san存储深入解析：是什么、为什么、哪里用、多少钱、怎么工作、怎么管理等核心问题

这是一个关于存储区域网络（SAN）的详细探讨，旨在回答您可能关心的核心问题。

是什么？SAN存储是什么？

SAN，全称Storage Area Network，存储区域网络，是一种专门用来连接服务器和存储设备的网络。它与我们日常使用的以太网（Ethernet）不同，SAN的主要目的是提供高性能、高可用、可扩展的块级别（Block-Level）数据访问。简单来说，SAN就像一个高速公路，专门用于服务器和共享存储之间的数据块传输，而不是像文件服务器那样传输整个文件。

在SAN环境中，服务器看不到存储设备的物理硬盘，而是看到由存储设备呈现出来的一个个逻辑单元（Logical Unit Number, LUN）。这些LUN对于服务器的操作系统来说，就像是本地连接的一块或多块硬盘一样，服务器可以直接对其进行格式化、创建文件系统（如NTFS, ext4, VMFS等），并像操作本地硬盘一样操作这些LUN上的数据块。

SAN的主要组成部分有哪些？

一个典型的SAN主要由以下几个核心组件构成：

存储设备（Storage Arrays）： 这是存放数据的物理设备，通常是集成了大量硬盘（HDD或SSD）并通过控制器提供高级功能（如RAID、快照、复制、精简配置等）的专业存储系统。它们通过SAN连接到网络。
网络连接设备（Switches）： SAN的核心，负责连接服务器的HBA和存储设备的端口。最常见的SAN交换机是光纤通道（Fibre Channel, FC）交换机，但也可以使用支持iSCSI协议的以太网交换机。交换机实现了设备之间的互联互通，并提供了网络拓扑的灵活性。
主机总线适配器（Host Bus Adapters, HBAs）： 安装在服务器上的一种接口卡。对于光纤通道SAN，服务器需要FC HBA；对于iSCSI SAN，服务器需要网卡（NIC），通常是支持硬件卸载的iSCSI HBA或普通的千兆/万兆以太网卡。HBAs是服务器连接SAN的门户。
线缆和连接器（Cabling and Connectors）： 连接HBAs、交换机和存储设备的物理介质。光纤通道SAN通常使用光纤线缆（如LC连接器），而iSCSI SAN使用标准的以太网线缆（如RJ45或光纤）。
SAN管理软件（Management Software）： 用于配置、监控和管理SAN环境中的各种设备，包括交换机、存储阵列和服务器的HBA设置。

为什么？为什么要使用SAN存储？它解决了什么问题？

使用SAN存储通常是为了解决以下场景中传统直连存储（DAS）或网络附加存储（NAS）难以满足的需求：

高性能

SAN提供了非常高的数据传输速度和低的访问延迟。由于是块级别访问，且通常使用专用的高速网络（如16Gb或32Gb光纤通道，或万兆/四万兆iSCSI），SAN特别适合对I/O性能要求极高的应用，如大型数据库事务处理、虚拟机I/O密集型操作、高性能计算等。相比之下，NAS是文件级别访问，有协议开销；DAS虽然性能高但无法共享。

高可用性和可靠性

SAN架构设计通常具有多路径、冗余组件（控制器、电源、网络端口、交换机）和高级数据保护功能（如RAID）。通过多条路径连接服务器和存储，即使某条路径、某个端口甚至某个交换机发生故障，服务器依然可以通过其他路径访问存储，确保业务的连续性。存储阵列本身提供的快照、复制等功能也增强了数据保护能力。

可扩展性

SAN允许独立地扩展存储容量和服务器数量。您可以根据需要增加存储阵列、在现有阵列中添加硬盘、或者添加新的服务器连接到SAN，而无需中断现有业务。这种弹性扩展能力对于应对数据量增长和业务扩展非常重要。

资源共享和集中管理

通过SAN，多个服务器可以同时访问集中化的存储资源池。这避免了DAS模式下存储分散、利用率低的问题，也简化了存储资源的分配和管理。管理员可以在一个地方管理所有服务器的存储需求，进行统一的容量规划和性能监控。

