存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)在海關(guān)的應(yīng)用與實(shí)施

王宇杰

隨著海關(guān)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，海關(guān)科技基礎(chǔ)架構(gòu)也隨之發(fā)生日新月異的變化。以前的KB、MB級(jí)別的存儲(chǔ)需求已經(jīng)飛增至動(dòng)輒以GB、TB計(jì)算的層次。海關(guān)依法把關(guān)與服務(wù)經(jīng)濟(jì)的能力建設(shè)日益加強(qiáng)，對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性、完整性、可用性的要求也越來越高，存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為影響IT系統(tǒng)，乃至整個(gè)海關(guān)業(yè)務(wù)運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。作為海關(guān)信息系統(tǒng)的核心部分，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)正受到前所未有的重視，但隨著存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜，對(duì)存儲(chǔ)的有效管理也正逐漸成為海關(guān)科技管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

一、海關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)面臨的挑戰(zhàn)

在早期海關(guān)信息系統(tǒng)的建設(shè)過程中，受設(shè)備跟著項(xiàng)目走的條件限制，在每一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目上馬時(shí)都會(huì)搭建一套獨(dú)立的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備環(huán)境，導(dǎo)致信息資源局限于單個(gè)的存儲(chǔ)設(shè)備中，各應(yīng)用項(xiàng)目之間無(wú)法進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)整合和共享。針對(duì)這一問題，部分海關(guān)未雨綢繆，積極引進(jìn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，在項(xiàng)目部署時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)施了與應(yīng)用項(xiàng)目低耦合的存儲(chǔ)系統(tǒng)。以黃埔海關(guān)為例，隨著存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò) （SAN）技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ) （NAS）技術(shù)的發(fā)展，近年來黃埔海關(guān)存儲(chǔ)設(shè)備的投入已逐步轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)。整體趨勢(shì)是從獨(dú)占到共享，從孤立到互聯(lián)，目前黃埔海關(guān)已經(jīng)初步形成了一個(gè)匯集多廠商設(shè)備的異構(gòu)平臺(tái)基礎(chǔ)環(huán)境，廣泛涵蓋了海關(guān)重要業(yè)務(wù)平臺(tái)，包括H2000系統(tǒng)、Quick Pass系統(tǒng)和風(fēng)險(xiǎn)管理等系統(tǒng)，主要設(shè)備有Brocade的光纖通道交換機(jī)SW3000系列、DELL｜EMC存儲(chǔ)CX300、CX500、CX700、CX3-20、CX3-40，IBM 存儲(chǔ)Fast T900等。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)從一定程度上解決了數(shù)據(jù)共享和整合的難題，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在很多問題。

首先，由于歷史的原因，在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，每種存儲(chǔ)系統(tǒng)都自成一體，原有的存儲(chǔ)設(shè)備無(wú)法整合到新的體系中，形成巨大的資源浪費(fèi)。而且復(fù)雜的存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)，眾多不同品牌的存儲(chǔ)產(chǎn)品，不僅對(duì)日常存儲(chǔ)管理帶來很多不利，更難做到在不影響應(yīng)用的前提下，遷移數(shù)據(jù)、改變或升級(jí)存儲(chǔ)。

其次，通過存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，雖然實(shí)現(xiàn)了多個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目共享數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，但是異構(gòu)平臺(tái)之間仍無(wú)法有效進(jìn)行相互連接和集中管理，而彼此相對(duì)分散和孤立的那些網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)一般由單個(gè)磁盤陣列和磁帶庫(kù)組成，磁盤陣列承擔(dān)著其上若干個(gè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的重任，一旦出現(xiàn)故障將引起數(shù)據(jù)的全部丟失和長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng)停頓，因而面臨著數(shù)據(jù)集中的極大風(fēng)險(xiǎn)。

再次，若干項(xiàng)目依賴于某一套存儲(chǔ)陣列的架構(gòu)，容易受到單一設(shè)備供應(yīng)商的限制，未來新增設(shè)備或升級(jí)、擴(kuò)容的選擇范圍有限，導(dǎo)致采購(gòu)成本居高不下，難以及時(shí)利用新技術(shù)，并帶來售后服務(wù)等其他方面的問題。

