本书完整地讲述了成功规划和实现存储网络所需的各种技术和体系结构。全书共分为四个部分，从I/O路径技术入手，深入分析了包括网络备份、RAID、镜像、SCSI、卷管理及缓存在内的各种网络存储技术，详尽阐述了多种基于SAN和NAS的应用，如光纤通道、NFS 、CIFS 、SAN 文件系统、存储池和无服务器备份等，最后，还探讨了Internet 存储等新技术。
本书可帮助读者进行企业需求评估、方案鉴定及技术实施，尤其是，书中还特别提供了存储网络设计图，这对广大网络从业人员而言，极具价值。
虽然存储区域网络（SAN）为日益增长的信息存储和管理提供了光明的前景，但在这迅速变化的市场上选择适合的解决方案却令人苦恼。很少公司有内部专家能够从这些纷繁的产品中择其所需。Marc Farley的这本书从各个集成组件出发，为读者理解和评价存储网络提供了一个综合指导。
存储的传统、趋势及未来
传统的存储和管理方法主要强调限制花费和信息的访问。因此，使用传统的存储管理原则，信息存储量受到极大的限制，甚至存储的积累数据量不超过百天；同时，信息的访问也局限于单个的服务器。
近来的记录技术发展很快，可以用相对低廉的价格实现大量的存储。网络时代正在产生新的应用和新的商业模型，它们不仅要求信息在公司内部共享，也要求在其合作伙伴及用户之间共享。这种挑战已经不再是存储信息的花费，而是寻求合算的管理巨量存储资源的方案，以及使可供访问的数据变成有价值的信息。
随着存储量的持续增长，熟练的存储管理员也变得越来越短缺。因而，传统的存储与管理方案面临着日益增长的数据、信息访问的需求以及管理人才缺乏的挑战，这促进了存储区域网络的发展。这个方案将提供对最广泛的服务器平台、操作系统和应用的支持，事实上，在容量、连接性、性能和可用性等方面，它也有着广阔的发展空间。
存储价格：容量增长的催化剂
国际数据公司（IDC）预言：若按磁盘的每兆字节价格计算，在2003年之前，磁盘存储系统的价格平均每年将下降40%。事实上，不考虑其他的因素，仅考虑新的硬盘驱动器一项，就能得出上述结论，因为磁盘的记录密度每12～18个月就增加一倍。这些价格的下降使公司能够提供更广泛的商业需要，包括企业资源计划、销售自动化、数据仓库、数据市场等。同时，存储价格的下降也加速了信息的数字化，而在过去，许多信息仅能以模拟形式或书写的形式存在，如出版物以及从各种视频和音频应用产生的输出。这些变化导致每年需要新增存储容量达到90%。既然所有这些信息都以数字化形式存在，那么我们每一个人都想享用它们。
网络世界的商业
现在，几乎没有人对网络互联的价值提出什么疑问了，可是在几年前，公司都牢牢地控制存储信息的容量及其访问范围。Internet的出现增强了公司的联网意识，也使公司认识到采取信息保护主义态度的危险，同时，Internet和电子商务模型也带来了不可预测的挑战。
Internet决定了交易时间和地点由顾客决定。在Internet世界中，存储总是开放的，而且商业的拥有者完全不能控制潜在的顾客数量，Internet已经成为客户服务的越来越重要的通信手段，受到新增用户极大的青睐，而传统的电话却被大为冷落。
除此之外，Internet也消除了阻挡用户选择供应商的许多壁垒，地理距离的远近概念正在消失。竞争者们容易发现，他们之间的惟一差别就是应用的可用性，因此，应用显示出新的重要意义。
集成方法驱动数据共享
可连接性的大规模增长是发生在公司信息系统中的最重大变化之一。越来越多的传统计帐系统正与销售定单处理、库存系统和账单系统连接起来，不仅提高了效率，而且可以支持急剧增长的事务处理量，使系统之间的数据移动和共享的需要巨增。
然而，更为重要的是，公司与其供应商及客户间的集成和连接大规模地增加。历史上，公司尽力限制对系统的访问和保护有价值的信息。但现在公司认识到如果不能提供范围更广阔的系统和信息的访问，将更加危险。
在Internet世界中，过去花费数年建设的基础设施现在必须一夜之间完成，对于那些正在加入Internet、电子商务策略的公司，面临的挑战更为严峻，它们要么紧密地将Internet与传统的系统连接在一起，要么就有倒闭的危险。
存储增长及其对员工的影响
存储的爆炸性增长使存储管理面临巨大的挑战，应用和服务器要求更多的数据，因而，也需要更多的存储。每一个应用可能需要不同的存储要求。存储管理员必须面临管理各种不同存储方案的挑战。随着重要应用的扩展，管理这些环境的熟练IT资源却很短缺；事实上，今天对于CIO的主要挑战之一是发现和留住熟练的IT员工。