提高存储利用率

通过存储池化和精简配置（Thin Provisioning），SAN可以更有效地利用存储空间。精简配置允许您为服务器分配比实际物理空间大的LUN，实际空间只在数据写入时才消耗，避免了预先分配大量未使用空间的浪费。

简化数据保护和灾难恢复

集中化的存储使得数据备份、快照和远程复制等操作更容易实施和管理。许多存储阵列提供了内置的数据保护功能，可以直接在存储层面上进行，减轻了服务器的负担。远程复制功能是构建异地容灾解决方案的基础。

总而言之，当您面临以下挑战时，可能会考虑SAN：需要支撑大量I/O密集型应用、需要为大量服务器提供共享存储、需要高水平的可用性和数据保护、需要灵活的存储扩展、或者希望集中管理存储资源。

哪里？SAN存储通常部署在哪里？适用于哪些场景？

SAN存储主要部署在需要高性能、高可用性和共享存储的企业级数据中心或大型IT环境中。常见的部署场景和应用包括：

服务器虚拟化平台：

这是SAN最常见的应用场景之一。VMware vSphere、Microsoft Hyper-V、Citrix XenServer等虚拟化平台严重依赖共享存储来实现虚拟机的高可用性功能（如VMotion/Live Migration、HA、DRS）以及更便捷的虚拟机管理和部署。SAN提供了虚拟机磁盘文件（如VMDK、VHDX）所需的高性能和共享访问能力。
大型数据库系统：

Oracle、SQL Server、SAP HANA等企业级数据库对存储I/O性能要求极高。SAN能够提供极低的延迟和高吞吐量，确保数据库事务处理的效率和响应速度。
高性能计算（HPC）：

科学计算、模拟、大数据分析等HPC应用需要并行访问大量数据并进行快速处理，SAN可以提供所需的并行I/O能力。
数据仓库和商业智能（BI）：

这些应用通常需要处理和查询海量数据，对存储的顺序读写和随机读写性能都有要求，SAN可以满足这些性能需求。
集中化文件服务的基础设施：

虽然最终用户通常通过NAS协议（如SMB/CIFS, NFS）访问文件，但在后端，高性能的集中式文件服务器或分布式文件系统（如GPFS, Lustre）可能会将数据存储在SAN上，以获得底层存储的高性能和可靠性。
视频编辑、广播和媒体制作：

这些行业需要处理大型媒体文件，并要求多个工作站能够同时访问和编辑这些文件，SAN可以提供所需的高带宽和共享能力。
备份和归档：

尽管备份目标可以是多种形式，但高性能的备份服务器经常需要连接到SAN，以便快速地将数据备份到磁带库或磁盘阵列，或从SAN上的快照进行恢复。

简单来说，任何需要多个服务器共享高性能、高可用存储资源的应用场景，都可能考虑部署SAN。

多少？构建一套SAN存储系统大概需要多少钱？

构建一套SAN系统的成本差异巨大，从几万人民币到数百万甚至上千万人民币不等，取决于多个因素：

存储设备本身的规格：
- 容量： 需要多少TB或PB的存储空间？原始容量和可用容量（考虑RAID）都会影响成本。
- 性能层级： 使用传统的HDD、高性能的SSD还是混合配置？SSD阵列的单位容量成本远高于HDD阵列，但性能更高。
- 控制器能力： 控制器的处理能力、缓存大小、端口数量和特性（如数据去重、压缩）直接影响性能和价格。高端阵列通常有更强的控制器和更多高级功能。
- 品牌和型号： 不同厂商（如Dell EMC、HPE、NetApp、IBM、华为、浪潮等）的不同系列产品价格差异很大。入门级SAN和企业级高端SAN是截然不同的两个概念。
SAN网络基础设施：
- 交换机类型和端口数： 光纤通道交换机通常比同等端口数量的以太网交换机（即使是万兆）更昂贵。需要的端口数量取决于连接的服务器和存储端口数。高端口密度或高速度（如32Gb FC）的交换机价格更高。
- HBAs： 服务器上需要的HBA卡数量和速度也会增加成本。
- 线缆和光模块： 光纤线缆和配套的光模块（SFP+, QSFP+等）成本，特别是长距离传输时，也需要考虑。
软件许可：

