1 iSCSI 介紹

    互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口iSCSI（internet Small Computer System Interface）是一種小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口SCSI（Small Computer System Interface）在TCP桙IP 網(wǎng)絡(luò)上的解決方案，通過TCP桙IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸經(jīng)過包裝的SCSI 命令的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中包含操作磁盤提供者（iSCSI Target）的命令序列和需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包是由iSCSI 發(fā)起者（iSCSI Initiator）發(fā)出的，并由iSCSI 發(fā)起者處理該向哪塊磁盤發(fā)出什么的數(shù)據(jù)，iSCSI Initiator 端將iSCSI Target 端共享出來的磁盤空間映射為本機(jī)的磁盤驅(qū)動(dòng)器，從而達(dá)到對(duì)遠(yuǎn)程磁盤的映射，該過程類似于“磁盤映射”，與“磁盤映射”的實(shí)質(zhì)區(qū)別在于，此過程的“磁盤映射”功能僅僅是將遠(yuǎn)程共享的文件夾或磁盤映射為本地的一塊邏輯盤，然后分配一個(gè)盤符以供使用，從底層來看，它并不是一個(gè)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，但是，作為iSCSI 的磁盤映射是底層的映射，對(duì)操作系統(tǒng)而言，與本地加載了一塊真正的硬盤驅(qū)動(dòng)器是沒有任何區(qū)別的。

    iSCSI 作為廉價(jià)的SCSI 網(wǎng)絡(luò)解決方案，提供了穩(wěn)定的磁盤空間共享和遠(yuǎn)程訪問，同時(shí)，iSCSI 對(duì)資源的消耗（如CPU）不大，對(duì)資源的訪問速度沒有太大影響，資源訪問速度影響最大瓶頸為網(wǎng)絡(luò)速度，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN（Storage Area Network）是指允許存儲(chǔ)設(shè)備和處理器（服務(wù)器）之間建立直接的高速網(wǎng)絡(luò)（與LAN 相比）連接，是只受光纖線路長度限制的集中式存儲(chǔ)，SAN 可以被看作是存儲(chǔ)總線的一個(gè)擴(kuò)展，它使用局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中類似的單元，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和服務(wù)器之間的互聯(lián)，這些單元包括路由器、集線器、交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)，iSCSI 通過IP 網(wǎng)絡(luò)提供了SAN 解決方案，在大型企業(yè)或數(shù)據(jù)中心，一般采用光纖的形式實(shí)現(xiàn)一個(gè)iSCSI ＋ SAN 解決方案，或者使用iSCSI 通過IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地容災(zāi)，由于iSCSI只需要軟件就可以實(shí)現(xiàn)磁盤的共享和映射，且眾多廠商提供免費(fèi)的iSCSI Initiator 端，還有大量開源組織提供免費(fèi)的iSCSI Target 端，節(jié)約了購買較為昂貴的SCSI 硬盤和硬件獨(dú)立倡磁盤冗余陣列RAID（Redundant Array of Independent Disk）卡，進(jìn)而降低了組建SAN 網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用，同時(shí)很好的解決了對(duì)于大存儲(chǔ)空間的需求。

2 軟件RAID 控制器

    軟件RAID 控制器是相對(duì)于硬件RAID 控制器提出的，硬件RAID 是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安裝有硬件RAID 卡，該硬件提供對(duì)SCSI 硬盤的操作，如組建RAID 陣列，將磁盤置于聯(lián)機(jī)、同步數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)校驗(yàn)等，而軟件RAID 實(shí)質(zhì)上是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中帶有的軟件，該軟件對(duì)動(dòng)態(tài)的硬盤操作、實(shí)現(xiàn)，如建立RAID 陣列等一系列和硬件RAID 卡相同的功能，對(duì)用戶而言，無論是硬件還是軟件RAID ，兩者都是透明的，在用戶看來，實(shí)際操作的只是一塊硬盤，只是這塊硬盤比計(jì)算機(jī)中的任何一塊硬盤都要大，同時(shí)，通過組建RAID 陣列，磁盤的讀寫性能有了巨大的提高，因?yàn)閱螇K硬盤的讀寫變成了多塊硬盤同時(shí)讀寫，單塊硬盤的串行讀寫變?yōu)椴⑿凶x寫，軟件RAID 優(yōu)勢在于，由于使用了操作系統(tǒng)自帶的功能，故無需購買和安裝單獨(dú)的硬件RAID 控制卡，且可以不用購買昂貴的SCSI 硬盤，只需普通的SATA 或IDE 硬盤就可組建一個(gè)性價(jià)比非常高的RAID 陣列，從而獲得廉價(jià)的RAID 方案。

