探讨云存储技术的发展

探讨云存储技术的发展当前的IT产业中，“云”几乎成了时下最火红、时髦的代名词，软硬件厂商开始将旗下产品逐渐移转到云计算，或提出各自在云架构中的发展方向。其中属于储存领域的“云存储”，究竟在整个云运算的框架中扮演什么角色？现在的发展状况与面临的瓶颈为何？请看今天我们的分析探讨。谈到云存储（Cloudstorage），简单来说，就是将储存资源放到网络上供人存取的一种新兴方案。如此一来，使用者可以在任何时间、任何地方，透过任何可连网的装置方便地存取数据。若方案供货商能进一步确保数据的安全无虞，同时又提供许多数据检索及管理的功能，用户又何必不定期地花钱购买、安装、设定或扩充储存设备呢？尤其对于定期会有庞大数据备份需求的使用者或企业来说，设备的管理及扩充绝对是一大梦魇及负担。就一般使用者而言，云存储及类似方案似乎处处可见。值得注意的趋势，就是云存储所支持的存取装置也从计算机主机，慢慢扩展到手机等行动装置上。换句话说，非透过计算机上网存取数据的时代已然过去，机动性更强的手机提供更具弹性的云端数据存取方案。当前甚至有云端音乐串流服务－ZumoDrive的推出，iPod/iPhone的用户可以事先将音乐丢到在线储存空间中，然后再透过无线网络播放音乐串流，相当方便。(图1)图1：ZumoDrive网站上所提供的云存储服务。相对于消费端云存储的热络，企业端虽然仍处于“只闻楼梯响”的阶段，但当前主要的储存业者，如EMC、HP、HDS、IBM、NetApp…等，早已准备好迎接云运算所可能产生的变革，如今就等着“东风”起而全力抢攻。IT资源转化为Web服务云存储是云运算架构中的一部分，所以在介绍云存储之前，必须先对云运算架构有一些基本的了解。简单来说，云运算就是将运算、储存及网络，抑或硬件、软件及平台等IT资源，透过虚拟化之资源利用优化，以及可量化计费的服务型态，经由网络分送，给用户随时存取的一种服务平台。该服务就像水电等公共设施一般，使用者不需了解其背后运作技术及状况，企业用户也不必耗费可观的人力及管理成本，进行任何IT设备及资源的管理。所有资源的分配及管理，设备的汰换、更新与扩充，全都由云运算供货商负责一切，并依使用者需求提供可扩展性的高可用性服务，至于使用户则只要按使用量付费即可。事实上，云运算所采用的理论基础与技术皆非全新，从过去以来的服务器整合（ServerConsolidation）、WebService、服务导向架构（SOA）、公共运算（UtilityComputing）、主机代管等服务或平台上，就已经可以看到与云运算概念相似的身影。这也是当前云运算一直没有被明确定义的原因之一。不论如何，随着网络带宽的提升、Web2.0与虚拟化技术的日渐普及，云运算在上述各种有着相似概念技术、服务或平台长久所奠下的基础上发展，开始愈受注目与青睐。在许多技术服务当中，网格运算（GridComputing）最常与云运算相提并论，虽然两者皆采分布式计算架构，但事实上，却有很大差异，其中尤以资源扩展性最为明显。前者强调所有运算资源集中化，以因应需要大规模运算的应用任务，缺乏扩展弹性；后者适用于多重用户之大量单一请求，并依不同个别需求调配资源，具备动态扩展能力。资源分配与管理接口要达到资源随需分配、随需扩展的弹性，云运算必须融合许多技术，例如分布式计算、SaaS、WebService与服务器虚拟化等，尤其是服务器虚拟化技术，在这几年的推展下，不论是资源利用率的提升，乃至降低电力、散热所达成的节能减碳效益，都为云运算发展奠下厚实的基础，使其不但可发挥动态扩展性与多重用户（Multi-tenancy）的经济效益，并有效降低IT资源的使用成本。服务器虚拟化允许多操作系统与相关应用软件可同时运行在单一实体机器中的特性，可协助企业加速完成基础架构即服务（InfrastructureasaService,IaaS）方案的部署。所谓IaaS资源大致是指储存、网络与运算等三种资源而言，用户可针对特定属性的虚拟机，指定搭配不同用量的资源分配（例如配置该机拥有1GB内存、320GB硬盘等）。