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[導(dǎo)讀] 微控制器的存儲架構(gòu)可能很簡單(圖1)。但是,隨著應(yīng)用開始朝便攜化、虛擬化和個(gè)性化方向發(fā)展,它們現(xiàn)在變得相當(dāng)復(fù)雜。多核(multicore)、許多核(many core)和集群架構(gòu)

微控制器的存儲架構(gòu)可能很簡單(圖1)。但是,隨著應(yīng)用開始朝便攜化、虛擬化和個(gè)性化方向發(fā)展,它們現(xiàn)在變得相當(dāng)復(fù)雜。多核(multicore)、許多核(many core)和集群架構(gòu),它們同樣在一個(gè)設(shè)備中融合了各種存儲技術(shù)。高端微處理器將多個(gè)緩存級別與超多的互連和緩存一致方案整合在一起。

不久以前,高速緩存缺失還只能調(diào)用擴(kuò)展到附近硬盤驅(qū)動(dòng)器的事件鏈。而現(xiàn)在,這種效應(yīng)已經(jīng)擴(kuò)展到固態(tài)磁盤(SDD)驅(qū)動(dòng)器和硬盤驅(qū)動(dòng)器,或者可能通過iSCSI將頁面提供給虛擬存儲系統(tǒng)從而延伸到云或局域網(wǎng)(LAN)。并且,與應(yīng)用程序相關(guān)的所有操作都以透明方式處理。

盡管如此,設(shè)計(jì)人員、開發(fā)人員、管理人員和用戶還需要考慮系統(tǒng)要使用的存儲器類型和數(shù)量及其配置方式。由于選擇方案多種多樣,他們現(xiàn)在所面臨的挑戰(zhàn)比過去更大。

 

 

DRAM發(fā)展動(dòng)態(tài)

DRAM的容量越來越大,速度越來越高,價(jià)格也越來越便宜。DDR3雙列直插內(nèi)存模塊(DIMM)目前的最高容量已經(jīng)達(dá)到16GB,運(yùn)行速率為533至800MHz,支持1066至1600 Mtransfers/s.標(biāo)準(zhǔn)DDR3的工作電壓為1.5V,但是最新的低功耗DDR3L的工作電壓為1.35 V,可以顯著降低功耗和減少發(fā)熱。

DIMM和小外形DIMM(SODIMM)是臺式電腦、服務(wù)器和筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置,而嵌入式存儲要求同樣永無止境。BGA器件(比如Micron的DDR3芯片)因其外形尺寸而受到移動(dòng)、工業(yè)和耐用型應(yīng)用的青睞(圖2)。DDR3內(nèi)存與處理器的堆疊式封裝匹配,在蘋果iPad等高端移動(dòng)設(shè)備中非常普遍。

 

 

BGA封裝可以為耐用型應(yīng)用提供內(nèi)存,但是對耐用型存儲器的需求仍然沒有降溫。SFF-SIG的RS-DIMM平臺填補(bǔ)了這一空白(圖3)。該模塊的尺寸為67.5mm×38mm×7.36mm(長×寬×高),支持9芯片和18芯片設(shè)計(jì)。用于DDR3的Samtec連接器的引腳分布,類似于標(biāo)準(zhǔn)DIMM的引腳分布。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了可選的SATA接口。

 

 

除了臺式電腦、筆記本電腦和服務(wù)器領(lǐng)域的其他內(nèi)存替代市場外,DDR3已經(jīng)占領(lǐng)了幾乎所有市場。不過,它確實(shí)還沒能取代嵌入式設(shè)計(jì)中的DDR2,在嵌入式設(shè)計(jì)中,兼容性和低速率較為普遍。芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)是,DDR3的低功耗、高容量和成本優(yōu)勢非常明顯。此外,仍有大量的微控制器沒有DDR3的速度或存儲要求,而片上存儲器又不足以滿足要求。

GDDR5顯存基于DDR3.由于其設(shè)計(jì)規(guī)則與DDR3相似,因此有助于降低成本和簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與上一代相比,GDDR5的數(shù)據(jù)線路數(shù)有所增加。它現(xiàn)在主要用于高性能圖形和超級計(jì)算機(jī)環(huán)境。

