Наик Дайлип - Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

Устройства хранения данных оставались достаточно дорогими, а потребность в объемах хранимых данных постоянно возрастала. Возможность установки большего количества устройств ограничивалась количеством жестких дисков, подключаемых к одному серверу (обычно поддерживалось семь или восемь адресов, причем адаптеру шины также требовался один из адресов; развитие стандарта SCSI привело к отмене этого ограничения). В результате приходилось устанавливать множество однотипных серверов. Наконец, операции ввода-вывода были ограничены пропускной способностью шины ввода- вывода. Только установка большего количества серверов позволяло снизить нагрузку на шину каждого сервера.

Производители воспользовались сложившейся ситуацией и приступили к развитию концепции сетевых хранилищ данных. Как отмечает Том Кларк (Tom Clark) в книге Designing Storage Area Networks , NAS представляет собой скорее маркетинговый, чем технический термин. Устройства NAS разрабатывались как простые в использовании, управлении и развертывании. Кроме того, устройства NAS представлялись в качестве специализированных устройств хранения данных, обеспечивающих оптимальную пропускную способность операций ввода-вывода. Хотя в некоторых случаях это соответствовало истине, т.е. операционные системы NAS были максимально упрощены, чаще всего NAS оказывались обычными, минимально «замаскированными» серверами общего назначения. ДаЖсе термин устройство NAS Указывает на специализированное устройство, а не на обычный сервер, к которому подключено множество устройств хранения данных [5] Обратите внимание, что локальное хранилище данных, подключенное к устройству NAS, обычно представляет собой устройство типа DAS (см. главу 2). .

Устройство NAS включает в себя серверное программное обеспечение, которое работает под управлением определенной операционной системы. Более того, стек программного обеспечения NAS основан на стандартной серверной файловой системе с добавлением стека ввода-вывода, основанного на коде сетевого сервера, стеках сетевого протокола и сетевой файловой системы (рис. 3.1). Последняя предоставляет такие возможности распределенной файловой системы, как кэширование и синхронизация. Три дополнительных элемента на рис. 3.1 обозначены серым цветом.

В целом сетевые особенности устройства NAS показаны на рис. 3.1 слева, а стек локальной файловой системь! и подсистемы хранения – справа. Чтобы упростить изложение, рассмотрим только стек протоколов TCP/IP, хотя иногда применяются другие сетевые протоколы, такие, как UDP/IP или устаревший Netware IPX/SPX.

На рис. 3.1 программное обеспечение сервера NAS отправляет запрос ожидания TCP/IP и ожидает входящего запроса от клиента. После того как клиент отправит запрос, ожидание сервера завершается и начинается сеанс TCP/IP. Как только сеанс TCP/IP будет установлен, клиент может пройти аутентификацию и отправить запрос на открытие, чтение или запись файлов по протоколам CIFS/SMB или NES (эти протоколы рассматриваются далее в главе). Как только программное обеспечение NAS получает запрос на ввод- вывод данных файла, сервер NAS использует локальную файловую систему для выполнения операции ввода-вывода. Результат операции (считанные данные или статус после записи) отправляется клиенту с помощью сетевой файловой системы и стека протоколов сетевого устройства.

Рис.3.1. Стек ввода-вывода устройства NAS

Производители устройств NAS придерживаются разных стратегий при разработке операционных и файловых систем, применяемых в устройствах NAS:

использование стандартной операционной системы, например Windows NT или UNIX;

разработка собственных операционной и файловой систем, например Network Appliance;

приобретение операционной и файловой систем у другого производителя.

Разобраться в особенностях стека сетевого ввода-вывода Windows NT важно по нескольким причинам. Клиент Windows NT использует стек сетевого ввода-вывода для получения доступа к ресурсам, которые находятся под управлением сервера, а также для передачи данных. Кроме того, при использовании сетевого хранилища часто возникает ситуация, когда один сервер получает доступ к ресурсам, которыми управляет другой сервер. Хорошим примером будет Wob-сервер под управлением Windows NT, который для ответа на запрос клиента запрашивает базу данных, размещенную на отдельном сервере SQL под управлением Windows NT. Web-сервер получает доступ к серверу SQL средствами стека сетевого ввода-вывода Windows NT.

Рис. 3.2.Сетевой стек Windows NT

На рис. 3.2 показан стек сетевого ввода-вывода Windows NT. В разделах 3.2.1–3.2.6 рассматриваются различные компоненты, представленные на рис. 3.2 снизу вверх (а также стек ввода-вывода).

Сетевой платой обычно управляет драйвер, совместимый со спецификацией NDIS (Network Driver Interface Specification). Она представляет собой интерфейс, обеспечивающий взаимодействие драйверов сетевой платы со стеком сетевых протоколов более высокого уровня. Следующий уровень – это стек TCP/IP. Термин TCP/IP используется для описания всех компонентов, которые задействованы в передаче данных по сети, например IP, DHCP или TCP. К следующему уровню относится интерфейс транспортного драйвера.

Уровнем выше над стеком сетевых протоколов TCP/IP находится интерфейс транспортного драйвера (Transport Driver Interface – TDI). Этот высокопроизводительный интерфейс режима ядра предназначен для сетевых приложений, которым требуется запрос и получение услуг сетевых транспортных

протоколов. Интерфейс TDI реализован в виде библиотеки, к которой подключаются драйверы режима ядра; он позволяет осуществлять связь по сети и пытается сократить количество операций копирования данных, например между буфером приложения и буфером сетевого транспортного протокола.

В частности, TDI позволяет приложениям регистрировать функции обратного вызова. Когда приложение получает пакет с данными, вызывается указанная функция обратного вызова. Процедура обратного вызова может просто просматривать пакет с данными, особенно если он небольшой, и сообщать, что обработка пакета завершена (после чего он будет отмечен как успешно доставленный). Если необходимо, клиент может копировать пакет в буфер для последующей обработки.

На следующем уровне находится подсистема буферизации перенаправленных дисков (Redirected Drive Buffering Subsystem – RDBSS), которая отвечает за предоставление кода буферизации всем перенаправителям (redirectors). Подсистема обеспечивает полноценное взаимодействие с диспетчером кэша Windows NT для всех сетевых файловых систем. Подсистема RDBSS впервые появилась в Windows 2000; до этого момента всем сетевым файловым системам требовался полноценный драйвер, который обеспечивал взаимодействие с операционной системой.