(图2)图2：云运算架构模型。（数据源：IBM）该方案允许快速的应用程序资源分配，基础架构之上的底层操作系统，也可依负载控制需求进行扩展或缩小。也因为如此，使用中的资源较能与应用软件的需求做良好的搭配。当前IaaS方案多半提供了基于REST（REpresentationalStateTransfer）式的HTTP操作接口，透过该接口，可允许在其基础架构上进行虚拟图像文件的部署、管理，以及资源的指定分配。REST接口并没有其他协议的额外负担，它允许使用者可以简易地存取其服务器。每个资源皆透过独一无二的URI（UniformResourceIdentifier）寻址，同时基于CRUD（Create创建、Retrieve检索、Update更新、Delete删除）四个操作，资源因而能被控管。三种云运算架构依照Wikipedia的定义，如图3，云运算在建置架构上大致分成三个阶层：应用程序、平台与基础设施，并由此分别提供三种型态服务：图3：云运算架构阶层堆栈。（数据源：Wikipedia）1.软件即服务（SaaS）在此阶层中，主要是以云端应用程序（CloudApplication）来提供各种SaaS服务，存取该服务的使用者不需要下载或安装任何程序，就可以直接透过浏览器存取云端应用程序所提供的功能与服务。透过该服务，用户不用对软件进行排错、更新等维护作业，对于使用管理负担及成本的降低有不小的帮助。不仅如此，比起自行建置的系统与程序，SaaS提供了更高可用性的不中断服务。当前市面上不乏许多通行已久的SaaS服务，其中最耳熟能详的莫过于GoogleApps与Saleforce.com。采用P2P技术的Skype、趋势科技的云端防毒，以及YouTube、Facebook、Twitter等Web应用程序，皆属于不同类型的SaaS服务。微软在既有商用软件上，另外提供相对应在线软件服务也是其中一种。在储存方面，目前Amazon所提供的自助式内容分派服务CloudFront，以及支持档案共享与数据同步化服务的微软LiveMesh，皆属于采用分布式云存储技术的SaaS服务。2.平台即服务（PaaS）所谓PaaS，指的是提供运算平台或解决方案服务化而言。它仰赖云端基础设施之资源，支持云端应用的不同功能，并提供整合的API。PaaS好处在于应用程序的部署更简便、有效降低底层软硬件架构采买及管理成本。常见的服务包括MicrosoftAzure、GoogleEngine、GoogleCustomSearch、Yahoo!BOSS等。至于AmazonSimpleDB、AmazonS3、Nirvanix等，则属于提供结构化云存储机制的PaaS服务。3.基础设施即服务（IaaS）至于IaaS意指云端基础架构（CloudInfrastructure），也就是将运算、储存及网络等资源转化为标准化服务，以提供内外部使用者存取之用。为了让资源有效管理与应用，IaaS多半藉助虚拟化技术来完成服务器整合之基本作业。目前市面上的IaaS服务，在运算资源分派服务上，有AmazonCloudWatch，以及提供虚拟机服务的AmazonEC2；在网络资源分派服务上，则有AmazonVPC虚拟私有云端；在原生储存资源分派服务上，则以AmazonEBS为代表。除了上述三个服务阶层外，整个云运算架构中还有最顶层的客户端，以及最底层的服务器。对于云运算而言，其服务对象即为客户端。客户端可透过桌机、笔电、ThinClient，甚至手机、PDA等行动装置内建的浏览器来存取云运算服务。就ThinClient与手机等装置来说，装置本身并不需要强大的硬件效能，也不用安装任何软件，只要有简单好用的浏览器，就可以随时随地享受云端服务所带来的种种好处。至于服务器，当然是云运算提供各种服务的最重要基础设备，即使是可以提升整合效率的虚拟化软件，也必须藉助服务器的安装才行。