到目前為止,各種DDR實(shí)現(xiàn)方案采用的都是單端信令技術(shù)。截至目前,設(shè)計(jì)必須遵從信令限制,但是隨著實(shí)現(xiàn)的速度越來越高,這種局面有可能發(fā)生變化。高速串行接口,比如PCI Express、USB 3.0、SATA和串行連接SCSI(SAS),采用的都是差分信令技術(shù)。DDR可能也會(huì)經(jīng)歷這個(gè)階段。

Rambus公司的太比特倡儀(Terabit Initiative)是該公司針對用于新一代內(nèi)存的差分信令系統(tǒng)所提出的倡儀。該公司正在展示為應(yīng)對這種轉(zhuǎn)變而推出的20Gbps串并轉(zhuǎn)換器(SERDES)。

FlexMode設(shè)計(jì)定義了可處理DDR3、GDDR5及其新差分支持的接口,采用同一組引腳,由于差分對需要兩倍的線路,因此引腳的用途并不相同。

這種技術(shù)用控制/尋址(C/A)引腳換來了額外的差分?jǐn)?shù)據(jù)引腳。C/A信號也是差分信號,這就進(jìn)一步減少了實(shí)際的C/A信號量。該設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的原因在于C/A線路數(shù)據(jù)速率的提高。

 

串行端口內(nèi)存技術(shù)(SPMT)聯(lián)盟正在采用另一種差分技術(shù)。其解決方案針對移動(dòng)設(shè)備,采用低壓差分信令(LVDS)系統(tǒng),這種系統(tǒng)像PCI Express一樣可以通過增加通道進(jìn)行擴(kuò)展。與PCI Express一樣,SPMT是一種自同步技術(shù)。20引腳的方案具有6GBps的帶寬。

非易失性存儲器

NAND和NOR閃存技術(shù)仍是非易失性存儲器的核心,但磁阻(MRAM)、鐵電RAM(FRAM)和相變存儲器(PCM)等其他技術(shù)正在逐步普及。單個(gè)系統(tǒng)一般都融合了多種技術(shù)?;谖⒖刂破鞯莫?dú)立冗余磁盤陣列(RAID)系統(tǒng)可能將NAND或NOR閃存用于程序存儲器,而將MRAM、FRAM或PCM用于RAID數(shù)據(jù)表,來替代帶蓄電池后備電源的動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)。

所有這些技術(shù)的存儲容量都在日益增長,其中以NAND的容量最大,這是因?yàn)镹AND更多地使用了多級單元(MLC),盡管單級單元(SLC)NAND閃存仍可提供比較理想的成本、吞吐能力、使用壽命和可靠性。MLC也可與NOR技術(shù)配合使用。

大多數(shù)USB閃存驅(qū)動(dòng)器和其他移動(dòng)存儲卡都將采用MLC NAND閃存。與高級閃存控制器配合使用時(shí),它甚至還可以用于高容量企業(yè)驅(qū)動(dòng)器中。企業(yè)級產(chǎn)品的最佳使用壽命是五年,因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員一般都要求閃存驅(qū)動(dòng)器的“保質(zhì)期”至少有五年。

盡管閃存的速度很快,但是6Gbps SATA和多通道PCI Express等接口正在推動(dòng)著SSD控制器技術(shù)的發(fā)展。除了性能和可靠性之外,MLC閃存控制器還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

區(qū)塊循環(huán)和負(fù)載均衡是驅(qū)動(dòng)器具有長使用壽命的關(guān)鍵。甚至溫度管理對使用壽命也有影響。SandForce是一家閃存控制器供應(yīng)商。該公司的DuraClass RAISE(獨(dú)立硅元素冗余陣列)技術(shù)采用了RAID架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)閃存區(qū)塊故障的恢復(fù)。

NOR閃存的應(yīng)用范圍已經(jīng)覆蓋到更嚴(yán)苛的環(huán)境中。Spansion公司的65nm MirrorBit GL-s 2Gb技術(shù),可用于溫度范圍為–40°C至105°C的汽車車內(nèi)應(yīng)用。它現(xiàn)在采用9mm×9mm BGA封裝。

