檔案系統 和 網路附接儲存(NAS: Network Attached Storage)

 磁碟子系統提供面向塊的儲存，但對於端點使用者和高層應用而言，透過柱面，磁軌和扇區這樣的定址機制進行塊處理是很繁瑣的。 因此檔案系統被用來代表在作業系統中的一箇中間層次，為使用者提供熟悉的目錄和檔案服務，並把他們儲存在對端點使用者隱蔽的儲存介質上。

 

       磁碟子系統

       http://blog.csdn.net/tianlesoftware/archive/2011/02/22/6199816.aspx

 

       網路附接儲存（NAS：network attached Storage）是一個帶有瘦伺服器（Thin Server）的儲存裝置，其作用類似於一個專用的檔案伺服器，連線到諸如乙太網這樣的現有網路上，NAS支援網路檔案系統協議，如NFS和CIFS，提供基於檔案的儲存服務。

      

一.  本地檔案系統

       檔案系統形成在面向塊的硬碟和應用程式之間的中間層，而在檔案系統和硬碟之間通常使用卷管理程式。檔案系統和卷管理程式一起管理磁碟塊，使得使用者和應用程式可以透過目錄和檔案使用磁碟的儲存功能。

        檔案系統和卷管理程式使用各種各樣的裝入配置檔案為多個應用提供服務。這就意味著，這是一些通用的應用，它們的效能未被有針對性地進行最佳化。

       諸如 DB2和 0racle這樣的資料庫系統會繞開檔案系統，自己管理磁碟塊。這樣做的結果是提高了資料庫的效能，但資料庫的管理也變得比較複雜了。因此在實踐中，也有的資料庫系統把它們的資料儲存在由檔案系統管理的檔案中。在這種情況下，當有更高的效能需求時，管理人員通常傾向於選擇使用更高檔次的硬體的解決方案。

       除了基本的檔案服務，現代檔案系統還提供附加的 3個功能：日誌 (journaling)，抽點快照 (snapshot)和檔案系統的動態擴充。日誌是一種即使是在系統崩潰之後也能保證維持檔案系統一致性的機制。檔案系統把對系統的每個改變都寫到一個記錄檔案中，並且是在對系統實際地做改變操作之前就做這樣的記錄，記錄檔案對使用者和應用程式不可見。在系統崩潰之後，檔案系統只須察看記錄檔案的末尾，就可以重建系統的一致性。

       在沒有日誌的檔案系統中，典型的是像Microsoft的FAT32和 UNIX系統中的 UFS這樣比較老的檔案系統，在系統崩潰之後必須檢查整個檔案系統的一致性；在大的檔案系統中這可能要花幾個小時的時間。因此，使用沒有日誌的檔案系統，在系統崩潰以後，可能要花好幾個小時的時間，才能使資料和使用它們的應用程式回到正常執行的狀態，具體時間取決於檔案系統的大小。

       抽點快照記錄某一個時刻的資料資訊並將其儲存，如果之後發生某些故障需要恢復資料，那麼就可以透過快照檔案把資料恢復到之前做快照的那個時間點的狀態，而在該時間點之後的資料都會丟失。當備份軟體需要備份某些不能停止執行的關鍵業務的時候，利用快照技術可以將某時間點的所有資料資訊儲存並備份，不會影響到業務的正常執行。如果使用者將某個檔案誤刪除，那麼如果使用者之前做過快照，該檔案就可以很快被恢復出來。

     抽點快照執行與智慧磁碟子系統中的即時複製類似的功能，它在一個時間點上凍 結一個檔案系統的狀態，建立一個快照檔案。使用者和應用程式可以透過一個特別的通路訪問快照檔案。系統在崩潰以後，使用快照檔案可以很快地把檔案系統、目錄和檔案恢復到做快照前的狀態。就像即時複製那樣，複製的建立只需花幾秒鐘。同樣地，在建立一個抽點快照時，應該特別注意要保證被凍結的資料狀態的一致性。

       下表 給出了抽點快照和即時複製的比較。抽點快照一個重要的優點是它們可以使用任何硬體來實現。而在另一方面，在磁碟子系統上的即時複製對應用伺服器 CPU和匯流排的負擔較小，因而可，以把更多的系統資源留給應用程式本身使用。

 

       卷管理程式是在作業系統內部位於檔案系統或資料庫和硬碟之間的中間層次。卷管理程式最重要的功能是聚合多個硬碟形成一個大的虛擬盤，並且僅讓這個虛擬盤對高層可見。大多數的硬碟管理程式都提供把這個虛擬盤劃分成幾個較小的虛擬盤以及增加或減少虛擬盤個數的選擇。在卷管理程式內部的虛擬化使得系統管理員可以很快地對應用儲存需求的變化做出反應。

       取決於具體的實現，卷管理程式可以提供與 RAID控制器或智慧磁碟子系統同樣的功能。諸如 RAID、即時複製和遠端映象這些功能在卷管理程式中都可以獨立於硬體的方式實現。但在卷管理程式中的 RAID把處理負擔放在應用伺服器的匯流排和 CPU上。在RAID 1 中，檔案系統寫的每一塊都要透過所有的匯流排兩次。透過把對應的功能移到儲存裝置上，RAID控制器或智慧磁碟子系統可以減輕應用伺服器的負擔。

 

 

二. 網路檔案系統（NFS）和網路附接儲存（NAS） 基本概念

2.1 網路檔案系統的基本概念

       網路檔案系統是本地檔案系統的自然擴充套件，端點使用者和應用程式透過網路檔案系統可以訪問物理上位於一個不同的計算機 (檔案伺服器)上的目錄和檔案。檔案伺服器在現代資訊科技環境中是如此地重要，以至於人們把預先配置的專門面向網路儲存的檔案伺服器稱作網路附按儲存 NAS，並在市場上呈現為一個單獨的產品系列。