    軟件RAID 控制器的出現(xiàn)為個(gè)人、小型企業(yè)采用RAID 作為存儲(chǔ)提供了性價(jià)比非常高的解決方案，通過使用軟件RAID ，降低了采購成本，同時(shí)可以將已經(jīng)廢棄的資源，如淘汰但功能正常的計(jì)算機(jī)重新利用，從而節(jié)約資源，降低費(fèi)用，在性能方面，由于RAID 陣列比普通硬盤更快、更穩(wěn)定，提供冗余的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，因此對(duì)于小型企業(yè)而言，軟件RAID 更加符合需要，且成本低廉。

3 基于iSCSI 的軟件RAID 功能的低成本SAN 方案

    3.1 網(wǎng)絡(luò)方案構(gòu)建

    采用４ 臺(tái)聯(lián)想開天A４０００ 計(jì)算機(jī)，４ 塊Realtek ８１３９ 網(wǎng)卡，一臺(tái)CISCO ２９５０ 交換機(jī)及４ 根RJ４５ 網(wǎng)線構(gòu)建如圖１ 所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將各計(jì)算機(jī)分別命名為software-０１ 至Software-０４ ，其中software-０１ 作為域控制器、域DNS 服務(wù)器和主控服務(wù)器，Software-０２ 至Software-０４ 提供iSCSI Target 服務(wù)（磁盤服務(wù)器），４ 臺(tái)聯(lián)想開天A４０００ 商用計(jì)算機(jī)組成dns１.gang，hit ．edu ．cn 域。

    客戶端通過１００Mbps 以太網(wǎng)訪問Software-０１ 的磁盤服務(wù)．dns１ ．gang ．hit ．edu ．cn 域中各計(jì)算機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)延遲小于或等于１ms（基于ping），客戶端計(jì)算機(jī)與software-０１ 之間網(wǎng)絡(luò)延遲小于或等于１ms（基于ping）。

    dns１ ．gang ．hit ．edu ．cn 域中的４ 臺(tái)計(jì)算機(jī)均采用Windows２００３ EntERPrise Edition SP２ 作為操作系統(tǒng)，網(wǎng)卡綁定客戶端桙協(xié)議包括：① Microsoft 網(wǎng)絡(luò)客戶端； ② Internet 協(xié)議（TCP桙IP） ； ③ 網(wǎng)絡(luò)文件打印機(jī)共享客戶端，４ 臺(tái)計(jì)算均未安裝任何防火墻，未安裝除iSCSI Target 服務(wù)器軟件和Windows默認(rèn)安裝（不含IIS）軟件外的第三方程序。

圖１ 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

    客戶端計(jì)算機(jī)采用Windows XP Professional SP３ 作為操作系統(tǒng)，網(wǎng)卡綁定客戶端桙協(xié)議包括：

    ① Microsoft網(wǎng)絡(luò)客戶端；

    ② Kaspersky Anti-Virus NDIS Filter ；

    ③ Qos 數(shù)據(jù)包計(jì)劃程序；

    ④ Internet 協(xié)議（TCP桙IP），客戶端計(jì)算機(jī)安裝Kaspersky２００９全功能安全軟件，未開啟Windows防火墻，F(xiàn)TP 客戶端使用CuteFTP８ Professional ８ ．３ ．２ Build ０９ ．０２ ．２００８ ．１。

    ３.１.１ iSCSI Target

    iSCSI Target 服務(wù)由StarWind iSCSI Server v３．５．４（build ２００８０５２７ Win３２）提供，在各服務(wù)器D 盤（共４１GB 空間）傳送大小為３GB 的image 文件模擬SCSI 磁盤，共計(jì)提供３ × ３GB ，即９GB 服務(wù)空間，通過正常設(shè)置iSCSI Target 服務(wù)器可以通過命令窗口使用netstat-an 命令查看到服務(wù)器開啟３２６０ 端口，并處于監(jiān)聽（Listening）狀態(tài)。

