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【Day 80】Linux-NAS 和 SAN 存储

news 2025/10/21 8:06:29

 一、存储设备

        存储设备的核心作用是为业务服务器提供更充足的存储空间、更高的 IO 性能以及共享存储能力，以满足不同业务场景的需求

        // 解释：存储设备能把多块硬盘的容量 “拼起来”，还能随时加硬盘扩容，满足业务不断产生的海量数据存储需求；存储设备通过用更快的硬件（如高速 SSD）、多设备并行处理数据，让数据读写速度大幅提升；存储设备能通过网络让多台服务器共享同一批数据（比如办公文档共享、多台服务器共用一个数据库），还能在服务器故障时快速切换数据，保证业务不中断。

1、根据工作方式，存储设备主要分为三类

  • DAS 直接附加存储
  • NAS 网络附加存储
  • SAN 存储区域网络

（1）DAS 直接附加存储

        DAS 通过数据总线直接将存储设备接入到服务器主板，是一种简单直接的存储连接方式。

        磁盘类型：机械硬盘、SSD

        磁盘接口：SATA，SAS、NVME

        特点：DAS 属于服务器专属存储，无法直接被其他服务器共享，这导致其扩展性较差，受限于服务器接口的数量，因此更适用于个人 PC、单台服务器等小型场景。

（2）NAS 存储

        NAS 基于文件系统级别实现共享，支持 nfs 和 cifs 协议来共享存储空间。

  • nfs协议：适用于 Linux、Unix系统
  • cifs协议：适用于 Windows

        实现方式：

        ① 使用专用存储设备，核心是 “硬件 + 预装系统” 一体化，无需用户从零配置，典型代表是群晖（Synology）、威联通（QNAP）的家用 NAS，或华为、戴尔的企业级存储阵列。

        ② 使用普通服务器上安装开源 Linux 发行版，再通过配置软件实现 NAS 功能。

        具体流程：

        本质是存储端先完成文件系统构建，再通过标准化协议将 “已格式化的存储空间” 开放给网络中的客户端访问。

        ① 存储端：先格式化创建文件系统。NAS 设备内置独立的操作系统，首次使用时，需先对其内置 / 外接的硬盘进行格式化，创建通用的文件系统。 —— 文件系统能定义文件的物理存储结构，让 NAS 能像电脑硬盘一样 “管理文件”，而非仅提供裸磁盘空间。

        ② 存储端：将文件系统挂载到 NAS 本地，再配置共享规则。格式化后的文件系统会被挂载到 NAS 的本地目录，随后 NAS 通过系统设置，将该挂载目录配置为 “共享目录”，并指定共享权限.

        ③ 客户端：通过 NFS/CIFS 协议，跨网络访问共享目录。不同系统的客户端（Linux/Unix、Windows）通过对应的协议 “连接 NAS 的共享目录”。

        特点：作为一种专用存储服务器，NAS 设备自身配备了 CPU、内存和操作系统，通过以太网接入网络，用户可以通过网络路径（如 \IP\ 共享名或 /mnt/nfs）访问存储内容，非常适合企业文档共享、媒体存储等文件共享场景。

补充：文件系统类型

① 单机文件系统（本地存储专用，NAS 存储端底层依赖）

        单机文件系统仅用于单台设备本地存储，负责管理本地硬盘的空间分配、文件结构与读写逻辑，是 NAS 设备 “先格式化、再共享” 的基础（NAS 需先将本地硬盘格式化为单机文件系统，才能构建文件结构）。

  • Linux 系统专用：

    • XFS：支持超大容量（单文件系统最大 8EB）、高 IO 性能，适合存储高清视频、日志等大文件，中小型 NAS 常用；

    • Ext4：稳定性强、兼容性好，支持文件权限控制（如读 / 写 / 执行权限），是 Linux 及 NAS 系统（如群晖、威联通）的默认格式之一。

  • Windows 系统专用 / 兼容：

    • NTFS（注：原文 “nyfs” 为笔误，正确为 NTFS）：支持文件权限、压缩、加密，适配 Windows 环境，若 NAS 优先对接 Windows 客户端（如办公文档共享），可格式化为 NTFS；

    • FAT32：兼容性极强（支持 Windows、Linux、手机等多设备），但单文件最大仅 4GB、总容量最大 2TB，仅适合小文件存储（如 U 盘、移动硬盘）。