此外,NOR閃存還擁有支持直接從閃存執(zhí)行代碼的優(yōu)勢。三星等公司正在結(jié)合使用SRAM和NAND閃存,從而向NOR閃存提出挑戰(zhàn)。三星的OneNAND在其NAND控制器中集成了3KB SRAM緩沖器。必要時(shí),開發(fā)人員可以通過此控制器的接口連接外部NOR閃存。

兩線和四線串行外設(shè)接口(SPI)也會(huì)影響非易失性存儲器的應(yīng)用領(lǐng)域,非易失性存儲器一般用來替代并行存儲器芯片。大多數(shù)非易失性存儲器都附帶這類接口。

NXP公司基于Cortex-M3的LPC1800微處理器甚至可以從四線SPI存儲器運(yùn)行,而不僅僅是引導(dǎo)。最近,LPC1800還強(qiáng)調(diào)在微控制器中混合使用存儲器。此器件具有片上ROM、一次性可編程(OTP)存儲器、閃存和SRAM.

OTP存儲器是另一種往往被人們所忽略的非易失性存儲器技術(shù)。Kilopass和Sidense等公司可以為各種應(yīng)用提供反熔絲OTP技術(shù)。OTP可以實(shí)現(xiàn)安全和低功耗的運(yùn)行,還能夠方便地整合到大多數(shù)廠商支持的現(xiàn)有CMOS制造流程中。該技術(shù)通常用于密鑰或配置存儲器,還可以用來替代ROM.

 

 

圖4: Rambus FlexMode架構(gòu)將采用同樣的內(nèi)存外形尺寸和連接,但是會(huì)用差分信號替代單端通信。這需要增加一倍的線纜。實(shí)現(xiàn)該目的的具體做法是:減小控制/尋址(C/A)信號的寬度,同時(shí)提高其吞吐能力。

磁盤驅(qū)動(dòng)器容量節(jié)節(jié)攀升

Seagate公司的6Gbps、3TB Barracuda XT硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)在容量上突破了Windows XP的2.1TB極限。值得慶幸的是,像Windows 7和Linux等大多數(shù)64bit操作系統(tǒng)都不存在大容量3TB分區(qū)的問題。

不過3TB驅(qū)動(dòng)器帶來了統(tǒng)一可擴(kuò)展固件接口(UEFI)BIOS.設(shè)計(jì)UEFI旨在解決PC BIOS的局限性。它可以處理GUID分區(qū)表(GPT),并且可以提供更快的引導(dǎo)時(shí)間,同時(shí)支持獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器。[!--empirenews.page--]

這些大硬盤在舊操作系統(tǒng)中的應(yīng)用有可能實(shí)現(xiàn)。硬盤附帶的Seagate DiscWizard軟件通過分區(qū)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序軟件來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這種轉(zhuǎn)變很有可能推動(dòng)眾多設(shè)計(jì)人員使用更新的平臺。

Seagate發(fā)布的大硬盤產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的另一個(gè)問題,是從傳統(tǒng)的512B扇區(qū)轉(zhuǎn)向4kB扇區(qū)。除了提供更高的吞吐能力之外,4Kb扇區(qū)還能夠更好地滿足操作系統(tǒng)要求。

大多數(shù)母板都已經(jīng)支持4KB扇區(qū),甚至Windows XP也支持。所有目前的臺式電腦和服務(wù)器操作系統(tǒng)亦然。操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存支持一般采用4kB頁面大小或者該大小的倍數(shù)進(jìn)行配置。

有些驅(qū)動(dòng)器同時(shí)支持兩種扇區(qū)大小。這些驅(qū)動(dòng)器一般實(shí)現(xiàn)4kB扇區(qū),需要時(shí)可以將較小的扇區(qū)大小映射到這些驅(qū)動(dòng)器上。驅(qū)動(dòng)器將采用一種模式或另外一種模式工作。

由于成本的原因,很少有閃存驅(qū)動(dòng)器的容量達(dá)到3TB,但是從總體來看,閃存驅(qū)動(dòng)器的采用量在上升。芯片價(jià)格低是一大因素,但是SSD控制器芯片性能獲得提升也是一個(gè)因素。推動(dòng)存儲器發(fā)展到新領(lǐng)域的另一個(gè)方面是閃存能力適合新的應(yīng)用領(lǐng)域。