然而，主要的存储供应商正不断向市场推出新的方案，这些方案可以提供存储的基础设施，由此实现多服务器和多应用间的共享，也使在分立的应用间移动和共享数据更容易。通过集中化的管理，管理的花费将大幅度下降，同时，它也提供对容量和性能变化的快速响应能力。通过使用企业级的存储管理方案，公司可以更有效地利用现有的员工。通过新方案的智能化，可以解放员工，以至于他们能集中精力处理应用价值的策略问题，而不是数据可用性、容量计划、性能管理等繁琐和重复性的问题。
建设存储区域网络
存储区域网络是一个不断发展的技术，能够为今天的IT管理带来快速的效益。存储区域网络能够提供存储和服务器的统一，以及不受干扰的备份，同时也消除了传统技术的距离限制。此外，与许多传统技术比较，SAN还能大大地改善应用的性能。
1999年末，已经出现几个企业级的SAN方案。现在，各工业组织正在努力消除早期SAN实现存在的互操作性问题，希望提供更广泛的SAN存储和信息管理应用。企业SAN方案必须能够简化繁杂的和重复性的存储管理任务，或者使这些工作完全自动化。至少，这些解决方案必须支持广泛的服务器平台，包括传统的支持办公用的服务器，因此，把存储管理员从兼容性的担忧中解放出来。
方案也必须在容量、性能和可用性方面具有可扩展性。虽然每个用户都可能说，他们需要最高级的可用性和性能，但却没有一个愿意为此付出代价；因此，方案必须灵活地提供多种服务。
SAN方案必须提供自管理能力，尤其在错误恢复、数据可用性以及性能管理方面，纠错和失败恢复也是企业存储的关键问题，RAID使存储管理员从由于硬盘失败而引起的数据丢失的担心中解脱出来。自动的负载平衡减轻了对存储管理员的管理要求。
数据复制和数据移动正变得越来越重要，通过数据复制、数据共享和数据移动，企业SAN方案也必须在分立的应用之间容易地交换信息。为了提供花费适中的应用恢复和容灾，企业的SAN必须提供存储系统间数据拷贝的能力，既可以是本地的，也可以是远程的；既可以是同步的，也可以是异步的。最后，由于备份、应用测试以及其他经安排的或未经安排的活动等影响，使应用、系统和数据可用性的持续性的最终目标受到冲击，因此，企业SAN方案必须具有接近即时的瞬间数据拷贝，以减少应用的停止时间。
最后的思考
今天，各公司正面临着信息管理和存储爆炸的挑战，而传统的存储管理方案只能支持单一的应用、服务器和操作系统，仅适合公司最为静态的部分。由于电子商务和变化的客户需求，公司正在经受着巨大的挑战，为了有效的信息管理，必须要有一套新的方案。企业存储系统能够支持多个应用、服务器和操作系统，是一个完备的信息管理解决方案，代表了未来10年支持公司需求的有效方案。SAN满足公司的信息传输需求，提供了网络时代理想的存储与管理方案。
菲利（Farley,M.）：暂无简介
孙功星 蒋文保 范勇：暂无简介
在当今网络时代，存储技术正在发生着革命性的变化。这种变化的主要表现，首先在于存储容量的急剧膨胀。信息爆炸带给人们的感受，在前几年还只是书籍、报刊和广播电视的大量增加；自从进入数字化和网络互联时代后，这种信息爆炸就表现为比特流的无限蔓延。其次是数据就绪时间的延展。过去的信息系统基本上都有后台作业时间，而今天的网络数据却需要保证每周7天、每天24小时处于就绪状态。最后，数据存储的结构也产生了变化。在信息孤岛的时代，存储设备基本上是与特定的计算机系统对应的。而在网络互联时代，数据应该是跨系统、跨部门，甚至是面向全世界的。数据的存取只应该受到安全机制的管理，而不应该受到地域空间的约束。
在这些需求的拉动之下，存储技术进入了全新的时代。SAN（存储区域网络）是业界最近十分引人注目的技术，它一方面能为网络上的应用系统提供丰富、快速、简便的存储资源；另一方面又能对网上的存储资源实施集中统一的管理，成为当今理想的存储管理和应用模式。
本书的作者Marc Farley在网络存储领域已有10多年的工作经验，他曾经是一位系统工程师，精通有关存储技术，洞悉这个领域的发展。本书从I/O路径入手分析涉及存储系统的各个成分，包括存储设备、I/O控制器和各种存储网络连接设备等部件的应用特性，以及RAID、镜像、备份与恢复等技术。另外，还介绍了SAN和NAS的体系结构和各种应用，并专门讨论了Internet存储技术。
