NAS在云時(shí)代，難道真的已經(jīng)死了？
(一)
NAS是傳統(tǒng)存儲(chǔ)行業(yè)重要的組成部分，基于SMB、CIFS提供支持POSIX協(xié)議的文件共享服務(wù)，是所有傳統(tǒng)存儲(chǔ)廠商都提供的產(chǎn)品，甚至是必須提供的產(chǎn)品。但似乎所有的云服務(wù)似乎都對(duì)這種共享存儲(chǔ)的形式置若罔聞，AWS推出滯后，Azure沒有，GAE沒有，阿里云當(dāng)然也沒有。OpenStack有一個(gè)Manila，但是半死不活。是不是NAS在云時(shí)代，已經(jīng)死了?
NAS on Cloud究竟何去何從，我們分析分析看。
如果想知道一個(gè)事情為什么是現(xiàn)在這個(gè)樣子，***的辦法就是看看他的歷史。
云計(jì)算毫無疑問是來自于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，或者限制的更窄一點(diǎn)：電商領(lǐng)域。全球的云計(jì)算做的******的AWS，其實(shí)就是個(gè)電商。當(dāng)年Amazon電子商業(yè)越做越大，對(duì)于IT系統(tǒng)的要求也越來越高，最終IT部門不負(fù)眾望，搞出了一套足夠靠譜的IT基礎(chǔ)設(shè)施，這就是現(xiàn)在AWS的前身了。
而后，Amazon做了一個(gè)英明神武的決定，將這套系統(tǒng)開放出去，商業(yè)化，收錢，所以就有了AWS。當(dāng)時(shí)AWS主要還是供Amazon自家使用，最多是Amazon周邊的廠商使用。然后，各個(gè)行業(yè)的IT系統(tǒng)越來越大，要求越來越高，越做越復(fù)雜，大家發(fā)現(xiàn)原有的IT方式已經(jīng)扛不住了，急切的需要一種新的IT運(yùn)作方式。放眼望去，似乎AWS這種方式相當(dāng)靠譜，于是先是眼前一亮，然后一擁而上，紛紛效仿，各種類AWS的系統(tǒng)如雨后春筍，粉墨登場(chǎng)。
玩家多了，就形成了一個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)行業(yè)，這個(gè)領(lǐng)域，這個(gè)行業(yè)，就叫云計(jì)算。
反觀國(guó)內(nèi)，阿里也想走這條路，但是看似相同，實(shí)則大相徑庭。阿里云最開始并不是從阿里的電商系統(tǒng)(也就是淘寶和天貓)演化或者開放而來的，而是完全按照云計(jì)算的想法從頭開發(fā)的。阿里內(nèi)部淘寶系和阿里云系是什么關(guān)系，誰也說不清楚，而淘寶、天貓用不用阿里云，都值得研究一番。所以阿里云和AWS的路看似相同，實(shí)際差別卻很大。當(dāng)然，未來整個(gè)大阿里是不是能夠完全由阿里云提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，現(xiàn)在還不好說，不過從當(dāng)前的趨勢(shì)看，大阿里確實(shí)是這么設(shè)想的，這樣也未尚不是一條曲線救國(guó)的好路，至少不需要背負(fù)電商業(yè)務(wù)的包袱。
扯了這么多，似乎扯遠(yuǎn)了，但是搞明白了歷史之后，在看現(xiàn)今就已經(jīng)很清楚了?；氐轿覀兊膯栴}上，為什么云上沒有NAS?很簡(jiǎn)單，因?yàn)殡娚滩恍枰 ?/strong>
我們看看電商都需要什么：
- 運(yùn)行Web服務(wù)：虛擬機(jī)(計(jì)算+塊存儲(chǔ))
- 保存用戶數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)庫(kù)
- 保存靜態(tài)內(nèi)容：對(duì)象存儲(chǔ)
- 分發(fā)靜態(tài)內(nèi)容：CDN
- 用戶行為分析：數(shù)據(jù)分析
這些也就是云計(jì)算目前提供的功能。
再看看電商或者大的互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)這些特性有什么要求：
- 橫向擴(kuò)展：支持業(yè)務(wù)平滑增長(zhǎng)
- 快速高效：提高響應(yīng)速度，避免錯(cuò)過商機(jī)
- 穩(wěn)定運(yùn)行：業(yè)務(wù)中斷意味著經(jīng)濟(jì)損失
- 異地容災(zāi)：數(shù)據(jù)是最重要的資源，不容有失
以上這些也恰恰是云計(jì)算所關(guān)注的特性。