存储阵列的高级功能（如快照、远程复制、数据去重、自动分层存储、高级管理工具）通常需要额外的软件许可，这可能是总体成本的重要组成部分。
服务和支持：

SAN系统的安装、配置、调优、以及长期的维保服务（通常是3-5年）成本。企业级硬件的维保费用通常较高。

一个简单的、基于iSCSI、容量不大的入门级SAN（比如几十TB HDD容量，少量服务器连接）可能只需要几万到十几万人民币。而一个使用高端全闪存阵列、高速光纤通道网络、支持大规模虚拟化或数据库环境的企业级SAN，成本可能轻松超过数百万人民币。

因此，要确定SAN的成本，需要详细评估业务需求（容量、性能、可用性）、服务器数量、连接协议以及所需的高级功能。

如何/怎么？SAN存储如何工作？服务器如何访问SAN存储？

SAN的工作原理是通过一个独立的网络将服务器的HBA与存储阵列连接起来，实现块级别的数据传输。

SAN的工作流程：

初始化：

服务器安装HBA卡，并配置相应的驱动程序。存储阵列配置磁盘组（RAID），并创建LUN。
连接与发现：

服务器的HBA通过SAN网络（光纤通道或iSCSI）与存储阵列建立连接。在光纤通道SAN中，这是一个”Fabric Login”过程，设备在网络中注册其WWN（World Wide Name）。在iSCSI SAN中，服务器（initiator）连接到存储阵列（target）的iSCSI端口。
区划和屏蔽（Zoning & LUN Masking）：

这是SAN安全和隔离的关键步骤。
- Zoning（区划）： 在SAN交换机上配置，决定了哪些HBA端口可以“看到”哪些存储端口。它限制了设备之间的通信范围，类似于防火墙，防止未经授权的访问和提高网络安全性。区划可以基于端口（Port Zoning）或基于WWN/IQN（WWN/IQN Zoning，更灵活）。
- LUN Masking（LUN屏蔽）： 在存储阵列上配置，决定了哪些服务器（由其WWN或IQN标识）可以“看到”并访问哪些特定的LUN。这确保了只有授权的服务器才能访问其分配到的存储卷，防止数据泄露或破坏。
呈现LUN（LUN Presentation/Mapping）：

存储管理员在存储阵列上将创建好的LUN“映射”或“呈现”给特定的服务器或服务器组。结合LUN Masking，只有被授权的服务器才能看到这个LUN。
服务器识别和格式化：

服务器操作系统扫描其HBA，发现被呈现的LUN。操作系统将这个LUN识别为一块新的物理硬盘。管理员可以在操作系统层面初始化这块“新硬盘”，创建分区，并格式化文件系统（如NTFS, ext4, VMFS等）。
数据访问：

应用程序或文件系统需要读写数据时，会向操作系统发出块I/O请求。操作系统将这些请求发送给HBA，HBA通过SAN网络将块请求传输到存储阵列。存储阵列找到对应的数据块，通过原路返回给服务器。这个过程是直接的、基于块的，绕过了传统网络文件系统的开销。
多路径（Multipathing）：

为了提高可用性和性能，服务器通常通过多个HBA端口和多条物理路径连接到存储阵列。多路径软件（如MPIO）运行在服务器操作系统上，负责管理这些路径，可以在路径故障时自动切换到可用路径，也可以在多条路径上分发I/O负载以提高性能。