众所周知，具有深远意义的Web技术诞生于高能物理应用领域。同样，译者所在的中国科学院高能物理研究所，曾经开通了我国连入Internet的第一根专线，并设立了国内第一个Web服务器。实际上，高能物理领域对计算技术的需求历来走在时代的前列。目前，随着对微观世界认识的不断深入，我国高能物理发展对网络计算和存储环境提出了新的挑战。为了适应这种挑战，高能所计算中心目前正在进行“基于SAN的高速网络计算环境”课题的研究与实施。在该课题的研究过程中，我们深深感到了国内有关这方面资料的缺乏。因此，在华章公司的大力协助下，由课题组组织翻译了这本书。我们希望这本书不但对高能所的课题研究有帮助，而且也有助于提高我国存储网络技术的应用水平。
本书主要由孙功星、蒋文保、范勇具体翻译，其中孙功星翻译了第一部分和第二部分，范勇翻译了第三部分，蒋文保翻译了第四部分。全书由杨大鉴研究员负责统稿和审校，蒋文保和钱桂琼参加了部分审校工作。另外，在翻译过程中得到了高能所计算中心主任于传松研究员的大力支持，马梅、苏捷、高书杰、田承钧等同志也提供了很大的帮助。
由于存储网络是一个正在兴起的全新领域，译者涉足该领域的时间也不长，加上翻译时间仓促，错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。
译 者
2000年8月
译者序
前言
引言
第一部分 网络存储介绍
第1章 网络存储概述 1
1.1 作为商用价值数据角色的改变 1
1.1.1 建立数据的相对价值 2
1.1.2 大量的流体数据 4
1.2 传统存储方法概述 8
1.2.1 开放系统客户/服务器存储 8
1.2.2 开放系统服务器的数据存储 10
1.2.3 大型机系统中的数据 12
1.3 SCSI：开放系统服务器的主要I/O路径
技术 14
1.3.1 I/O路径 14
1.3.2 SCSI的起源 15
1.3.3 SCSI的局限性 15
1.4 扩展I/O路径的新的存储连接 16
1.4.1 网络连接存储 17
1.4.2 光纤路径 19
1.4.3 存储区域网络 20
1.5 小结 23
第2章 建立存储I/O路径 24
2.1 认识物理I/O构件 24
2.1.1 系统内存总线 24
2.1.2 主机I/O总线 26
2.1.3 主机I/O控制器 30
2.1.4 I/O总线和网络连接 34
2.1.5 存储设备和子系统 36
2.1.6 介质 40
2.2 SCSI总线集成的可变因素 40
2.3 I/O路径的逻辑成分 44
2.3.1 应用软件 45
2.3.2 操作系统 45
2.3.3 文件系统和数据库系统 46
2.3.4 卷管理器 47
2.3.5 设备驱动程序 49
2.4 组合硬件和软件的I/O“栈” 49
2.5 小结 50
第3章 图解客户/服务器网络中从应用到
存储的I/O路径 52
3.1 本地存储的I/O路径 52
3.1.1 工作站的本地I/O 52
3.1.2 本地I/O路径详解 53
3.1.3 网络服务器的本地I/O 60
3.1.4 本地I/O路径的讨论及变化 62
3.2 客户/服务器I/O 65
3.2.1 I/O重定向 65
3.2.2 服务器端的网络I/O 67
3.3 在I/O路径中实现设备虚拟化 70
3.4 小结 73
第二部分 建立网络存储应用
第4章 数据保护、可用性及性能的磁盘
镜像 75
4.1 用磁盘镜像保护数据 75
4.2 选择磁盘镜像方案 79
4.2.1 软件镜像 79
4.2.2 外部磁盘子系统中的镜像 81
4.2.3 主机I/O控制器镜像 82
4.2.4 使用双主机I/O控制器增强数据保护 83
4.3 使用磁盘镜像获得最大的性能 84
4.3.1 磁带驱动器和磁盘镜像混用时避免
性能问题 85
4.3.2 使用磁盘镜像增加I/O性能 87
4.3.3 安排镜像配置 90
4.4 镜像外部磁盘子系统 91
4.4.1 数据快照 91
4.4.2 校园环境的镜像 94
4.4.3 广域网环境的镜像 96
4.5 存储和网络速度的比较 99
4.6 小结 100
第5章 使用高速缓存及其他技术增
强性能 101
5.1 缓存的更多讨论 101
5.1.1 缓存命中和缓存未命中 102
5.1.2 缓存与缓冲间的差异 103
5.1.3 磁盘缓存的性能估计 104
5.1.4 磁盘缓存的算法 105
5.1.5 磁盘缓存的组件 111
5.1.6 通过定位优化磁盘缓存 112
5.1.7 存储网络中的独立缓存 117
5.1.8 配置缓存 118
5.2 固态磁盘 119
5.2.1 SSD的优越性及使用 119
5.2.2 SSD的局限性 120
5.2.3 非易失SSD 120
5.3 标记命令排队 120
5.3.1 在磁盘驱动器中使用智能处理器 121