此外，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)本身仍受限于局域網(wǎng)內(nèi)，無(wú)法滿足多級(jí)信息系統(tǒng)基于廣域的數(shù)據(jù)資源共享和整合的要求。同時(shí)，隨著海關(guān)系統(tǒng)信息化的深入，建立有效的風(fēng)險(xiǎn)防范和安全保障體系，包括異地?cái)?shù)據(jù)備份、遠(yuǎn)程容災(zāi)系統(tǒng)等需求，也對(duì)安全可靠的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸提出了嚴(yán)格的要求，目前的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)本身難以滿足。

二、存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的選擇

針對(duì)海關(guān)信息系統(tǒng)面臨的諸多挑戰(zhàn)，通過利用目前先進(jìn)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，建立整合、統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、共享的數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)平臺(tái)，有效管理龐大、繁多、復(fù)雜的數(shù)據(jù)及相關(guān)的設(shè)備，提高資源利用率，并建立起全面的數(shù)據(jù)安全保障體系，已經(jīng)成為了海關(guān)信息系統(tǒng)建設(shè)下一步持續(xù)健康發(fā)展的不可或缺的重要手段。

存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會(huì) （Storage Networking Industry Association，縮寫SNIA）對(duì)存儲(chǔ)虛擬化的定義是：將存儲(chǔ) （子）系統(tǒng)內(nèi)部功能或服務(wù)與具體應(yīng)用、主機(jī)及通用網(wǎng)絡(luò)資源抽象、隱藏及分離的行為。以期達(dá)到存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)性；對(duì)于存儲(chǔ)服務(wù)及設(shè)備的虛擬化應(yīng)用，以期達(dá)到整合設(shè)備功能、隱藏復(fù)雜細(xì)節(jié)以及向已經(jīng)存在的底層存儲(chǔ)資源添加新的功能。

存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)通過將底層存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行抽象化統(tǒng)一管理，向服務(wù)器層屏蔽存儲(chǔ)設(shè)備硬件的特殊性，而只保留其統(tǒng)一的邏輯特性，從而實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)集中、統(tǒng)一而又方便的管理。對(duì)比一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的虛擬存儲(chǔ)部分就像計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)，對(duì)下層管理著各種特殊而具體的設(shè)備，而對(duì)上層則提供相對(duì)統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境和資源使用方式。

存儲(chǔ)的虛擬化可以在三個(gè)不同的層面上實(shí)現(xiàn)，包括了基于專用卷管理軟件在主機(jī)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，或者利用陣列控制器的固件 （Firmware）在磁盤陣列上實(shí)現(xiàn)，再或者是利用專用的虛擬化引擎在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)。

（一）基于主機(jī)的存儲(chǔ)虛擬化

基于主機(jī)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)由主機(jī)操作系統(tǒng)下的邏輯卷管理軟件在服務(wù)器上完成 （安裝客戶端軟件Agent），經(jīng)過虛擬化的存儲(chǔ)空間可以跨越多個(gè)異構(gòu)的磁盤陣列。

這種類型的虛擬化通常由主機(jī)操作系統(tǒng)下的邏輯卷管理軟件 （logical volume manager）來實(shí)現(xiàn)。它們?cè)谥鳈C(jī)系統(tǒng)和Unix服務(wù)器上已經(jīng)有多年的廣泛應(yīng)用，目前在Windows操作系統(tǒng)上也提供類似的卷管理器。

海關(guān)信息系統(tǒng)規(guī)模較大，所使用的主機(jī)類型和應(yīng)用軟件種類較多，而且對(duì)系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性要求比較高，因而不適合使用基于主機(jī)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)。

（二）基于存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)虛擬化

當(dāng)有多個(gè)主機(jī)服務(wù)器需要訪問同一個(gè)磁盤陣列的時(shí)候，可以采用基于存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)。此時(shí)虛擬化的工作是在存儲(chǔ)設(shè)備的控制器上完成，通過在存儲(chǔ)設(shè)備控制器中添加虛擬化功能，將一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備 （如磁盤陣列）上的存儲(chǔ)容量劃分為多個(gè)存儲(chǔ)空間 （LUN），供不同的主機(jī)系統(tǒng)訪問。智能的存儲(chǔ)設(shè)備控制器提供數(shù)據(jù)塊級(jí)別的整合，同時(shí)還提供一些附加的功能，例如LUN Masking、緩存、即時(shí)快照、數(shù)據(jù)復(fù)制等。