② 网络文件系统（跨设备共享专用，NAS 核心共享协议）

        网络文件系统是多设备通过网络共享文件的 “通信规则”，NAS 正是通过这类协议，将本地已格式化的存储空间开放给其他设备访问，实现 “文件级共享”。

  • NFS（Network File System，网络文件系统）：主要适配 Linux/Unix 系统，客户端（如 Linux 服务器）可通过 NFS 将 NAS 的共享目录 “挂载到本地路径”，访问时如同操作本地文件夹，适合 Linux 环境下的文件协同（如服务器日志共享）。

  • CIFS/SMB（Common Internet File System/Server Message Block，通用互联网文件系统）：主要适配 Windows 系统，客户端（如 Windows 电脑）可通过 “\NAS IP\ 共享名”（如 \\192.168.1.100\office-doc）直接访问共享目录，也兼容 Linux、macOS，是跨系统文件共享的常用协议（如办公场景多人共享文档）。

③ 集群文件系统（多存储节点协同，大规模场景专用）

        集群文件系统是多台存储设备（节点）组成 “存储集群” 后，共同管理数据的文件系统，核心是解决 “大规模存储下的容量扩展、性能叠加、数据冗余” 问题，常见于企业级大规模存储场景。

  • 特点：多存储节点统一对外提供存储空间，客户端访问时 “看不到单个节点”，仅感知到一个 “超大容量存储池”；支持动态扩展（新增节点即可扩容）、数据分布式存储（避免单点故障）；

  • 常见类型：GlusterFS（开源，适合中小规模集群）、CephFS（开源，兼容对象存储、块存储，企业级常用）、GPFS（IBM 商用，高性能集群场景）。

④ 其他常见文件系统

除上述三类外，还有适配特定需求的文件系统，部分场景下也可能与 NAS 或存储设备关联：

  • 日志型文件系统：如 Btrfs（可用于 NAS），支持 “快照备份”“数据校验”，能快速恢复误删文件、检测数据损坏，适合对数据安全性要求高的场景（如企业文档备份）；

  • 对象存储文件系统：如 S3FS（兼容 Amazon S3 协议），将对象存储（如阿里云 OSS、腾讯云 COS）模拟为本地文件系统，适合需要对接云存储的场景（如 NAS 与云存储协同备份）；

  • 移动设备文件系统：如 exFAT，解决 FAT32 单文件 4GB 限制（支持单文件最大 16EB），兼容 Windows、macOS、手机，适合移动硬盘、相机存储卡（NAS 若需读取外接移动设备，需支持该格式）。

补充：文件的存储结构

① 物理存储结构

        // 文件数据在存储设备（如硬盘的磁道）上的真实存储布局

  • 连续存储：文件的所有数据块，连续存放在存储设备的一块连续完整的物理空间，文件系统通过记录‘起始地址’和‘总长度’来定位整个文件

  • 离散存储：文件的数据拆成多个独立的数据块，分散存在存储设备的空闲区域。

    • 链接分配：文件数据块分散存储，每个数据块通过 “指针” 指向后续块（形成链式结构），文件系统只需记录 “第一个块的地址”。

    • 索引分配：文件数据块分散存储，但文件系统为每个文件创建 “索引块”，集中记录所有数据块的物理地址

② 逻辑存储结构

        // 文件数据在 “用户或应用程序眼中” 的组织形式。本质是数据的逻辑排列，和磁盘上的物理位置无关。

  • 流式结构：文件数据就是 “一长串字节”，没有固定格式。程序读写时，只能从开头到结尾按顺序处理；程序也可通过 “偏移量” 随机访问，只是没有天然数据单元。

  • 记录式结构：通过 “固定格式 + 元信息”，程序能通过计算偏移量或索引直接访问目标记录

    • 按偏移量计算：因记录格式固定（长度统一），可直接通过 “起始地址 +（N-1）× 单条记录长度” 定位第 N 条记录，无需顺序遍历；

    • 按关键字索引：若文件包含 “关键字段”（如数据库表的主键），可通过建立索引表（记录 “关键字 - 记录位置” 映射），快速找到目标记录（类似字典通过部首查字）。

（3）SAN 存储

        SAN 基于块级别的共享， “块” 是存储的最小数据单元。

        SAN 的核心逻辑是存储端只负责 “提供裸块空间”，不提前构建文件系统—— 所有与 “文件管理” 相关的操作（分区、格式化、创建文件系统）都交给客户端完成。

        工作流程：存储端共享裸块设备，客户端连接存储后会映射出 sdx 形式的虚拟硬盘，客户端对该虚拟硬盘进行分区、格式化后即可挂载使用。以最常见的 IP SAN（iSCSI 协议）为例：

（1）存储端：配置并共享 “裸块设备”