    ３.１.２ iSCSI Initiator

    SCSI Initiator 服務(wù)由Microsoft iSCSI Initiator ２.０ 提供，在Software-０１ 服務(wù)器上分別連接Software-０２ 至Software-０３ 端口３２６０ ，得到iSCSI Target 公布的磁盤服務(wù)，通過設(shè)置，iSCSI Initiator 可以正常識(shí)別由Software-０２ 至Software-０３ 提供的iSCSI Target ，并且正常識(shí)別空間為３ ．００GB，共計(jì)３ × ３ ．００GB 空間。

    ３.１.３ 軟件RAID

    軟件RAID 采用Windows２００３ EntERPrise Edition SP２“計(jì)算機(jī)管理”中提供的“新建RAID-５”功能，由Windows２００３ 自主管理建立的RAID-５ 磁盤陣列，需要注意，要使用“計(jì)算機(jī)管理”中提供的“RAID-５”功能必須保證識(shí)別出的硬盤為動(dòng)態(tài)硬盤，iSCSI Initiator 的參數(shù)設(shè)置如表１ 所示。

表１ iSCSI Initiator 參數(shù)設(shè)置表

    ３.２方案測試及結(jié)果分析

    ３.２.１ 測試變量設(shè)置

    考慮到小型企業(yè)的實(shí)際情況，可能在應(yīng)用中遇到諸如斷電、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等狀況，測試情況設(shè)置如表２ 所示，以此模擬實(shí)際情況，最終以確定該解決方案能否通過現(xiàn)實(shí)情況的考驗(yàn)，滿足現(xiàn)實(shí)需要，測試磁盤陣列采用RAID-５ 模式。

表２ 測試變量設(shè)置表

    按表２ 所示的所有變量情況進(jìn)行測試，同時(shí)記錄服務(wù)器各項(xiàng)信息（包括網(wǎng)卡工作狀態(tài)，CPU 工作狀態(tài)等），測試讀取將采用一個(gè)大小為４２２MB 的RAR 非自解壓縮文件進(jìn)行，每次讀寫測試都將考驗(yàn)所復(fù)制桙粘貼的文件能否通過WinRAR軟件進(jìn)行解壓，WinRAR采用WinRAR ３ ．７１ 中文正式版進(jìn)行測試。測試考查的關(guān)鍵點(diǎn)包括：

    ① 網(wǎng)絡(luò)傳輸速度對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的影響；

    ② 分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)主服務(wù)器CPU 、內(nèi)存的消耗；

    ③ 正常存取數(shù)據(jù)過程中網(wǎng)絡(luò)消耗情況，特征值將通過圖表的形式表現(xiàn)，以估量考查的關(guān)鍵點(diǎn)是否達(dá)到實(shí)際的需求，特征值的記錄基于IOMeter（３２k）測試數(shù)據(jù)。

    ３.２.２ 測試結(jié)果及分析

    根據(jù)設(shè)置的測試變量情況，在驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)連通正常，主服務(wù)器獲取磁盤正常，磁盤服務(wù)器工作正常的情況下開始測試，以Software-０１為準(zhǔn)同步調(diào)整后的結(jié)果。

    根據(jù)不同的情況，得到如下測試結(jié)果：

    １）所有服務(wù)器正常，在所有服務(wù)器正常啟動(dòng)，并所有功能正常，交換機(jī)正常，網(wǎng)絡(luò)通信正常的情況下，主服務(wù)器建立RAID-５ 磁盤陣列，磁盤正常同步，同步完成之后，訪問硬盤正常，讀取、寫入文件正常。

    ２）主服務(wù)器重新啟動(dòng)，磁盤服務(wù)器未關(guān)機(jī)，網(wǎng)絡(luò)正常，服務(wù)正常情況下，主服務(wù)器重新啟動(dòng)，重啟后顯示RAID 陣列的所有磁盤脫機(jī)，通過重新激活硬盤，不需要重新同步，硬盤狀態(tài)良好，讀取、寫入文件正常，原有數(shù)據(jù)未發(fā)生丟失。

    ３）單一網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)異常，主服務(wù)器正常，磁盤服務(wù)器Software-０３ 網(wǎng)線被拔除，其余磁盤服務(wù)器正常，此情況下，主服務(wù)器iSCSI Initiator 顯示正在嘗試重新連接Software-０３ 號(hào)服務(wù)器，“計(jì)算機(jī)管理”盅磁盤顯示“失敗的重復(fù)” ，盤符圖標(biāo)左下角顯示警告符號(hào)，但數(shù)據(jù)存取正常，寫入速度未受影響，但讀取速度影響較大，速度差距為２１％。