所以說，云計(jì)算蘊(yùn)含著互聯(lián)網(wǎng)甚至是電子商務(wù)的基因。
而現(xiàn)在，看一下我們的主角：NAS。不好意思，電子商務(wù)用不到，互聯(lián)網(wǎng)也不關(guān)心，所以，云計(jì)算中沒有NAS。
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(二)
我們回顧了云計(jì)算誕生的歷史，也就搞明白了為什么目前所有的云計(jì)算提供商都沒有提供NAS服務(wù)，但是這個(gè)問題實(shí)際上還可以繼續(xù)的追問下去：為什么互聯(lián)網(wǎng)或者電商都都不使用文件系統(tǒng)?如果當(dāng)初互聯(lián)網(wǎng)的玩家們使用的都是文件系統(tǒng)構(gòu)建他們的IT服務(wù)，那么毫無疑問，今天的云計(jì)算將是圍繞NAS構(gòu)建的?？墒鞘聦?shí)卻是文件系統(tǒng)這個(gè)歷史悠久的存儲(chǔ)形式成為了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的棄兒，這是為什么?回答這個(gè)問題還要從文件系統(tǒng)本身找原因，最關(guān)鍵的因素是：文件系統(tǒng)本身就不具有互聯(lián)網(wǎng)、或者說互聯(lián)的基因。今天我們從技術(shù)的角度分析分析，文件系統(tǒng)為什么沒有互聯(lián)的基因。
文件系統(tǒng)的組織形式
文件系統(tǒng)的信息組織方式是大家最熟悉不過的了：樹形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)實(shí)際上非常符合人類的思維方式(僅次于圖狀結(jié)構(gòu))，生活和生產(chǎn)中太多太多的東西可以用樹形的方式恰當(dāng)?shù)拿枋龊徒M織，這大概也是最初文件系統(tǒng)這么設(shè)計(jì)的原因了。
文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)雖然非常符合使用習(xí)慣，為數(shù)據(jù)的整理提供了很多的方便，但是卻給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上帶來了很多的挑戰(zhàn)。比如POSIX規(guī)定文件系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)文件的移動(dòng)(move/mv)操作，由于源地址和目標(biāo)地址可能是樹上的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，而這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可能是父子關(guān)系、兄弟關(guān)系、同父關(guān)系等各種關(guān)系，因此在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上就引入了很多復(fù)雜性。而且POSIX還定義了軟連接和硬鏈接這兩種有用但是進(jìn)一步增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的語義，導(dǎo)致現(xiàn)有的文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的管理大多涉及到引用計(jì)數(shù)機(jī)制和同步鎖機(jī)制。
到了云時(shí)代，文件系統(tǒng)這種方式對(duì)于一個(gè)云系統(tǒng)來說，似乎又過于復(fù)雜了。想象一下，如果成千上萬人向一個(gè)文件系統(tǒng)中塞東西，是一件多么混亂而可怕地事情，信息幾乎不可能以有效、統(tǒng)一的方式組織起來，更不用說快速檢索了。在網(wǎng)絡(luò)還不是很普及、帶寬有限、費(fèi)用高昂的十幾年前，如果是那時(shí)候上大學(xué)的人，一定用過校園的FTP服務(wù)來共享文件，相信對(duì)這種場(chǎng)景多少有些感觸。實(shí)際上，現(xiàn)在很多個(gè)人的電腦硬盤的文件夾已經(jīng)和亂麻一樣了，更不用說成成千上萬人共用一個(gè)文件系統(tǒng)。
問題的根源在于樹形結(jié)構(gòu)這種組織形式在提供了足夠的靈活性和復(fù)雜的功能的同時(shí)，對(duì)使用者限制太少，在超大規(guī)模的數(shù)據(jù)的組織過程中，弊大于利。
