火星课堂：海量非结构数据存储技术路线选型：对象存储与块存储、文件存储等对比（上）

本文转自“talkwithtrend”，作者：聂奎甲

传统存储在面对海量非结构化数据时，在存储、分享与容灾上面临很大的挑战，主要表现在以下几个方面：传统存储并非为非结构化内容设计或优化、成本过高、并非PB级的扩展、不支持永远在线、专有的一体机设备等等，非结构化数据以每年60%～80%的速率增长，从而可扩展性变成了最迫切的需求。

对象存储是无层次结构的数据存储方法，通常用于云中。不同于其他数据存储方法，基于对象的存储不使用目录树。各个单独的数据(对象)单元存在于存储池中的同一级别。每个对象都有唯一的识别名称，供应用进行检索。

社区不久前组织了相关交流活动，探讨了块存储、文件存储、对象存储几种方式的对比，以及对象存储Cleversafe的技术原理及应用。

1、块存储、文件存储、对象存储几种方式的对比?

块存储指在一个RAID(独立磁盘冗余阵列)集中，一个控制器加入一组磁盘驱动器，然后提供固定大小的RAID块作为LUN(逻辑单元号)的卷。

接着块存储会采用映射的方式将这几个逻辑盘映射给主机，主机上面的操作系统会识别到有5块硬盘，但是操作系统是区分不出到底是逻辑还是物理的，它一概就认为只是5块裸的物理硬盘而已，跟直接拿一块物理硬盘挂载到操作系统没有区别的，至少操作系统感知上没有区别。

此种方式下，操作系统还需要对挂载的裸硬盘进行分区、格式化后，才能使用，与平常主机内置硬盘的方式完全无异。

优点：

1、 这种方式的好处当然是因为通过了Raid与LVM等手段，对数据提供了保护。

2、 另外也可以将多块廉价的硬盘组合起来，成为一个大容量的逻辑盘对外提供服务，提高了容量。

3、 写入数据的时候，由于是多块磁盘组合出来的逻辑盘，所以几块磁盘可以并行写入的，提升了读写效率。

4、 很多时候块存储采用SAN架构组网，传输速率以及封装协议的原因，使得传输速度与读写速率得到提升。

缺点：

1、采用SAN架构组网时，需要额外为主机购买光纤通道卡，还要买光纤交换机，造价成本高。

2、主机之间的数据无法共享，在服务器不做集群的情况下，块存储裸盘映射给主机，再格式化使用后，对于主机来说相当于本地盘，那么主机A的本地盘根本不能给主机B去使用，无法共享数据。

3、不利于不同操作系统主机间的数据共享：另外一个原因是因为操作系统使用不同的文件系统，格式化完之后，不同文件系统间的数据是共享不了的。例如一台装了WIN7/XP，文件系统是FAT32/NTFS，而Linux是EXT4，EXT4是无法识别NTFS的文件系统的。就像一只NTFS格式的U盘，插进Linux的笔记本，根本无法识别出来。所以不利于文件共享。

文件存储：为了克服块存储文件无法共享的问题，所以有了文件存储。文件存储也有软硬一体化的设备，但是其实普通拿一台服务器/笔记本，只要装上合适的操作系统与软件，就可以架设FTP与NFS服务了，架上该类服务之后的服务器，就是文件存储的一种了。

主机A可以直接对文件存储进行文件的上传下载，与块存储不同，主机A是不需要再对文件存储进行格式化的，因为文件管理功能已经由文件存储自己搞定了。

优点：

1、造价交低：随便一台机器就可以了，另外普通以太网就可以，根本不需要专用的SAN网络，所以造价低。

2、方便文件共享：例如主机A(WIN7，NTFS文件系统)，主机B(Linux，EXT4文件系统)，想互拷一部电影，本来不行。加了个主机C(NFS服务器)，然后可以先A拷到C，再C拷到B就OK了。