        ① 创建块存储资源。存储端先将本地物理硬盘划分为 “逻辑块设备”，这部分空间是 “未格式化、无文件系统” 的裸块；

        ② 配置共享规则。通过 SAN 管理工具（如 Openfiler WebUI），为裸块设备绑定唯一标识（IQN，如 iqn.2024-10.com.example:san-disk1），并指定访问协议（IP SAN 用 iSCSI、FC SAN 用 FC 协议）；

        ③ 开放网络访问。设置允许访问的客户端范围（如限定客户端 IP 为 192.168.1.0/24），并配置认证（如 CHAP 用户名密码），防止未授权设备接入。

（2）客户端：发现并映射 “虚拟硬盘”

        客户端需通过对应协议，将存储端的裸块设备 “映射为本地可见的虚拟硬盘”：

        ① 安装协议客户端工具。IP SAN 需安装 iSCSI 客户端（如 Linux 装 iscsi-initiator-utils、Windows 启用 “iSCSI 发起程序”）；

        ② 发现存储端共享块。客户端通过协议发送 “发现请求”（如 Linux 执行 iscsiadm -m discovery -t st -p 192.168.1.100:3260），找到存储端的 IQN 对应的裸块设备；

        ③ 建立连接并映射。客户端通过认证后（输入 CHAP 用户名密码），与存储端建立稳定连接，此时裸块设备会被映射为客户端的 “虚拟硬盘”（如 Linux 下的 /dev/sdb、Windows 磁盘管理中的 “未分配磁盘”）。

（3）客户端：分区、格式化并挂载使用

        映射后的虚拟硬盘与客户端本地硬盘完全等效，需按 “本地硬盘” 配置后才能存储数据：

        ① 分区。客户端对虚拟硬盘进行分区，划分出 “可使用的逻辑分区”（如 /dev/sdb1）；

        ② 格式化。为分区创建文件系统；

        ③ 挂载使用。将格式化后的分区挂载到客户端的目录，之后客户端即可在该目录 / 盘符下读写文件，所有数据实际存储在 SAN 存储端的裸块设备中。

        类型：IP SAN、FC SAN

        特点：

  • IP SAN 基于 TCP/IP 网络，使用 iSCSI 协议，成本低、部署灵活；
  • FC SAN 基于光纤通道网络，使用光纤通道协议（FC Protocol），需专用光纤交换机和 HBA 卡，速度快（通常 16Gbps 以上）、延迟低，适合高性能场景（如数据库、虚拟化）；
维度IP SAN（iSCSI）FC SAN（光纤通道）
底层网络通用以太网（复用现有）专用光纤通道网络（需新建）
核心硬件普通网卡、以太网交换机FC HBA 卡、FC 交换机、光纤线缆
成本低（复用现有设备，硬件便宜）高（专用硬件贵，部署成本高）
  • 块级共享意味着客户端可直接对存储进行分区、格式化，相当于本地硬盘的扩展。

SAN和NAS的区别：

  • SAN 的路径：客户端→ 协议（iSCSI/FC）→ SAN 存储的裸块设备 → 后端硬盘。客户端格式化虚拟硬盘后，读写数据时只需通过 iSCSI/FC 协议，直接向 SAN 存储发送 “块级指令”（如 “写数据到第 100-102 号块”），SAN 收到指令后直接操作硬盘块 ——没有任何 “文件系统解析” 的中间步骤，数据从客户端到硬盘的 “跳转次数最少”。

  • NAS 的路径：客户端 → 协议（NFS/CIFS）→ NAS 设备的文件系统 → NAS 后端硬盘。客户端发送的是 “文件级指令”（如 “创建 test.txt”），NAS 必须先通过自身的文件系统解析 “这个文件对应哪些块”，再操作硬盘 —— 多了 “NAS 文件系统解析” 这一步，会产生毫秒级的延迟（对高频读写场景影响显著）。

  • SAN 是 “客户端 - 存储端” 的块级直连 ，整个数据读写过程几乎没有 “多余环节”，而 NAS 因多了 “文件系统中间层”，会产生额外损耗。

维度

NAS

SAN

共享级别

文件级（基于文件系统）

块级（裸设备）

协议

NFS、CIFS/SMB

iSCSI（IP SAN）、FC（FC SAN）

网络依赖

以太网

以太网（IP SAN）/ 光纤通道（FC SAN）

适用场景

文件共享（文档、媒体）

高性能存储（数据库、虚拟化）

客户端访问方式

网络路径（如/mnt/nfs）

本地磁盘（如/dev/sdb）

二、linux系统配置nfs存储

1、环境描述

  • 192.168.140.10 业务服务器
  • 192.168.140.11 nfs存储

2、nfs存储端配置

（1）提供存储空间
[root@nas ~] df -hT
# Filesystem              Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
# /dev/sdb                xfs        20G   33M   20G   1% /data
（2）安装存储端软件
[root@nas ~] yum install -y nfs-utils rpcbind
（3）编辑exports文件，共享存储