海關(guān)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，存儲(chǔ)設(shè)備種類眾多，并要求能進(jìn)行跨設(shè)備、跨網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)共享和整合，因而不適合采用基于存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)。

（三）基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化

基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)通過在存儲(chǔ)域網(wǎng) （SAN）中添加虛擬化引擎實(shí)現(xiàn)。虛擬化引擎是一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并向多臺(tái)主機(jī)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問的界面。

基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化是近年存儲(chǔ)行業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。與基于主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化不同，基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化功能是在存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）內(nèi)部完成的，基于存儲(chǔ)和基于主機(jī)的兩種虛擬化方法的優(yōu)點(diǎn)都可以在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)虛擬化上同時(shí)體現(xiàn)，它支持?jǐn)?shù)據(jù)中心級(jí)的存儲(chǔ)管理以及異構(gòu)的主機(jī)系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。這種架構(gòu)適應(yīng)了多平臺(tái)異構(gòu)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)資源整合的需求，因此是海關(guān)進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化的首選。

(6)據(jù)資料顯示，八達(dá)嶺野生動(dòng)物園在過去幾年之間已經(jīng)發(fā)生過多起動(dòng)物傷人事件：2016年3月，八達(dá)嶺野生動(dòng)物園一名40多歲的動(dòng)管部經(jīng)理在給大象喂食時(shí)被其踩死。2014年8月，八達(dá)嶺野生動(dòng)物園孟加拉虎園區(qū)一名巡邏員被老虎咬傷后送至醫(yī)院，經(jīng)搶救無(wú)效死亡。2012年10月，一位老太太在八達(dá)嶺野生動(dòng)物園華南虎區(qū)下車解手，被突然出現(xiàn)的老虎撲倒，面部遭到撕咬。2009年3月，三名男子爬完長(zhǎng)城抄近路下山，翻過幾道護(hù)網(wǎng)后誤入八達(dá)嶺野生動(dòng)物園虎園，其中一人被咬死……在發(fā)生了如此多起的動(dòng)物傷人致害案件，動(dòng)物園方仍然沒有做出有效果的處理方案，導(dǎo)致了類似的悲劇的再一次發(fā)生。

三、存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的實(shí)施

通過科學(xué)分析和充分論證，針對(duì)海關(guān)實(shí)際環(huán)境，基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)更加符合海關(guān)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)環(huán)境架構(gòu)，具有以下優(yōu)勢(shì)：通過虛擬存儲(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)存儲(chǔ)磁盤陣列的整合，將原有的、分散的存儲(chǔ)資源集中成為一個(gè)存儲(chǔ)資源池，可以實(shí)現(xiàn)提高資源利用率、異構(gòu)存儲(chǔ)平臺(tái)容災(zāi)、確保投資保護(hù)等目的，而且由于它是基于虛擬存儲(chǔ)平臺(tái)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復(fù)制與分級(jí)存儲(chǔ)管理。因此，它對(duì)主機(jī)系統(tǒng)的資源消耗極小，可以保證相關(guān)主機(jī)上的應(yīng)用高性能運(yùn)行；維護(hù)簡(jiǎn)單，獨(dú)立于服務(wù)器平臺(tái)通過圖形界面可實(shí)現(xiàn)靈活的管理及配置。

基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)將存儲(chǔ)智能加入到SAN的網(wǎng)絡(luò)中，使用戶可以按照應(yīng)用不斷變化的需求來分配存儲(chǔ)，而不再受制于存儲(chǔ)子系統(tǒng)設(shè)備在功能和性能上的限制。新架構(gòu)中存儲(chǔ)虛擬化節(jié)點(diǎn)又是整個(gè)SAN網(wǎng)絡(luò)的中心管理控制點(diǎn)，而且該節(jié)點(diǎn)對(duì)服務(wù)器的操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)子系統(tǒng)是透明的。它將整個(gè)SAN中的各種存儲(chǔ)設(shè)備整合成一個(gè)巨大的存儲(chǔ)池，充分利用存儲(chǔ)資源和按需分配存儲(chǔ)空間、性能和功能。