    當(dāng)Software-０３ 號(hào)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，即與主服務(wù)器重新通信正常之后，重新激活硬盤，主服務(wù)器加載硬盤并顯示“重新同步” ，同步之中，數(shù)據(jù)存取正常，速度受較大影響，同步完成之后，磁盤顯示狀態(tài)良好，數(shù)據(jù)存取正常，速度恢復(fù)正常，原有數(shù)據(jù)未丟失。

    ４） 服務(wù)器群斷電，一次性切斷dns１ ．gang ．hit ．edu ．cn 域中所有服務(wù)器的電源，由于RAID-５ 磁盤陣列理論上在同一時(shí)間只能冗余一塊硬盤出現(xiàn)異常，所以，如果不按照設(shè)定的順序啟動(dòng)服務(wù)器將導(dǎo)致主服務(wù)器可能檢斥（帶有一定幾率）RAID-５ 磁盤陣列已丟失，再次強(qiáng)行激活硬盤將失敗，因此，在服務(wù)器重啟方案對(duì)比RAID-５ 理論后，決定采用首先啟動(dòng)所有磁盤服務(wù)器，再啟動(dòng)主服務(wù)器的順序進(jìn)行恢復(fù)，這樣符合理論情況，同時(shí)能夠最小程度降低可能的錯(cuò)誤發(fā)生機(jī)率，以上測試結(jié)果記錄如表３ 所示（表中R 表示Read ，W表示W(wǎng)rite）。

表３ 測試結(jié)果

    ５）磁盤服務(wù)器集體同時(shí)關(guān)閉，磁盤服務(wù)器集體關(guān)閉，按照理論情況，類比流行的SCSI 磁盤陣列解決方案，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)沒有影響，同時(shí)，服務(wù)器對(duì)磁盤陣列的操作都將失敗，為了模擬這樣的情況，同時(shí)拔除磁盤服務(wù)器的電源線，造成所有服務(wù)器集體同時(shí)關(guān)閉，此情況模擬了磁盤服務(wù)器因斷電的原因集體關(guān)閉的現(xiàn)實(shí)情況，通過測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所有磁盤服務(wù)器同時(shí)關(guān)閉時(shí)，“計(jì)算機(jī)管理”提示磁盤被損壞，Windows提示磁盤陣列被損壞，正在寫入的數(shù)據(jù)發(fā)生丟失，提示寫入失敗，正在讀取的數(shù)據(jù)顯示找不到數(shù)據(jù)源，讀取失敗。

    ６）兩臺(tái)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)異常，在現(xiàn)實(shí)情況中很有可能出現(xiàn)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上磁盤服務(wù)器因?yàn)殡娫椿蚓W(wǎng)絡(luò)原因離線，這個(gè)時(shí)候，按照理論情況，RAID-５ 陣列會(huì)崩潰，所有對(duì)磁盤陣列的操作都將失敗，為了模擬這樣的情況，將software-０２ 和software-０３ 同時(shí)拔除網(wǎng)線，人為制造兩臺(tái)磁盤服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)異常，通過測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩臺(tái)磁盤服務(wù)器同時(shí)離線時(shí)，“計(jì)算機(jī)管理”提示磁盤被損壞，Windows提示磁盤陣列被損壞，正在寫入的數(shù)據(jù)發(fā)生丟失，提示寫入失敗，正在讀取的數(shù)據(jù)顯示找不到數(shù)據(jù)源，讀取失敗。

    3.3 小型企業(yè)應(yīng)用基于iSCSI 的軟件RAID 組網(wǎng)的可行性分析

    通過測試數(shù)據(jù)顯示，可以清楚地發(fā)現(xiàn)iSCSI 具有穩(wěn)定性良好、成本低、易配置性和高透明性，這些特性最重要的在于其低成本的特性，通過對(duì)于廢舊資源的重新利用，達(dá)到了硬盤空間的擴(kuò)大和穩(wěn)定的雙重需要，但是，在實(shí)際應(yīng)用中，iSCSI 受限于網(wǎng)絡(luò)的１００ Mbps 以太網(wǎng)性能的限制，導(dǎo)致真正的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于SCSI ３２０ ，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于SCSI １６０，這些問題成為iSCSI 用作高速存儲(chǔ)的瓶頸，通過以上分析發(fā)現(xiàn)，基于iSCSI 的軟件RAID-５ 在性能上與流行的SATA ＋ RAID-５ 低成本RAID 方案差距非常明顯，主要原因在于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，由于測試中采用的僅僅是１００ Mbps 最廉價(jià)的組網(wǎng)方案，折算后，網(wǎng)絡(luò)帶寬僅在６４ ．８１ Mbps（實(shí)際使用速度） ，這一速度大大降低讀取速度，同時(shí)通過測試發(fā)現(xiàn)，作為磁盤服務(wù)器的硬盤傳輸速度都在１００ Mbps 以上，由此可以判定，１００ Mbps 網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)解決方案的瓶頸。