Viking Module Solutions公司的SATADIMM和SATACube3,可以實(shí)現(xiàn)更加緊湊的嵌入式解決方案(圖5)。SATADIMM插入DDR3插座獲取電源。它包含SATA線纜連接。設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)可以在未使用的DIMM插座引腳上運(yùn)行SATA接口。SATACube3為定制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供耐用型存儲器。

 

 

圖5:Viking Module Solutions SATADIMM(a)和SATACube(b)將SATA閃存驅(qū)動(dòng)器放至相關(guān)位置。SATADIMM插入DDR3插座。

像Seagate公司的Momentus XT等混合驅(qū)動(dòng)器,在單個(gè)封裝中整合了閃存和硬盤,但這種技術(shù)不是實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的唯一方法。Marvell公司的SATA控制器HyperDuo技術(shù)就是另外一種途徑。HyperDuo可以應(yīng)用在新型母板和HighPoint的RocketHybrid這樣的PCI Express適配器上(圖6)。

Marvell的雙端口SATA控制器可以像傳統(tǒng)控制器一樣處理任何類型的SATA驅(qū)動(dòng)器。其HyperDuo模式與一個(gè)閃存驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器配合使用。操作系統(tǒng)是微軟最新支持NTFS的操作系統(tǒng)中的一種。

HyperDuo可以在“安全”或“容量”模式下工作。安全模式的工作方式類似于緩存,在此模式下,常用文件同時(shí)存儲在硬盤驅(qū)動(dòng)器和閃存驅(qū)動(dòng)器上。其優(yōu)勢在于,硬盤驅(qū)動(dòng)器始終包含有效的文件系統(tǒng)。容量模式類似于RAID 0,在此模式下,數(shù)據(jù)被分割到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器中。系統(tǒng)需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器都工作。

HyperDuo與大多數(shù)其他混合解決方案之間最大的不同在于,HyperDuo在文件級別運(yùn)行,而不是在扇區(qū)級別運(yùn)行。另一個(gè)不同之處是,到閃存的所有數(shù)據(jù)傳輸都發(fā)生在訪問文件之后,而不在訪問過程中傳輸。

此過程可以透明方式進(jìn)行,高級用戶可以明確地對閃存中的文件進(jìn)行pin操作。這種技術(shù)比SAS控制器(一般提供基于閃存的緩存)的成本低,因?yàn)镠yperDuo可以充分利用SATA控制器上的ARM處理器,并且不需要片外存儲器或者帶蓄電池后備電源的緩存。

像LSI公司的MegaRAID控制器等SAS控制器,一般采用更加傳統(tǒng)的緩存技術(shù)。具體來講,LSI CacheCade采用閃存驅(qū)動(dòng)器作為一組硬盤驅(qū)動(dòng)器的二級緩存層。它可以處理容量高達(dá)512GB的陣列。Adaptec公司的maxCache包含硬件和軟件。

CacheCade的工作方式類似于典型的緩存控制器,它將常用扇區(qū)的數(shù)據(jù)加載到閃存中。性能往往高出混合驅(qū)動(dòng)器很多,閃存的數(shù)量由所有者控制。系統(tǒng)可以處理多達(dá)32個(gè)SSD.

其他差別,也就是大多數(shù)SAS控制器支持的能力在于,可以將存儲器作為虛擬驅(qū)動(dòng)器。同樣,存儲器可以基于RAID配置。比如,單個(gè)控制器可以處理像RAID 5、RAID 0和RAID 60陣列的組合,其中每個(gè)陣列都包含多個(gè)虛擬驅(qū)動(dòng)器。反過來,這些配置中的任意一種配置都可以與閃存匹配。這些控制器一般用于企業(yè)服務(wù)器,配置往往更加簡單,只有單個(gè)RAID陣列。互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)和企業(yè)環(huán)境可以充分發(fā)揮虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢,但是可能需要具有不同特性的多種虛擬驅(qū)動(dòng)器。此外,這些比較昂貴的SAS控制器還可以處理這些常規(guī)操作。

 

 

圖6:HighPoint公司的RocketHybrid采用Marvell公司的HyperDuo SATA控制器技術(shù)在單個(gè)Windows混合存儲設(shè)備中整合了硬盤驅(qū)動(dòng)器和固態(tài)磁盤驅(qū)動(dòng)器。