文件系統(tǒng)的共享方式
在計(jì)算機(jī)可以聯(lián)網(wǎng)之后，共享信息就成了剛需，除了專門設(shè)計(jì)用來共享信息的HTTP等各類協(xié)議外，直接將整個(gè)文件系統(tǒng)共享出去的協(xié)議也不少見，比如我們常用的FTP、SMB、CIFS等。這些協(xié)議的用法大同小異，基本上都是為了將一個(gè)本地的文件系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)共享給很多人同時(shí)使用。
人多了，麻煩就來了。首當(dāng)其沖的就是權(quán)限問題。如何合理的為多用戶系統(tǒng)設(shè)計(jì)權(quán)限一直是沒有徹底解決的大問題，原因也很簡(jiǎn)單：需求太復(fù)雜，而且例外也太多。
雖然問題很困難，但是解決方案還是要有的，于是ACL應(yīng)運(yùn)而生，嘗試在文件系統(tǒng)共享服務(wù)中實(shí)現(xiàn)基于用戶的權(quán)限管理系統(tǒng)。不得不說，ACL還是解決了大部分問題的，但僅限于系統(tǒng)規(guī)模較小、用戶不多的情況。對(duì)于云計(jì)算這種超大規(guī)模的系統(tǒng)，ACL似乎就無能為力了。
文件系統(tǒng)的可擴(kuò)展性
我們都知道，在云計(jì)算時(shí)代，任何不能Sacle-Out的方案無疑都是行不通的。因此，針對(duì)大規(guī)模文件系統(tǒng)應(yīng)用，出現(xiàn)了分布式文件系統(tǒng)。 這種分布式架構(gòu)的文件系統(tǒng)確實(shí)可以解決現(xiàn)在的很多問題， 例如通過三方分離架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)流和元數(shù)據(jù)流的分離，能夠做到吞吐量的Scale-Out。 但是，文件系統(tǒng)的組織形式最終限制了它的可擴(kuò)展性，本質(zhì)上很難實(shí)現(xiàn)徹底的Scale-Out。
在前面“組織形式”一節(jié)中，我們已經(jīng)分析過：由于文件系統(tǒng)是樹形結(jié)構(gòu)，所以工程實(shí)現(xiàn)中基本無可避免的使用了引用計(jì)數(shù)和鎖機(jī)制或這類的機(jī)制，而且鎖的顆粒度在很多時(shí)候可能是從根節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前操作路勁的所有節(jié)點(diǎn)，這對(duì)于可擴(kuò)展性的來說，幾乎是致命的。 最初的文件系統(tǒng)都是基于本地磁盤構(gòu)建的，所有文件系統(tǒng)的操作都是在一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)和同步鎖還是可以接受的。因?yàn)樗械挠?jì)算和IO都發(fā)生在一臺(tái)機(jī)器上，由內(nèi)存完成數(shù)據(jù)的交換，性能是可以保證的。但是在分布式系統(tǒng)中，要想實(shí)現(xiàn)引用計(jì)數(shù)和同步鎖的話，就讓人頭皮發(fā)麻。因?yàn)檫@通常意味著分布式鎖和分布式事務(wù)，這兩種東西對(duì)于性能來說，簡(jiǎn)直就是殺手般的存在，更別說還需要考慮容災(zāi)和故障恢復(fù)的問題……我相信任何分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員遇到這樣棘手的東西，都難免要嘆一口氣。
文件系統(tǒng)的共享方式也通常成為擴(kuò)展的擴(kuò)展的瓶頸，因?yàn)镾MB、CIFS、FTP這樣的協(xié)議通常需要Proxy或者GateWay的存在，而該模塊也可能成為瓶頸，必須再引入LVS等負(fù)載集群技術(shù)解決這一問題，進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
歸根結(jié)底，由于文件系統(tǒng)采用了樹形的數(shù)據(jù)組織形式，而這種形式難以很好實(shí)現(xiàn)橫向拆分，導(dǎo)致文件系統(tǒng)無法具備良好的橫向擴(kuò)展性。在數(shù)據(jù)洶涌而來的互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)時(shí)代，沒有什么是比這更加致命的問題了。
難道文件系統(tǒng)真的大勢(shì)已去?