配置文件语法：文件系统        客户端地址(权限)

  • 单个地址192.168.1.1
  • 网段  192.168.1.0/24
  • 所有地址 *

权限：

  • 只读 ro
  • 读写 rw
[root@nas ~] cat /etc/exports
/data		192.168.140.10(rw)
[root@nas ~] chmod o+w /data/

注意：

  • /etc/exports中的 rw 权限是NFS 服务层面的 “访问控制”允许客户端发起写请求；
  • 服务端共享目录的写权限（o+w，对映射用户开放）确保写请求能在服务端文件系统中执行。
（4）启动nfs服务
[root@nas ~] systemctl enable --now nfs-server
[root@nas ~] systemctl enable nfs-server

3、业务服务器挂载使用存储

（1）安装nfs-utils软件
# 下载，让系统识别nfs文件系统
[root@yewu ~] yum install -y nfs-utils
（2）编辑fstab，挂载存储
# 创建挂载点
[root@yewu ~] mkdir -p /db/log
# 挂载 
# nfs服务器地址:nfs共享文件系统   挂载点   nfs  defaults	0 0
[root@yewu ~]# tail -n 1 /etc/fstab 
192.168.140.11:/data	/db/log		nfs	defaults	0 0[root@yewu ~] mount -a

[root@yewu ~] df -hT | grep nfs
# 192.168.140.11:/data    nfs4       20G   33M   20G   1% /db/log
（3）测试数据读写
[root@yewu ~] touch /db/log/{1..10}
[root@yewu ~] ls /db/log/
# 1  10  2  3  4  5  6  7  8  9

三、配置 SAN 存储（基于 iSCSI）

1、前提：

① 创建 Openfiler 虚拟机并安装系统

  • 安装时需确保虚拟机网络配置正确（建议使用桥接或仅主机模式，保证与业务服务器互通）
  • 分配足够的磁盘空间用于创建 RAID 设备（如添加多块虚拟磁盘作为 RAID 成员）。

② 访问 openfiler webUI

  • 浏览器输入https://Openfiler_IP:446，用用户名openfiler、密码password登录

2、存储设备配置

（1）创建 RAID 设备
  1. 进入Block Devices，查看识别到的物理磁盘（如/dev/sdb、/dev/sdc）。
  2. 选择未分区的磁盘，点击磁盘名进入配置页。
  3. 在Partition Type中选择 RAID array member，点击Create。
  4. 进入Software RAID标签页：
    1. 创建新RAID
    2. 填写 RAID 名称（如md0），选择 RAID 级别（如 RAID1/5，根据磁盘数量选择）
    3. 勾选需要加入 RAID 的物理磁盘，点击Create
    4. 等待 RAID 同步完成（状态变为active）

（2）创建卷组（VG）
  1. 进入Volume Groups标签页。
  2. 创建卷组
    1. Volume Group Name：填写卷组名（如vg_iscsi）
    2. Physical Volumes：勾选已激活的物理磁盘或 RAID 设备（如/dev/md0或/dev/sdb1）
    3. 点击Add volume group，卷组创建完成（状态为active）

（3）创建逻辑卷（LV）
  1. 进入Logical Volumes标签页，选择刚创建的卷组（如vg_iscsi）。
  2. 创建逻辑卷：
    1. Logical Volume Name：填写逻辑卷名（如lv_iscsi01）
    2. Size：设置逻辑卷大小（如10G，不超过卷组总容量）
    3. Volume Type：选择block（块设备，用于 iSCSI）
    4. 点击Create，逻辑卷创建完成（会显示为/dev/vg_iscsi/lv_iscsi01）

3、iSCSI 服务与共享配置

（1）开启 iSCSI Target服务
  1. 进入Services标签页。
  2. 找到iSCSI Target和iSCSI Initiator服务，点击右侧Start启动服务，并勾选Enable设置开机自启（确保服务状态为Running）。

  • iSCSI Target：是 “存储端服务”，作用是将 Openfiler 的逻辑卷（块设备）共享出去，作为 “iSCSI 目标设备” 供客户端连接。没有它，客户端无法发现或访问共享的存储资源，是必须开启的核心服务。