在服务器类型上，同时具备高密度运算容量，并有效提升管理及占用空间效益的刀锋服务器愈见青睐。三大云端部署类型上述三种类型服务的云端，若是供企业内部使用，即为私有云端（PrivateCloud），如果是营运商专门建置用来提供外部用户使用，并藉此营利者称为公共云端（PublicCloud），说明如下：图4：云运算部署型态。（数据源：Wikipedia）公共云端一般云运算多半是指公共云端而言，又称为外部云端（ExternalCloud）。其服务供货商能提供极精细的IT服务资源动态配置，并透过Web应用或Web服务，提供网络自助式服务。对于使用者而言，完全不需知道服务器的确切位置，或什么等级服务器，所有IT资源皆有远程方案商提供。而且该厂商必须具备资源监控与评量等机制，才能采取如同公用运算般的精细付费机制。EMCAtmos即为此例。对于中小型企业而言，公共云端提供了最佳IT运算与成本效益的解决方案；但对有能力自建数据中心的大型企业来说，公共云端难免仍有安全与信任上的顾虑。不论如何，公共云端改变了既有委外市场的产品内容与型态，提供装置设定，以及永续IT资源管理的代管服务，对于主机代管等委外市场会产生影响。私有云端私有云端又称之为内部云端（InternalCloud），相对于公共云端，此概念较新。许多企业由于对公共云端供货商的IT管理方式、机密数据安全性与赔偿机制，会有信任上的疑虑，所以纷纷开始尝试透过虚拟化或自动化机制，来仿真建置内部网络中的云运算。内部云端的建置，不但提供更高的安全掌控性，同时内部IT资源不论在管理、调度、扩展、分派、访问控制与成本支出上都更具精细度、弹性与效益。其建置难度不小，当前已有HPBladeSystemMatrix、NetAppDynamicDataCenter等整合型基础架构方案的推出，以HPBladeSystemMatrix为例，其组成硬件包括BladeSystemc7000机箱，撘配ProLiantBL460cG6刀锋型服务器、StorageWorksEnterpriseVirtualArray4400，以及管理软件工具HPInsightDynamics-VSE，即试图藉此方案得以减低建置技术的门坎，在可见的未来取代数据中心，成为数据中心未来蜕变转型的终极样貌。混合云端（HybridCloud）所谓混合云端，意指企业同时拥有公共与私有两种型态云端而言。当然在建置步骤上会先从私有云端开始，待一切运作稳定后再对外开放，企业不但可提升内部IT使用效率，也可藉由对外的公共云端服务获利。如此一来，原本只能让企业花大钱的IT资源，也能转而成为营利的工具。企业可将这些收入一部分用来继续投资在IT资源的添购及改善上，不但内部员工受益，同时也提供更完善的云端服务。也因为如此，混合云端或许会成为今后企业IT建置的主流模式。此型态的最佳代表，莫过于提供简易储存服务（SimpleStorageService；S3）及弹性运算云端（ElasticComputeCloud；EC2）服务的亚马逊（Amazon）。云存储的样貌如前述，云存储是指云运算架构中的储存部分，从底层的IaaS、中层PaaS到顶层SaaS都可以看到其身影，其中尤以底层储存资源的网络服务化最为重要。或许可以简单地说，云存储就是储存即服务（StorageasaService）的意思。事实上，云存储既可以看做云运算架构中的重要组成份子，当然也可以个别拉出成为独立的Web服务。就像云运算的组成架构一样，一个完备的云存储也有许多阶层，虽然划分方式及名称不同，但与前者阶层架构仍有许多相似之处。举例来说，云存储的核心即为储存层，就如同云运算中的IaaS阶层，是由分散在不同区域的各类型储存设备所组成，不论是DAS，抑或FCSAN、iSCSI或NAS等IP储存设备，皆可透过支持储存虚拟化技术的集中化管理系统整合在一起。透过管理系统，可以进行所有储存设备的远程监控、排错等作业；而最重要且最困难的部份则是应用中介层，此类似于云运算中的PaaS阶层，必须达到不同储