 

盡管SATA和SAS閃存驅(qū)動(dòng)器有許多優(yōu)勢,但是接口卻有帶寬限制。閃存的運(yùn)行速度可能比硬盤驅(qū)動(dòng)器快,供應(yīng)商將提供使用PCI Express連接至主機(jī)的解決方案。PCI Express可以通過增加通道數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。

Fusion-io公司的ioDrive Octal板通過x16 PCI Express連接提供閃存(圖7)。它支持6Gbps帶寬,可提供高達(dá)每秒1百萬次I/O操作的速度。此板以模塊化形式構(gòu)建,可處理容量高達(dá)5.12 TB的閃存。ioDrive Octal的外觀與傳統(tǒng)的模塊設(shè)備相似。

 

 

圖7: Fusion-io公司的ioDrive Octal板通過PCI Express提供閃存,可提供6GBps的帶寬和高達(dá)5.12 TB的存儲容量。

基于PCI Express的閃存解決方案現(xiàn)在可謂遍地開花。耐用型應(yīng)用可以采用Extreme Engineering Solutions XPort6103 XMC模塊這樣的產(chǎn)品(圖8)。

XPort6103可以提供容量高達(dá)0.5TB的閃存。它采用PCI Express x1接口,提供可選的3Gbps SATA和加密支持配置。此外,由于在嵌入式應(yīng)用中很有可能會(huì)興起長使用壽命優(yōu)于高容量這樣一種趨勢,因此XPort6103采用SLC NAND閃存。其讀性能和寫性能分別為200MBps 和120MBps.[!--empirenews.page--]

 

 

圖8: Extreme Engineering Solutions XPort6103模塊插入XMC插槽,具有高達(dá)0.5TB的閃存容量。

非易失性存儲器主機(jī)控制器接口(NVMHCI)工作組的NVM Express規(guī)范,是一個(gè)針對基于PCI Express存儲器設(shè)計(jì)的新標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)受到包括英特爾在內(nèi)的眾多供應(yīng)商支持。

網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)

這些存儲技術(shù)可滿足嵌入式應(yīng)用、PC和服務(wù)器環(huán)境的需求,但還有另一個(gè)持續(xù)增長的主要領(lǐng)域,即網(wǎng)絡(luò)存儲。“云”和“云存儲”一直都是最為熱門的話題,其背后毫無疑問需要技術(shù)支撐。

現(xiàn)在,文件服務(wù)器更有可能是帶一個(gè)或多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器的網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NAS)設(shè)備。許多專用片上系統(tǒng)(SoC)都針對這一領(lǐng)域,比如Applied Micro公司的多核Mamba以及PLX公司的NAS7825.

這些芯片一般包含RAID加速芯片和多個(gè)吉比特以太網(wǎng)端口。對RAID 1和RAID 5的支持比較普遍,而RAID 6以及RAID 50(RAID 5+0)與RAID 60的組合也很常見。加密支持也是這種混合配置的公共部分,它甚至可以在不使用硬件加密驅(qū)動(dòng)器的情況下實(shí)現(xiàn)安全存儲。此類芯片可以實(shí)現(xiàn)低成本有線和無線NAS服務(wù)器。

Marvell公司的Armada芯片是NAS設(shè)備的一種變體,此芯片一般用于被稱為“插座式計(jì)算機(jī)”的設(shè)備,PogoPlug公司的產(chǎn)品系列就是這種設(shè)備的一個(gè)例子。PogoPlug Pro支持多達(dá)四個(gè)USB外部驅(qū)動(dòng)器,這些驅(qū)動(dòng)器一般都是硬盤驅(qū)動(dòng)器(圖9)。此外,前面板USB連接也是專為USB閃存驅(qū)動(dòng)器而設(shè)計(jì)的。

 

 

圖9:PogoPlug是一個(gè)帶四個(gè)USB端口的NAS設(shè)備,僅支持外部存儲。其互聯(lián)網(wǎng)支持是PogoPlug區(qū)別于大多數(shù)NAS的差異化功能。