总之，SAN通过一个专用的、基于块访问的网络将存储资源呈现给服务器，让服务器感觉就像在使用本地硬盘一样，但同时享受到了集中化、高性能、高可用和可扩展的存储优势。

如何/怎么？如何设置和管理SAN存储？

SAN的设置和管理是一个复杂的过程，通常需要专业的存储管理员来完成。

设置过程概要：

硬件安装： 将存储阵列、SAN交换机、服务器HBA等物理设备安装到机架中，并进行必要的电源和网络线缆连接。
设备配置：
- 存储阵列： 初始配置存储阵列，包括设置管理IP、配置RAID组、创建存储池、创建LUNs。
- SAN交换机： 初始配置交换机，设置管理IP，配置端口参数，最重要的是配置Zoning，定义设备之间的通信关系。
- 服务器： 安装HBA卡及驱动，配置HBA参数，安装多路径软件。
逻辑配置：
- 在存储阵列上配置LUN Masking，将LUN映射给特定的服务器HBA WWN或IQN。
- 在服务器操作系统中扫描和发现新的磁盘（LUN）。
- 在服务器操作系统中初始化磁盘，创建分区，格式化文件系统。
- 配置和启用多路径软件，确保服务器通过所有可用路径访问LUN。
测试验证： 对配置好的SAN进行连通性测试、性能测试和故障转移测试，确保系统按预期工作。

日常管理任务：

SAN的日常管理涉及多个方面：

容量管理： 监控存储容量的使用情况，进行容量规划，根据需要扩展存储空间（添加硬盘、创建新的LUN或扩展现有LUN）。
性能监控与调优： 监控存储阵列、交换机和服务器HBA的性能指标（IOPS、吞吐量、延迟），识别性能瓶颈，进行相应的调整和优化（如优化RAID级别、调整缓存设置、优化LUN分布、调整多路径策略）。
可用性与健康监控： 监控所有SAN组件的健康状态（硬件故障、端口状态、电源状态），及时响应报警。测试和验证多路径、故障转移等高可用功能。
数据保护管理： 管理存储阵列的快照策略、远程复制任务、与备份系统的集成等。
安全管理： 定期审查和更新Zoning和LUN Masking配置，确保只有授权设备可以访问存储。
固件和软件更新： 及时更新存储阵列、交换机、HBA卡的固件和驱动程序，以及管理软件，以获取新功能、修复bug和提高安全性。
故障排除： 诊断和解决SAN环境中出现的各种问题，如性能下降、连接中断、存储访问错误等。
文档记录： 维护详细的SAN配置文档，包括物理连接图、逻辑拓扑、Zoning配置、LUN分配等。

SAN管理是一个持续的过程，需要管理员具备扎实的网络、存储和操作系统知识。

是什么类型？SAN存储有哪些常见类型和协议？

SAN存储的类型主要取决于其使用的网络协议。最常见的两种类型是：

光纤通道SAN (Fibre Channel SAN, FC SAN)：

这是传统且最成熟的SAN类型。它使用专门的光纤通道协议（FCP）在光纤通道网络上进行数据传输。FC网络独立于以太网，提供高性能、低延迟、高可靠的块级别传输。FC SAN通常被认为是企业级应用的首选，因为它为关键业务应用提供了最高的性能和稳定性。速度从1Gb、2Gb、4Gb、8Gb、16Gb发展到目前的32Gb和64Gb。
iSCSI SAN：

iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一种在TCP/IP网络（即以太网）上封装SCSI命令的协议。它允许使用标准的以太网基础设施来构建SAN。iSCSI SAN的优势在于成本较低，易于部署和管理（利用现有网络知识），并且随着万兆以太网的普及，其性能也能满足很多应用的需求。适用于中小型企业或对成本比较敏感但又需要共享存储的场景。

其他相关或衍生类型：

FCoE (Fibre Channel over Ethernet)：

一种新兴协议，它在以太网上封装了光纤通道帧，目的是在同一个融合网络基础设施（使用支持无损传输的以太网交换机）上传输以太网流量和FC流量。FCoE旨在简化数据中心布线，但其部署相对复杂，且普及程度不如FC和iSCSI广泛。
FCIP (Fibre Channel over IP)：