缺点：

读写速率低，传输速率慢：以太网，上传下载速度较慢，另外所有读写都要1台服务器里面的硬盘来承担，相比起磁盘阵列动不动就几十上百块硬盘同时读写，速率慢了许多。

企业级的NAS存储采用RAID技术提升了数据的可靠性和读写速率，同时采用万兆光纤接口提升了网络传输速率，适合于中小规模的医院用于PACS系统非结构化数据的存取，当数据量达到PB级别时NAS机头会出现瓶颈。下图是块存储与文件存储的对比图：

对象存储：内置大容量硬盘的分布式服务器是对象存储的典型设备，对象存储最常用的方案，就是多台服务器内置大容量硬盘，再装上对象存储软件，然后再额外配置几台服务作为管理节点，安装上对象存储管理软件。管理节点可以管理其他服务器对外提供读写访问功能。

之所以出现了对象存储这种东西，是为了克服块存储与文件存储各自的缺点，发扬它俩各自的优点。简单来说块存储读写快，不利于共享，文件存储读写慢，利于共享。能否实现即读写快又利 于共享的目的呢?于是就有了对象存储。

首先，一个文件包含了属性(术语叫metadata，元数据，例如该文件的大小、修改时间、存储路径等)以及内容(以下简称数据)。

以往像FAT32这种文件系统，是直接将一份文件的数据与metadata一起存储的，存储过程先将文件按照文件系统的最小块大小来打散(如4M的文件，假设文件系统要求一个块4K，那么就将文件打散成为1000个小块)，再写进硬盘里面，过程中没有区分数据/metadata的。而每个块最后会告知你下一个要读取的块的地址，然后一直这样顺序地按图索骥，最后完成整份文件的所有块的读取。

这种情况下读写速率很慢，因为就算你有100个机械手臂在读写，但是由于你只有读取到第一个块，才能知道下一个块在哪里，其实相当于只能有1个机械手臂在实际工作。

而对象存储则将元数据独立了出来，控制节点叫元数据服务器(服务器+对象存储管理软件)，里面主要负责存储对象的属性(主要是对象的数据被打散存放到了那几台分布式服务器中的信息)，而其他负责存储数据的分布式服务器叫做OSD，主要负责存储文件的数据部分。当用户访问对象，会先访问元数据服务器，元数据服务器只负责反馈对象存储在哪些OSD，假设反馈文件A存储在B、C、D三台OSD，那么用户就会再次直接访问3台OSD服务器去读取数据。

这时候由于是3台OSD同时对外传输数据，所以传输的速度就加快了。当OSD服务器数量越多，这种读写速度的提升就越大，通过此种方式，实现了读写快的目的。

另一方面，对象存储软件是有专门的文件系统的，所以OSD对外又相当于文件服务器，那么就不存在文件共享方面的困难了，也解决了文件共享方面的问题。

所以对象存储的出现，很好地结合了块存储与文件存储的优点。

为什么对象存储兼具块存储与文件存储的好处，还要使用块存储或文件存储呢?

1、有一类应用是需要存储直接裸盘映射的，例如数据库。因为数据库需要存储裸盘映射给自己后，再根据自己的数据库文件系统来对裸盘进行格式化的，所以是不能够采用其他已经被格式化为某种文件系统的存储的。此类应用更适合使用块存储。

2、对象存储的成本比起普通的文件存储还是较高，需要购买专门的对象存储软件以及大容量硬盘。如果对数据量要求不是海量，只是为了做文件共享的时候，直接用文件存储的形式好了，性价比高。

对象存储简介：

对象存储的出现就是为解决了存储海量大数据的问题。比如存储万亿的视频、图片，照片等。比如进行海量的数据归档，数据备份等。对象存储可以存储海量非结构化数据，然后进行大数据分析。

对象存储其采用key-volume的扁平化存储架构设计，使用简单，调用API就能进行数据存储和读取。可以存储海量数据，这点传统存储和NAS就没辙。在海量数据场景中你只能选择对象存储。如果传统SAN存储是跑车，NAS是货车，那么对象存储就是万亿吨海上集装箱大油轮。