插頭技術(shù)非常靈活,但是這種技術(shù)只是這些NAS設(shè)備的起點(diǎn)。其互聯(lián)網(wǎng)連接能力和相關(guān)應(yīng)用使這些設(shè)備脫穎而出。PogoPlug Web站點(diǎn)充當(dāng)連接到互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)關(guān),支持臺式電腦或智能手機(jī)等其他設(shè)備訪問NAS設(shè)備上的數(shù)據(jù)。

這里的主要技巧是克服LAN上的NAS設(shè)備與連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備(比如臺式電腦或智能手機(jī))之間的防火墻和網(wǎng)關(guān)問題。由于允許通過LAN防火墻/網(wǎng)關(guān)通信,因此PogoPlug的免費(fèi)服務(wù)通過其互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器執(zhí)行與連接到該服務(wù)器的NAS設(shè)備的通信,從而解決了上述防火墻和網(wǎng)關(guān)問題。

最初的服務(wù)只包含基本文件共享。不過現(xiàn)在這些服務(wù)已經(jīng)得到了擴(kuò)充,包含對多媒體流、打印機(jī)熱點(diǎn)和電子郵件打印等功能的支持?,F(xiàn)在設(shè)備之間甚至出現(xiàn)了Dropbox形式的共享。PogoPlug商業(yè)版增加了多個(gè)用戶支持以及使用和審計(jì)功能。

與Dropbox不同的是,PogoPlug的存儲容量僅受連接到NAS設(shè)備的限制。其缺點(diǎn)一般是上傳端的連接帶寬,因?yàn)榇蠖鄶?shù)用戶連接都是非對稱連接。使用更快的線纜和光纖到家連接時(shí)一般都不存在這個(gè)問題。

技術(shù)性更強(qiáng)的“云存儲”平臺往往基于存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。SAN已經(jīng)成為存儲容量達(dá)到千兆兆字節(jié)(petabyte)甚至艾字節(jié)(exabyte)的企業(yè)服務(wù)器農(nóng)場的存儲骨干。光纖通道正是用在這種應(yīng)用中,盡管iSCSI是目前首屈一指的存儲技術(shù)

光纖通道可以滿足運(yùn)行速率高達(dá)10Gbps的硬件接口和存儲通信協(xié)議的要求。它專門針對大型、高性能、高可靠性存儲集群而設(shè)計(jì)。以太網(wǎng)光纖通道(FCoE)標(biāo)準(zhǔn)已將協(xié)議轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)上,隨著集群計(jì)算轉(zhuǎn)移到最前端,這種標(biāo)準(zhǔn)的重要性與日俱增。

早在新一代的SCSI技術(shù)SAS驅(qū)動(dòng)器推出之前,iSCSI標(biāo)準(zhǔn)就已經(jīng)啟動(dòng)了,但是iSCSI標(biāo)準(zhǔn)與底層硬件無關(guān)。其命令集影像了那些被SCSI及后來的SAS驅(qū)動(dòng)器所使用的命令,不過iSCSI是針對SAN設(shè)計(jì)的基于網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊存儲協(xié)議。NAS設(shè)備往往支持iSCSI協(xié)議?;贐SD(伯克利軟件分發(fā))的FreeNAS等開源平臺具有iSCSI支持。同樣,許多母板和以太網(wǎng)適配器通過iSCSI提供網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)能力,但是大容量驅(qū)動(dòng)器則來自虛擬化服務(wù)器。

Amazon和Google等提供的云計(jì)算服務(wù)一般以虛擬化服務(wù)器為中心進(jìn)行構(gòu)建,這些服務(wù)器通過iSCSI連接運(yùn)行SAN存儲器鏈接。這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)將存儲和計(jì)算組件分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。此外還允許服務(wù)提供商處理配置,同時(shí)提供對可以直接訪問虛擬環(huán)境的服務(wù)用戶的免費(fèi)管理。

到這里為止所闡述的問題是,術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”涵蓋了諸多領(lǐng)域。在這種情況下,用于云計(jì)算的SAN往往是一個(gè)隔離網(wǎng)絡(luò),可能在一個(gè)虛擬化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。事實(shí)上,一個(gè)服務(wù)提供商的環(huán)境中一般存在多個(gè)虛擬SAN,用于隔離客戶存儲和計(jì)算環(huán)境。用于計(jì)算環(huán)境的虛擬機(jī)具有與客戶連接的網(wǎng)絡(luò)接口,用于存儲環(huán)境的虛擬機(jī)則具有與iSCSI SAN連接的網(wǎng)絡(luò)接口。