5.3.2 标记命令排队的效果 122
5.4 I/O路径对系统性能提高的重要性 122
5.5 小结 126
第6章 使用RAID和磁盘子系统增强
可用性和性能 127
6.1 使用RAID的三个原因 127
6.2 RAID的容量和可管理性 128
6.2.1 容量的扩展 128
6.2.2 RAID在管理上的优势 129
6.3 RAID带来的性能增长 130
6.4 RAID的可靠性和可用性优势 133
6.4.1 通过冗余提高数据可靠性 133
6.4.2 电源保护 135
6.4.3 热备用和热交换 138
6.4.4 RAID子系统中的内部I/O路径 139
6.5 组织RAID阵列中的数据：分区、分块
和分条 142
6.6 校验分块数据 146
6.6.1 使用XOR函数建立校验数据 146
6.6.2 并行访问RAID的校验 149
6.6.3 独立访问RAID的校验 149
6.7 各级RAID的比较 152
6.7.1 RAID咨询委员会 152
6.7.2 RAID 0：分块 153
6.7.3 RAID 1：镜像 154
6.7.4 RAID 2：专有磁盘的并行访问 154
6.7.5 RAID 3：使用专有校验磁盘的
同步访问 154
6.7.6 RAID 4：使用专用校验磁盘的
独立访问 155
6.7.7 RAID 5：使用分布式校验的
独立访问 156
6.7.8 RAID 6：使用双校验的独立访问 158
6.7.9 组合不同级的RAID 160
6.7.10 多层RAID阵列的目标 160
6.7.11 分块和镜像的组合—RAID 0+
1/RAID 10 161
6.8 RAID功能在I/O路径上的位置 163
6.9 小结 165
第7章 网络备份：存储管理的基础 166
7.1 网络备份构成的分析 166
7.1.1 硬件 166
7.1.2 介质 171
7.1.3 软件 175
7.2 备份 182
7.2.1 备份操作类型 182
7.2.2 备份运行中的系统 183
7.2.3 映像备份特例 185
7.3 数据恢复 186
7.3.1 恢复与文件系统和数据库的集成 186
7.3.2 恢复操作类型 187
7.3.3 介质管理对恢复的重要性 188
7.4 备份和恢复安全数据 189
7.5 磁带循环 194
7.5.1 磁带循环的必要性 194
7.5.2 常用的磁带循环模型 195
7.6 备份和恢复存在的问题 199
7.6.1 备份失败的六个原因 199
7.6.2 恢复失败的六个原因 200
7.6.3 管理备份的挑战 201
7.6.4 备份可测问题 202
7.7 小结 204
第三部分 网络存储的访问技术
第8章 SAN和NAS技术的比较 205
8.1 自由的I/O 205
8.2 NAS和SAN的差异 207
8.2.1 文件系统处的分隔 207
8.2.2 NAS 和SAN的软件模型 208
8.2.3 NSA和SAN的硬件差异 209
8.2.4 NAS和SAN的协议差异 209
8.2.5 存储网络中的多协议应用 212
8.3 NAS和SAN的实现 213
8.4 术语SAN的使用 215
8.5 小结 216
第9章 SAN设计 217
9.1 开放系统存储技术回顾 217
9.2 基于总线连接的被动存储 218
9.3 SAN 的结构和拓扑 227
9.3.1 点到点SAN 227
9.3.2 交换式SAN 228
9.3.3 环状SAN 229
9.3.4 在I/O路径中放置SAN 229
9.3.5 基本SAN结构的变化 232
9.3.6 使用SAN创建可靠的管理系统 235
9.3.7 SAN的主要应用 236
9.3.8 备份 236
9.3.9 存储池 237
9.3.10 数据共享 239
9.3.11 I/O 寻径 240
9.3.12 数据移动器 247
9.3.13 远程存储 248
9.4 建造SAN面临的挑战 249
9.4.1 访问SAN存储所面临的混乱状态 249
9.4.2 兼容性 250
9.5 小结 250
第10章 用SAN实现更好的备份系统 252
10.1 SCSI总线连接备份面临的问题 252
10.2 使用SAN进行备份 254
10.3 SAN备份发展的3个阶段 255
10.3.1 第一阶段：LAN-free，虚拟专有
备份网络 255
10.3.2 第二阶段：集成存储介质
和设备 261