用于在长距离IP网络上传输FC数据，通常用于SAN之间的远程复制或灾难恢复场景。

选择哪种类型的SAN取决于性能需求、预算、现有基础设施以及管理团队的技术专长。

有什么缺点？SAN存储的潜在缺点或复杂性？

尽管SAN提供了诸多优势，但它也伴随着一些潜在的缺点和复杂性：

成本高昂： 初始投入成本通常高于NAS或DAS。高性能的存储阵列、专用的FC交换机和HBA价格不菲，加上维护、软件许可和管理费用，总体拥有成本较高。
管理复杂： SAN的设计、部署、配置和日常管理需要专业的知识和经验。理解Zoning、LUN Masking、多路径、存储阵列的高级功能等都需要专业的培训。对于没有相关经验的团队来说，SAN的管理曲线较陡峭。
需要独立的网络基础设施（特指FC SAN）： FC SAN需要建设一个独立于现有IP网络的物理网络，包括专用的交换机、HBA和光纤线缆。这增加了基础设施的复杂性和管理负担。虽然iSCSI SAN使用以太网，但也需要确保网络具备足够的带宽和QoS来满足存储流量需求。
故障排除难度： 当SAN出现问题时，由于涉及服务器、HBA、线缆、交换机、存储阵列、多路径软件等多个组件，故障排除可能会比较复杂，需要逐层诊断。
并非所有应用都需要SAN： 对于只需要文件共享、性能要求不苛刻、或数据量不大的场景，SAN可能是过度设计和过度投入。

因此，决定是否采用SAN需要仔细权衡其优势和潜在的复杂性，并确保有足够的技术能力来支持其部署和管理。

有什么替代方案？SAN存储的替代方案有哪些？

根据不同的需求和场景，SAN存储有一些常见的替代方案：

网络附加存储 (Network Attached Storage, NAS)：

NAS提供文件级别的存储访问，通过标准的网络文件共享协议（如SMB/CIFS for Windows, NFS for Unix/Linux）提供服务。多个用户或服务器可以同时访问文件。NAS通常比SAN更易于部署和管理，成本也相对较低。
- 适用场景： 文件共享、用户主目录、部门共享存储、非结构化数据存储、中小规模备份目标等对文件级别访问需求高且性能要求不如关键业务应用苛刻的场景。
- 与SAN区别： 提供文件级别访问（SAN是块级别）；使用标准以太网；通常管理更简单；性能上限通常低于同等投资的SAN（尤其是在随机I/O方面）。
直连存储 (Direct Attached Storage, DAS)：

DAS是将存储设备（如硬盘驱动器、硬盘阵列）直接连接到服务器的存储方式，通过SATA、SAS、PCIe等接口连接。DAS性能高，成本低廉，易于部署，但最大的缺点是无法方便地在服务器之间共享，扩展性有限。
- 适用场景： 单个服务器的本地存储需求、小型应用数据库、临时存储、备份到本地磁盘等不需要共享和大规模扩展的场景。
- 与SAN区别： 直接连接到单台服务器，无法共享；扩展性差；管理分散；无SAN的高可用性功能（如多路径）；成本最低。
云存储 (Cloud Storage)：

利用公共云服务商提供的存储服务，如Amazon S3 (对象存储)、Amazon EBS (块存储)、Azure Blob Storage (对象存储)、Azure Disk Storage (块存储)等。云存储提供了极大的弹性、按需付费和无需本地硬件管理的优势。
- 适用场景： 备份归档、灾难恢复、非结构化数据存储、云原生应用存储、网站内容存储、应对突发性存储需求等。
- 与SAN区别： 基于互联网访问；通常是按使用量付费（OpEx）；硬件管理由云服务商负责；访问延迟和带宽受网络限制；适用于云原生或混合云环境。云服务商也提供块存储服务，功能类似于云上的SAN LUN，但访问方式不同。

在选择存储方案时，需要综合考虑应用的具体需求（性能、容量、可用性、共享性）、预算、管理能力和未来的扩展计划。