(三)
我們從技術(shù)的角度分析了NAS或者說文件系統(tǒng)這種存儲(chǔ)形式為什么不適合云計(jì)算。但是進(jìn)入了云計(jì)算時(shí)代，是不是就不會(huì)再有NAS生存的空間了?未必。實(shí)際上我們上面已經(jīng)分析過了，決定一個(gè)系統(tǒng)有什么或者沒有什么，主要取決于需求。那么，云計(jì)算時(shí)代有沒有NAS的需求，答案是肯定的。
云計(jì)算需要NAS
云計(jì)算最終的目的或者出發(fā)點(diǎn)，是將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)都變成服務(wù)，變成類似水、電一樣的基礎(chǔ)設(shè)施，而不僅僅是為互聯(lián)網(wǎng)和電商提供服務(wù)。實(shí)際上，現(xiàn)在大部分企業(yè)在規(guī)劃其IT設(shè)施時(shí)，已經(jīng)將云計(jì)算的方式作為重要的選型之一。
傳統(tǒng)企業(yè)對(duì)于云計(jì)算的需求和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)有很大不同的，除了云計(jì)算目前已經(jīng)具備的各類優(yōu)勢(shì)，例如可擴(kuò)展，低成本，易維護(hù)等，還有一項(xiàng)最核心最基本、甚至大家都不會(huì)特意提到的需求：能夠滿足他們的業(yè)務(wù)。
傳統(tǒng)企業(yè)存在大量系統(tǒng)支持他們的業(yè)務(wù)，在遷移到云計(jì)算的過程中，重建所有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)顯然是不現(xiàn)實(shí)的。所以傳統(tǒng)企業(yè)愿意遷移到云計(jì)算環(huán)境的一個(gè)前提是云計(jì)算的環(huán)境 必須能夠滿足他們對(duì)業(yè)務(wù)的支持，也就是能夠良好的運(yùn)行現(xiàn)有的業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)。
不幸的是，這些支持系統(tǒng)，很大一部采用NAS構(gòu)建，對(duì)于文件系統(tǒng)有很強(qiáng)的依賴性，而這些系統(tǒng)已經(jīng)足夠老舊，老舊到只有人用，沒有人維護(hù)。要運(yùn)行這些系統(tǒng)，就必須提供NAS。
云計(jì)算中的NAS
實(shí)際上，云計(jì)算已經(jīng)在考慮NAS了，就像前面提到的，作為開源云計(jì)算龍頭老大OpenStack，已經(jīng)包含了用于提供文件系統(tǒng)共享存儲(chǔ)的Manlia了，只是這個(gè)項(xiàng)目目前還不夠成熟，也沒有見到應(yīng)用案例。
Manlia實(shí)際是一個(gè)PaaS服務(wù)，它組合使用了OpenStack的Nova、Cinder、Neutron等多項(xiàng)服務(wù)，通過虛擬機(jī)+掛載卷+NFS/CIFS共享的方式為租戶提供文件系統(tǒng)的共享掛載點(diǎn)。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下的其它虛擬機(jī)可以通過該掛載點(diǎn)共享同一個(gè)文件系統(tǒng)。
Manlia的這種實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)際上是一種半Sacle-Out的方案，即對(duì)于單個(gè)命名空間，其容量受限于Cinder提供單個(gè)共享卷的容量，而性能則受限于單個(gè)共享卷的性能、掛載該共享卷的虛擬的性能以及該虛機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的性能。一言以蔽之，即單個(gè)命名空間是無法Sacle-Out，只能 Scale-Up的。但是Manlia提供了一種方便的途徑可以快速的創(chuàng)建一個(gè)全新的文件系統(tǒng)共享，也就是說，用戶可以在單個(gè)文件系統(tǒng)不足以支撐其應(yīng)用的時(shí)候，快速的創(chuàng)建新的文件系統(tǒng)。這在一定程度上解決了用戶的問題。
但是要想徹底解決云計(jì)算中使用NAS的問題，大概還要從文件系統(tǒng)本身做起。云計(jì)算中的NAS要符合云計(jì)算的定義和特征，要可擴(kuò)展、高性能、高可靠，要支持超大規(guī)模的應(yīng)用，要滿足多租戶、數(shù)據(jù)隔離、跨地域訪問等各種要求，還要做到安全、好用、容易運(yùn)維，委實(shí)是一項(xiàng)不容易的事情。目前似乎還沒有一個(gè)文件系統(tǒng)是真正為云計(jì)算量身打造，滿足以上這些所有的要求。
Ceph，或許有機(jī)會(huì)呢。
