NAS网络存储技术研究

华中科技大学硕士学位论文NAS网络存储技术研究姓名：刘金柱申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：刘玉20090523华中科技大学硕士学位论文I摘要当前电子商务、电子政务等信息化平台的蓬勃发展对数据的存储容量、速度以及安全提出了越来越高的要求，存储技术从本地存储发展到了网络存储。IP网络技术的持续发展使得NAS网络存储技术的瓶颈得到了突破，同时，伴随着万兆以太网的出现和投入商用，巨大的存储网络带宽大大提高了NAS存储的性能。NAS摆脱了服务器和异构化架构的桎梏，在解决了足够的存储和扩展空间的同时，还提供极高的性价比。NAS需求旺盛已经成为事实，是中小企业存储方案的昀佳选择。然而，目前市场上NAS系统和产品较少，关于NAS技术的研究才刚起步。NAS技术正成为目前网络存储技术的研究热点，也是本文的主要研究内容。本文从NAS存储架构和数据访问层次入手，在仔细分析和选取共享协议、文件系统、逻辑卷和外部辅助服务器等NAS相关技术的基础上，设计出适用于当前网络环境和经济形势的廉价实用的NAS网络存储软件系统。该系统是基于共享服务、磁盘与卷管理、文件系统与配额管理和数据库等几方面的开源软件构建的，涉及存储、共享服务和配置数据库等核心管理业务，主要向外部网络提供异构平台之间的文件共享服务。本文根据NAS系统的应用需求，提出了用户组管理的概念，提供了SMB/CIFS、NFS和FTP共享服务的一致用户体验，并支持基于Kerberos的NFS用户认证。这些技术无疑都增强了NAS系统的实用性和安全性，也是本系统的特色所在。本文昀后给出了NAS系统的测试结果与分析，测试数据表明该系统完全满足设计要求，并已在杭州某通信公司的中低端存储设备上成功应用。本课题所研究的NAS网络存储技术方案，还可方便地移植到其它类Unix服务器平台，具有广泛的应用前景。关键词：网络附加存储；网络文件系统；共享服务；逻辑卷；配额；活动目录域华中科技大学硕士学位论文IIAbstractTherapiddevelopmentoftheinformationplatformfore-commerceande-governmenthasever-increasingdemandsofcapacity,speedandsecurityofdatastoragecurrently.Storagetechnologyhasdevelopedfromlocalstoragetonetworkstorage.ThebottlenecksofNAStechnologyhavebeenbrokenthroughbecauseofthecontinueddevelopmentofIPnetworktechnology.Withtheemergenceof10GigabitEthernet,hugenetworkbandwidthgreatlyenhancedtheperformanceoftheNASstorage.NAShaslaiditselfoutoftheshacklesofheterogeneousserverstructure,suppliedthelargedemandofstoragespace,andwasalsocost-effective.Consequently,theboomingdemandforNASbecomesafactandNASisthebestchoiceforminorenterprises.However,therearefewsystemsandproductsincurrentmarket.SotheresearchonNASisatanearlystage.NAStechnologyisthemainresearchcontentofthisarticle.Inthispaper,westartwiththeresearchoftheNASstoragearchitectureandthestructureofdataaccess;designacost-effectiveandpracticalNASnetworkstoragesoftwaresystemaftercarefulanalysisandselectionoftheNAStechnologiessuchassharingagreement,filesystem,logicalvolumeandexternalsecondaryserver.Involvingthecoremanagementbusinessofstorage,sharingservicesanddatabaseconfiguration,theNASsystemjustprovidesfile-sharingservicesbetweenheterogeneousnetworksbasingonrelatingopen-sourcesoftwares.Moreover,inconsiderationoftheapplicationdemandsofNASsystem,weproposetheconceptofNASusergroup,providethesameuserexperienceofSMB/CIFS,NFSandFTPsharingservice,andsupportthekerberos-baseduserauthenticationforNFS.AndallthesetechnologiesjustenhancethepracticalityandsecurityofNASsystem,andarealsothecharacteristicsofthesystem.Finally,thetestresultandrelatinganalysisofthesystemperformanceisprovided.WeshowthattheNASsysteminthisworkmeetsthedesignrequirements;itcanbeappliedoncurrentlow-endstoragedevicesofacommunicationscompanyinHangzhouandeasytobeappliedinsomeothertypesofUNIXserverplatforms.TheNAStechnicalschemeinthisworkhaswideprospectinapplication.Keywords：networkattachedstorage;networkfilesystem;sharingservice;logicalvolume;quota;activedirectorysecuritydomain华中科技大学硕士学位论文III论文中主要英文缩写与中文对照表缩写名称英文全称中文对照NASNetworkAttachedStorage网络附加存储DASDirectAttachedStorage直接连接存储SANStorageAreaNetwork存储区域网络NFSNetworkFileSystem网络文件系统CIFS/SMBCommonInternetFileSystem/SmallMessageBlock通用互联网文件系统/小型消息块协议FTPFileTransferProtocol文件传输协议HTTPHyperTextTransferProtocol超文本传输协议LVLogicalVolume逻辑卷LVMLogivalVolumeManagement逻辑卷管理RAIDRedundantArrayofIndependentDisk独立冗余磁盘阵列XMLeXtendedMarkingLanguage可扩展标记语言CGTClientmanaGemenT客户端管理（客户端即用户/用户组）FGTshareFoldermanaGemenT共享文件夹管理NRGTNasResourcemanaGemenTNAS资源管理QGTQuotamanaGemenT配额管理ADSActiveDirectorySecuritymode活动目录安全模式（Samba的一种高级域共享模式）GUIGraphicUserInterface图形化的用户界面CLICommandLineInterface命令行接口独创性申明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出贡献的个人和集体,均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留和使用学位论文的规定，即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本论文属于保密…，在年解密后适用本授权书。不保密5。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期:年月日日期:年月日华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1研究背景网络存储技术是昀近几年IT行业昀热门的技术之一。随着计算机技术和网络技术的发展，越来越多的信息被数据化。海量的数据信息不仅需要能长时间保存，并且需要能被快速方便地检索。电子商务、电子政务等信息化技术的推广对数据的存储容量、速度以及安全提出了更高的要求。存储技术也从本地存储发展到网络存储。网络存储技术正处于高速发展的阶段[1]。在过去的近十年中，商业模式发生了重大的改变。由于计算机和网络技术向更廉价、更有效的方向发展，早期的“以计算机为中心”的数据处理已经演化为“以网络数据库或云为中心”的模式。同时，网络技术和服务器技术也对数据处理平台的演化产生了重大的影响。随着这两项技术的逐渐成熟，以及对计算机处理能力和相关数据需求的不断增长，更快、更好的网络存储技术得到了更多的市场驱动。目前，市场上由主流的网络存储技术构建的产品主要有FC-SAN、IP-SAN、大型磁带库、磁盘柜，以及NAS等[1]。应对企业数据量的飞速膨胀，SAN、大型磁带库等产品虽然都是很好的存储解决方案，但它们高贵的身份和复杂的操作是资金和技术实力有限的中小企业无论如何也不能接受的。尤其在目前全球金融危机的形势下，如何利用廉价的网络存储技术构建高性价比的网络存储系统，从而有效地推进中小企业的存储平台建设，是当前一个非常有意义的研究问题。NAS正是满足这种需求的存储系统，在解决足够的存储和扩展空间的同时，还提供极高的性价比。无论是从适用性还是成本的角度来说，NAS自然成为中小企业的昀佳选择。本文主要研究如何组织和利用开源及廉价的网络存储相关的技术构建高性价比的NAS存储软件系统。1.2网络存储系统的发展现状存储系统是整个IT系统的基石，是IT技术赖以存在和发挥效能的基础平台。华中科技大学硕士学位论文2早先的存储形式是存储设备（通常是磁盘）与应用服务器的其他硬件直接安装于同一个机箱之内，并且该存储设备是给本台应用服务器独占使用的。随着服务器数量的增多，磁盘数量也在增加，且分散在不同的服务器上，查看每一个磁盘的运行状况都需要到不同的应用服务器上去查看。更换磁盘也需要拆开服务器，中断应用。于是，一种希望将磁盘从服务器中脱离出来，集中到一起管理的需求出现了。不过，这种需求产生了一个问题：如何将服务器和磁盘阵列连接起来？面临这样的问题，有厂商提出了SCSI协议[2]，通过专用的线缆将服务器的总线和存储设备连接起来，通过专门的SCSI指令来实现数据的存储，后来发展到FC协议。这样，多个服务器可以通过SCSI线缆或光纤建立与存储系统的连接。随着IP和网络技术的发展，千兆和万兆以太网相继出现并投入商用，将数据块和SCSI指令通过TCP/IP协议承载，通