    但是，作為小型企業(yè)，由于資金的原因，沒有辦法去建立和維護(hù)一個(gè)GB 級(jí)的以太網(wǎng)絡(luò)，如果為了使用iSCSI 而建立一個(gè)專有的GB 級(jí)網(wǎng)絡(luò)，顯然是浪費(fèi)資源，當(dāng)然，為了保證網(wǎng)絡(luò)的暢通和平穩(wěn)，在大多數(shù)國內(nèi)大型企業(yè)和高校主干網(wǎng)都為１ GB 的網(wǎng)絡(luò)，如果將iSCSI 解決方案應(yīng)用在GB 級(jí)的主干網(wǎng)絡(luò)，將極大地提升讀寫性能，當(dāng)然，CPU 的消耗也會(huì)進(jìn)一步增加，同時(shí)，在真實(shí)應(yīng)用環(huán)境中，大多數(shù)這樣的存儲(chǔ)器都會(huì)應(yīng)用在FTP 等服務(wù)上，假設(shè)一個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是基于１００ Mbps 以太網(wǎng)，人員規(guī)模在１００ 人左右，每個(gè)人同時(shí)訪問該存儲(chǔ)服務(wù)器（主服務(wù)器）進(jìn)行FTP 資源下載，此時(shí)，主服務(wù)器與各個(gè)磁盤服務(wù)器的連接網(wǎng)絡(luò)也為１００ Mbps 以太網(wǎng)，那么假定傳輸速度為６４ Mbps ，主服務(wù)器得到數(shù)據(jù)后CPU 計(jì)算時(shí)間忽略不計(jì)，那么對(duì)于每個(gè)人來說可以使用的速度為０ ．６４ Mbps ，折算之后為８１ ．９２ kbps，除去網(wǎng)絡(luò)帶寬正常消耗（如上傳等操作） ，保守估計(jì)也可以達(dá)到７０ kBps 的速度，對(duì)于局域網(wǎng)來說，７０ kbps 的速度確實(shí)顯得非常緩慢，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候瓶頸在于主服務(wù)器的出口帶寬僅僅是１００ Mbps ，為了解決這個(gè)問題，主服務(wù)器出口必須使用光纖，從而達(dá)到GB 級(jí)網(wǎng)絡(luò)，費(fèi)用亦會(huì)進(jìn)一步增加。

    通過以上分析，對(duì)于小型企業(yè)而言，iSCSI 的軟件RAID 很好解決了其對(duì)磁盤空間的需要與空間缺乏和容易損失的矛盾，同時(shí)費(fèi)用非常低，能很好解決資金流緊缺問題，但是，如果在資金充裕或?qū)��?shù)據(jù)穩(wěn)定性追求更高的情況下，最好使用現(xiàn)存的硬件解決方案，即硬件RAID 卡和SCSI 磁盤陣列。

4 結(jié)論

    基于iSCSI 的軟件RAID 功能，即通過iSCSI 和Windows瞮SERVER 系列所提供的軟件RAID ，為小型企業(yè)構(gòu)建低成本的網(wǎng)絡(luò)方案，可以實(shí)現(xiàn)硬件RAID 卡的所有特性，同時(shí)具有優(yōu)異的性價(jià)比，該方案不僅可以作為小型企業(yè)區(qū)域存儲(chǔ)的解決方案，同時(shí)還能提供良好的異地容災(zāi)，數(shù)據(jù)備份等功能，對(duì)于小型企業(yè)流動(dòng)資金緊張情況，提供了很好的存儲(chǔ)擴(kuò)展方案。

    基于iSCSI 的軟件RAID 網(wǎng)絡(luò)解決方案成本低，同樣適用于中小學(xué)校和家庭用戶，該方案節(jié)省資金，同時(shí)為用戶提供巨大的聯(lián)合空間，為多媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了很好的解決途徑。

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本文標(biāo)題：基于iSCSI的軟件RAID的小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)解決方案

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