN 也可被视为存储总线概念的扩展。 借助这个概念,存储设备和服务器能够使用类似的要素(例如局域网 (LAN) 和广域网 (WAN))相互连接。 SAN 还包含一个管理层,负责组织连接、存储元素和计算机系统。 该层保证了数据传输的安全与可靠。 

传统上,只有有限数量的存储设备与服务器连接。 此外,SAN 带来了网络灵活性,使一台服务器或多个数据中心内的众多异构服务器可以共享一个公共的存储设施。 SAN 还消除了服务器和存储器之间传统的专用连接,以及服务器必须有效地拥有和管理存储设备的概念。 因此,一个网络可包含众多存储设备,包括磁盘、磁带和光学存储。 而且存储设施的位置可远离使用它的服务器。

SAN 组件 
存储基础架构是信息所依赖的基础。 因此,存储基础架构必须支持企业的业务目标和业务模式。 SAN 基础架构提供增强的网络可用性、数据可访问性和系统可管理性。 在这种环境中,只是更快地部署更多的存储设备是不够的。 好的 SAN 始于好的设计。 

SAN 的核心组件包括光纤通道、服务器、存储设备以及网络硬件和软件。 

光纤通道

在任何 SAN 实施中,要考虑的第一要素是存储器与服务器组件的连接,通常使用光纤通道。 SAN(包括 LAN)将存储接口互相连接到许多远距离的网络配置。

服务器基础架构

服务器基础架构是所有 SAN 基础架构之所以实施的最基本原因,其中包含各种服务器平台。 由于服务器整合以及互联网商务等计划,对 SAN 的需求不断增加,使得网络存储的重要性也与日俱增。

存储系统

存储系统可由磁盘系统和磁带系统构成。 磁盘系统包括 HDD、SSD 或闪存驱动器。 磁带系统包括磁带机、磁带自动加载器和磁带库。

网络系统

SAN 连接包括用于连接存储设备和服务器的硬件和软件组件。 硬件包括集线器、交换机、导向器和路由器。


解决方案

数据存储解决方案

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闪存存储

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