 

2.2  網路檔案系統的功能

       網路檔案系統使得本地的目錄和檔案可以在區域網上提供給其他計算機上的使用者使用 。它也使得若干個端點使用者基於共同檔案 (例如專案資料，原始碼)展開協同工作成為可能。一般來說，檔案系統是作業系統的一個組成部分。與本地檔案系統不同，網路檔案系統是一個分散式的檔案系統，它依據特定的協議使不同計算機上的檔案可以共享。 

       網路檔案系統（NFS）在提供檔案共享的同時，也提供對檔案的其他管理，如可靠性維護和檔案操作權控制等。儘管網路檔案系統在其實現的管理操作上有很多不同於對本地檔案操作的步驟，然而對使用者而言，對網路檔案的操作與對本機檔案的操作是沒有區別的。

       第一個廣泛流行的網路檔案系統是 Sun Microsystems 開發的 NFS (Network FileSystem，網路檔案系統)，它是現在所有UNIX系統上標準的網路檔案系統。Microsoft也開發了它自己的網路檔案系統，稱作  CIFS (Common Internet File System，通用因特網檔案系統)，它用於Windows作業系統，並且跟NFS不相容。

       藉助網路檔案系統，端點使用者和應用程式能夠在各種各樣的計算機上使用共同的資料集工作。為了使用共享的檔案，在 UNIX 客戶機上，系統管理員必須使用 mount(安裝)命令把從一個 NFS 伺服器出口的目錄檔案連線到本地目錄結構。     在 Windows客戶機上，端點使用者可以自己使用 Map Network Drive (對映網路驅動器)命令執行類似的操作。然後，無論是在UNIX上，還是在Windows上，使用者都可以像訪問本地檔案一樣地從網路檔案系統對檔案進行操作。

       FTP (File Transfer Protocol，檔案傳送協議)為使用者提供了一種可以在TCP/IP 網路上交換檔案的機制。今天，FTP伺服器仍然是一種分發自由軟體和文件的重要途徑。和網路檔案系統不同，FTP 伺服器對端點使用者是清晰可見的。不過，使用者需要在伺服器上登入並透過身份驗證後才能在FTP伺服器和本地計算機之間交換檔案。

        HTML (Hyper Text Markup Language，超文字標記語言)和 HTTP (Hyper TextTransfer Protocol，超文字傳輸協議)顯著地改變了人們對因特網的使用模式。藉助HTML文件，可以把因特網上的資料互相連線起來。因特網上的使用者不再只是訪問個別檔案，而是“衝浪”WWW (World Wide Web，全球資訊網)。使用者在自己的瀏覽器上觀看來自互相指引的動態 HTTP伺服器上的HTML文件。現在的瀏覽器都毫無例外地整合了 FTP客戶程式，因而使用者使用它可以方便地從因特網“下載”檔案。

 

2.3  NAS 網路附接儲存

       NAS用於預先配置的檔案伺服器。 從結構上講，NAS 伺服器是功能單一的精簡型計算機，執行最佳化的網路檔案系統，如NFS和CIFS，安裝有與配置的儲存裝置，並連線在區域網上。

       NAS 是一種專業的網路檔案儲存和檔案備份裝置，它基於區域網，按照TCP/IP協議進行通訊，以檔案I/O 方式進行資料傳輸。 在區域網環境下NAS 可以實現異構平臺之間的資料共享，如LINUX 和 windows。

       一個NAS伺服器通常包括處理器，一個特別的作業系統，檔案服務管理模組和多個硬碟驅動器。 大的NAS伺服器還提供附加功能，如抽點快照，遠端映象和在光纖通道SAN 上備份等。

       NAS 是專為檔案共享開發的。 它主要負責提供檔案共享，是的網路中的應用伺服器不用管理檔案操作，從而減輕應用伺服器的負擔。 同時在儲存裝置更新或出現故障的情況下，應用伺服器還可以繼續執行。 NAS 是一種儲存系統設計。

 

三.  NFS 檔案系統 和 CIFS 檔案系統

 

3.1  NFS （Network File System）

       NFS 是一個典型的基於網路的檔案系統，最初由SUN 公司開發，普遍執行在UNIX,LINUX和DOS 系統中。 它為網路內的各個計算機提供了對於共享檔案的操作。 NFS 向下支援各種本地檔案系統，如：FAT,NTFS,CDFS，HPFS等。

       NFS 在TCP/IP 標準協議基礎上，基於遠地過程呼叫（RPC:Remote Proceure Call），建立了在TCP/IP 網路環境下的檔案共享。 它的設計採用了網路中普遍流行的客戶端/伺服器模式。

 

3.2  CIFS（Common Internet File System）

       CIFS是由微軟公司推出的網路檔案系統，主要應用在Windows 系統中，也可以配置在Unix/Linux 系統中。 CIFS 允許客戶端使用CIFS協議請求服務端上的各種檔案，如網路上的共享目錄和印表機等裝置。

 

 

3.3  NFS 和 CIFS 應用示例

       CIFS 在Unix/Linux 系統上實現是透過Samba 軟體包。 它遵循CIFS協議。 所以有關NFS 和CIFS 的配置，主要是NFS 和 Samba的配置。 這部分內容，參考我的blog：

       Linux NFS 和 Samba 共享配置

       http://blog.csdn.net/tianlesoftware/archive/2010/07/22/5752092.aspx