10.3.3 第三阶段：无服务器备份 264
10.3.4 在集成SAN备份中使用无服务器
技术 268
10.4 子系统端备份 269
10.5 虚拟磁带 270
10.5.1 虚拟磁带和物理磁带 271
10.5.2 存储网络备份的前景 272
10.6 小结 273
第11章 SAN网络中的光纤路径网络
技术 274
11.1 区别SAN和光纤路径网络 274
11.1.1 再谈SAN 274
11.1.2 光纤路径的历史 275
11.2 物理光纤路径网络 275
11.2.1 光纤路径网络中端口的地位 276
11.2.2 线缆连接 276
11.3 光纤路径的协议 278
11.4 光纤路径网络的结构 279
11.4.1 光纤路径网络的拓扑结构 279
11.4.2 光纤路径通信的句法 283
11.4.3 节点和端口 284
11.5 服务类型 292
11.5.1 类型1服务 292
11.5.2 类型2服务 293
11.5.3 类型3服务 293
11.6 光纤路径中的寻址和命名 294
11.6.1 光纤路径中的网络名字和地址
元素 295
11.6.2 环初始化 296
11.6.3 光纤路径交换机中的分区 297
11.7 光纤路径中的协议层和串行SCSI 298
11.7.1 FCP映射的独立性 298
11.7.2 以太网上的存储I/O 299
11.8 小结 300
第四部分 NAS设备及其他高级话题
第12章 支持即插即用的存储技术
——NAS 303
12.1 NAS的起源 303
12.2 专用于存储的设备 303
12.2.1 NAS产品的特性 304
12.2.2 NAS技术的应用 307
12.2.3 NAS装置的实现 309
12.2.4 NAS产品潜在的局限性 312
12.3 网络文件系统和协议 318
12.3.1 桌面客户系统的作用 318
12.3.2 NFS与CIFS访问的比较 319
12.3.3 NFS服务器的CIFS仿真 321
12.4 网络存储的新技术：NASD与OBS 323
12.4.1 OBS 323
12.4.2 NASD 324
12.5 小结 325
第13章 SAN中的智能分布与数据
共享 327
13.1 集成在智能存储子系统中的处理
能力 327
13.1.1 存储池和卷管理 328
13.1.2 智能后端存储子系统中的数据
共享 328
13.2 数据共享的价值 330
13.3 数据共享的空间分配 331
13.4 解决锁定和语义差异 334
13.5 对共享数据使用缓存 336
13.6 可安装的文件系统 338
13.7 小结 346
第14章 从SAN上存取IBM S/390 MVS
大型机数据 347
14.1 大型机I/O系统总图 347
14.1.1 大型机I/O处理 347
14.1.2 ESCON: S/390存储网络 351
14.1.3 从ESCON到FICON 353
14.2 开放系统与大型机存储网络之间的
互联 353
14.3 大型机与开放系统间的数据传输 357
14.4 跨平台数据共享的未来 361
14.5 小结 363
第15章 集群存储及I/O定向 364
15.1 集群服务 364
15.1.1 SAN的含义 364
15.1.2 集群的理由 364
15.1.3 集群的特点 365
15.2 集群通信 370
15.3 InfiniBand I/O路径的介绍 374
15.3.1 对InfiniBand技术的期望 374
15.3.2 InfiniBand与存储网络的集成 376
15.4 小结 377
第16章 在Internet上存储和检索数据 379
16.1 Internet基础存储 379
16.1.1 服务器端的存储需求 379
16.1.2 客户端的Web缓存 386
16.2 在Internet上存储数据 389
16.2.1 Internet存储增长的5个理由 389
16.2.2 存储与处处存储 391
16.2.3 与浏览无关的Internet存储 391
16.2.4 基于Web的存储 393
16.2.5 Internet文件传送技术的比较 396
16.2.6 Internet备份软件及服务 398
16.3 Internet与存储及I/O的集成 401
16.3.1 Internet存储集成的可能性 401
16.3.2 用于Internet存储集成的另一些
技术 403
16.4 小结 405
