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2024年3月20日发(作者：第三类压力容器)
高性能计算机中的并行存储技术研究
随着人工智能、云计算、大数据等领域的快速发展,对计算机性
能要求越来越高。而高性能计算机(英文缩写HPC)则是其中最为
重要的基础设施之一。它通常被用于各种科研领域，如物理学、
生物学、地球科学等，以及金融、天气等行业。HPC的性能主要
由处理器、存储系统和通信网络三部分构成，其中并行存储技术
在存储系统方面扮演着重要角色。
一、并行存储技术的概念
并行存储技术（Parallel Storage Systems）是指以多个存储器或
存储控制器为节点，通过高效的内部通信网络，协同工作实现高
效率的存储系统。它通常用于大规模数据存储和处理，可以支持
数PB级别的数据容量和高性能的读写速度。与传统的单存储器相
比，其最大特点在于其可扩展性。也就是说，随着数据量不断增
大，我们可以随时增加硬件节点，以满足不断增长的需求。
二、目前的并行存储技术
(一) SAN(Storage Area Network)
SAN是指一种使用专用存储网络连接主机和各种存储设备（如
磁盘阵列、磁带库等）的存储技术。它通过高速网络实现主机和
存储设备之间的通信，具有较高的数据传输速度和较低的延迟。
SAN技术的分布式存储架构，可以大幅提高传输和存储的效率，
从而广泛应用于数据中心的存储和备份方面。
(二) NAS(Network Attached Storage)
NAS是指一种通过网络连接的文件级别存储技术。它采用标准
网络协议（如TCP/IP）将存储设备与主机之间的通信转换为文件
级别的访问，这种存储方式可以在各种不同平台环境中轻松实现
共享，同时具有较好的数据可靠性和可用性，特别适用于大规模
文件和用户数据的存储。
(三) DAS(Direct Attached Storage)
DAS指的是外置式的直接连接式存储，就是我们常说的硬盘。
它通过硬盘接口（如SCSI、SAS、SATA等）直接连接到计算机
的主板上，从而实现高速传输和低延迟访问。DAS的主要优点是
成本较低、易于维护和管理，而且其存储介质不受网络负载等因
素的影响，性能较稳定。
(四) Lustre
Lustre是一种基于开源文件系统（Open Source File System，简
称OSFS）设计的并行文件系统，它具有高性能、可扩展性、高可
靠性等特点。Lustre文件系统的核心是以Lustre Object Storage
Server（OSS）和Lustre Metadata Server（MDS）为代表的众多组
成部分的集群，并且支持大规模数据、多节点并行I/O访问，具有
高效的数据访问和管理能力。
三、未来的并行存储技术
(一) NVMe-over-Fabric
NVMe-over-Fabric是一种新兴的存储技术，它通过网络（如
Ethernet、InfiniBand等）来共享远程的存储介质，从而将传统的
共享和独享存储划分为两个层次。因为NVMe-over-Fabric架构采
用较新的NVMe（Non-Volatile Memory Express）协议和Fibre
Channel协议，可以根据性能需求自由地分配资源，大幅度提高硬
件资源的利用效率，有望在未来成为主流。
(二) 大规模分布式存储
大规模分布式存储技术是以云计算和大数据为背景，将传统的
存储方式变为分布化、异构和灵活的方式，使得各种资源间以较
少的耦合度协同工作。该技术可以根据业务需求的差异和数据价
值的不同，针对性地分配存储资源，提供基于对象、属性、应用
的存储服务，同时将各个存储系统以不同的方式构建成为一个共
享存储池，在不同场景下实现数据的快速共享和访问。
总之，从单独存储到共享存储的发展趋势，将要求计算技术团
队在存储系统架构、总线通信、硬件设备和软件工具等方面大力
研发创新，提出适合具体应用场景的高可靠、高效率、高数据可
靠性以及可持续发展的存储体系结构。并行存储技术，正因为其
高扩展性和高性能等特点，将在未来高性能计算机系统的存储体
系中发挥越来越重要的作用。
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