  • iSCSI Initiator：是 “客户端服务”，作用是让本地设备（此处指 Openfiler 服务器本身）作为客户端去连接其他设备的 iSCSI Target（比如连接另一台存储服务器的共享）。

（2）配置 iSCSI Target服务
① 创建 iSCSI Target 

进入Volumes → Targets标签页，点击Add创建 Target

  • Target Name：按规范填写（如iqn.2024-10.com.openfiler:target01）
  • IQN 名称格式: iqn.yyyy-mm. 反域名：自定义名称，其他默认，点击Create。

        

② 绑定逻辑卷到 Target

  • 在刚创建的 Target 下，找到LUN Mapping标签，点击Add

  • 选择创建的逻辑卷（如/dev/vg_iscsi/lv_iscsi01）

  • 点击Map，完成 LUN（逻辑单元号）映射。

③ 配置客户端访问权限

  • 进入Network ACL标签

  • 填写客户端的 iSCSI initiator 名称（客户端需先安装iscsi-initiator-utils，通过cat /etc/iscsi/initiatorname.iscsi获取），或留空允许所有客户端（测试用）

  • 在 Target 对应的Access列选择Allow

  • 点击Update。

         ④ 设置CHAP认证

4、网络连通性配置

  • 存储端：通过systemd-networkd或网络配置工具，设置静态 IP（如 192.168.140.11），开放 iSCSI 端口（3260），确保与业务服务器网络互通；

        // 配置和管理 SAN 相关的网络环境，确保存储设备（如 iSCSI Target）与业务服务器（iSCSI Initiator）之间的网络连通性

  • 客户端：配置静态 IP（如 192.168.140.10），安装iscsi-initiator-utils，确保能 ping 通存储端 IP。

（1） 安装客户端软件

[root@master_haproxy ~] yum install -y iscsi-initiator-utils

（2）编辑 iscsid.conf 配置文件，指定认证的用户

[root@master_haproxy ~] vim /etc/iscsi/iscsid.confnode.session.auth.authmethod = CHAPnode.session.auth.username = martinnode.session.auth.password = redhat

（3）探索存储

​
[root@master_haproxy ~] iscsiadm -m discovery -t st -p 192.168.140.128:3260# iscsiadm: No portals found​

        首次探求存储时，存储端会生成拒绝所有客户端的文件，在存储端 /etc/initiators.deny 文件中删除拒绝所有条目，重新探索

​
[root@master_haproxy ~]# iscsiadm -m discovery -t st -p 192.168.140.128:3260# -p 存储的ip192.168.140.128:3260,1 iqn.2024-06.com.linux:jf3-jg7-hw-db​

（4）连接使用存储

​
[root@master_haproxy ~] iscsiadm -m node -T iqn.2024-06.com.linux:jf3-jg7-hw-db -p 192.168.140.128:3260 -l# Logging in to [iface: default, target: iqn.2024-06.com.linux:jf3-jg7-hw-db, portal: 192.168.140.128,3260] (multiple)# Login to [iface: default, target: iqn.2024-06.com.linux:jf3-jg7-hw-db, portal: 192.168.140.128,3260] successful.[root@master_haproxy ~] lsblk# NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT# sda 8:0 0 20G 0 disk# ├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot# └─sda2 8:2 0 19.5G 0 part# ├─centos-root 253:0 0 17.5G 0 lvm /# └─centos-swap 253:1 0 2G 0 lvm [SWAP]# sdb 8:16 0 9.5G 0 disk# sr0 11:0 1 9.5G 0 rommkfs -t xfs /dev/sdb
mkdir /test1[root@master_haproxy ~] blkid /dev/sdb# /dev/sdb: UUID="d0765ec9-e93f-4998-ac05-27377e491409" TYPE="xfs"[root@master_haproxy ~] vim /etc/fstabUUID="d0765ec9-e93f-4998-ac05-27377e491409" /test1 xfs defaults,_netdev 0 0[root@master_haproxy ~] mount -a[root@master_haproxy ~] df -hT# /dev/sdb xfs 9.5G 33M 9.5G 1% /test1[root@master_haproxy ~]# touch /test1/{1..10}[root@master_haproxy ~]# ls /test1/1 10 2 3 4 5 6 7 8 9​

补充 fstab 挂载参数说明：_netdev参数用于确保网络启动后再挂载存储，避免开机时因网络未就绪导致挂载失败，对网络存储（如 iSCSI、NFS）是必需参数。

windows连接的话

http://www.dtcms.com/a/507159.html

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