來自虛擬機(jī)的iSCSI連接數(shù)一般不受其操作系統(tǒng)的限制,因此虛擬機(jī)可能是由不同SAN服務(wù)器托管的訪問邏輯iSCSI驅(qū)動(dòng)器。同樣,虛擬機(jī)不受iSCSI連接的限制。它還可以連接到文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之類的其他存儲解決方案。

靈活性是iSCSI的主要優(yōu)勢,而安全性是另一個(gè)優(yōu)勢。我們已經(jīng)討論了網(wǎng)絡(luò)隔離,但是另一方面是iSCSI和SAS支持的端到端加密。這種優(yōu)勢也將在企業(yè)硬盤驅(qū)動(dòng)器和SSD中越來越容易獲得。

安全存儲

SSD和HDD往往支持同一種安全措施。全盤加密是其中一項(xiàng)功能。首次使用自加密驅(qū)動(dòng)器時(shí),訪問該驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)需要正確的密鑰。

然而,由于密鑰用來加密和解碼驅(qū)動(dòng)器上的信息,因此這不僅僅是門控機(jī)制的問題。由于加密的原因,直接繞過安全控制無法實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的訪問??尚牌脚_模塊(TPM)一般是混合方案的一個(gè)組件,它可以提供安全引導(dǎo)支持。

訪問密鑰一般可提供對用于加密過程的另一個(gè)密鑰的訪問。這就允許使用多個(gè)訪問密鑰,因此企業(yè)密鑰具有對多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的訪問,個(gè)人密鑰則具有對與其密鑰匹配的驅(qū)動(dòng)器的訪問。這種技術(shù)的一個(gè)相關(guān)功能是驅(qū)動(dòng)器基本上都可以通過破壞加密密鑰來擦除。這種擦除可以通過一個(gè)命令來實(shí)現(xiàn),而無加密驅(qū)動(dòng)器則通常采用覆蓋方法進(jìn)行擦除?;谟布娜P加密的優(yōu)勢,是控制器可以處理詳細(xì)信息。它們一般與硬件匹配,因此加密過程不會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸速率。[!--empirenews.page--]

新型SAS控制器旨在利用基于硬件的加密。有些SAS控制器不需要硬件加密設(shè)備即可提供加密支持。SAS控制器一般支持一個(gè)或多個(gè)磁盤陣列,一般使用熱插拔更換壞驅(qū)動(dòng)器。由于驅(qū)動(dòng)器被更換或轉(zhuǎn)移到新的位置,密鑰管理現(xiàn)已成為控制器的一個(gè)問題。

遺憾的是,與基于軟件的加密策略相比,全盤加密可能無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)地使用存儲器。安全USB閃存驅(qū)動(dòng)器等一些系統(tǒng)可以將驅(qū)動(dòng)器分成兩個(gè)邏輯部分,一個(gè)加密部分,一個(gè)非加密部分。這兩個(gè)部分以兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn),因此無需更改操作系統(tǒng)。

一種新的驅(qū)動(dòng)器支持T10保護(hù)信息(PI)端到端加密,包括Seagate公司的Constellation 2.這種技術(shù)還需要操作系統(tǒng)和應(yīng)用支持,因?yàn)轵?qū)動(dòng)器的扇區(qū)實(shí)際上更大。

在這種情況下,應(yīng)用程序處理加密和解密過程。這意味著,數(shù)據(jù)在離開應(yīng)用程序之前是安全的,因此研究iSCSI鏈路的通信沒什么作用。

T10 PI還需要匹配的控制器支持,最新的SAS控制器可以提供這種支持。另外,由于復(fù)制數(shù)據(jù)可以提供對非加密內(nèi)容的訪問,因此它還可以對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行備份。

 

現(xiàn)在,存儲問題涵蓋的技術(shù)五花八門,嵌入式設(shè)計(jì)人員甚至也需要對這些技術(shù)進(jìn)行考慮。當(dāng)涉及到網(wǎng)絡(luò)時(shí),存儲也不再局限于手頭的設(shè)備。

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