通過存儲(chǔ)虛擬化，用戶可以從單一界面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，極大減少了管理員的配置、管理和服務(wù)開銷。主機(jī)應(yīng)用程序不再受存儲(chǔ)池物理更改的影響。用戶可以重新分配和擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，而無(wú)需中斷應(yīng)用程序的運(yùn)行，保障了業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

虛擬存儲(chǔ)可以方便使用者擴(kuò)展和劃分空間，簡(jiǎn)單的更改配置就可以在線增加存儲(chǔ)的設(shè)備，用戶只要集中在存儲(chǔ)的容量需求上不必關(guān)心硬件的容量，同時(shí)有效的整合不同類型的存儲(chǔ)資源到一個(gè)統(tǒng)一的空間加以利用，提高了存儲(chǔ)設(shè)備的使用效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)資源的充分利用和合理規(guī)劃。

虛擬存儲(chǔ)通過增加基礎(chǔ)設(shè)施的靈活性，使得IT更獨(dú)立地管理基礎(chǔ)設(shè)施而不依賴應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)邏輯，從而有效簡(jiǎn)化存儲(chǔ)資源管理，提高網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體訪問速度，同時(shí)提供高級(jí)配置功能使用戶更容易地對(duì)邏輯卷數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制、鏡像以及在虛擬設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了快照的功能。

以黃埔海關(guān)為例，通過存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬化項(xiàng)目建設(shè)，黃埔海關(guān)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)資源的進(jìn)一步整合，數(shù)據(jù)中心原有的各種異構(gòu)存儲(chǔ)平臺(tái)通過存儲(chǔ)虛擬化被整合成一個(gè)龐大的存儲(chǔ)資源池，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)平臺(tái)的整合。整合后的基礎(chǔ)架構(gòu)如下圖所示。

四、存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)施心得

順利實(shí)施存儲(chǔ)虛擬化，不僅能夠有效提升存儲(chǔ)設(shè)備的管理和使用效率，更是對(duì)信息系統(tǒng)架構(gòu)的改進(jìn)和變革。在海關(guān)順利實(shí)施存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的過程中有許多值得注意的地方：

（一）制定良好的存儲(chǔ)虛擬化策略

比如是否需要虛擬化策略。實(shí)施虛擬化之前，數(shù)據(jù)中心內(nèi)擁有哪些存儲(chǔ)資源？實(shí)施虛擬化之后，又需要哪些資源？實(shí)施虛擬化之后，技術(shù)人員如何來管理每天的備份、數(shù)據(jù)保護(hù)、歸檔任務(wù)，這和之前的管理又有什么區(qū)別？

（二）了解數(shù)據(jù)生命周期

對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分類規(guī)劃并不是絕對(duì)和靜止的，在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的生命周期的不同階段，對(duì)存儲(chǔ)資源的要求應(yīng)該隨著業(yè)務(wù)應(yīng)用項(xiàng)目的發(fā)展而變化。一個(gè)存儲(chǔ)管理人員需要對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的生命周期有比較深入的了解。應(yīng)該知道什么時(shí)候把數(shù)據(jù)放在合適的存儲(chǔ)類型上，以及懂得規(guī)劃數(shù)據(jù)的分層次存儲(chǔ)。存儲(chǔ)虛擬化在這方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)。通過存儲(chǔ)虛擬化，存儲(chǔ)管理人員可以將所有不同的存儲(chǔ)系統(tǒng)以及它們相關(guān)的卷通過邏輯卷的方式進(jìn)行統(tǒng)一管理，而這就非常方便用戶來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從一個(gè)存儲(chǔ)層到另一個(gè)存儲(chǔ)層的遷移。

（三）規(guī)劃好存儲(chǔ)層次以及服務(wù)級(jí)別

決定存儲(chǔ)成本的往往不是存儲(chǔ)系統(tǒng)的硬件，而是存儲(chǔ)平臺(tái)和存儲(chǔ)解決方案的選擇，而數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)層次和服務(wù)級(jí)別規(guī)劃則決定了存儲(chǔ)和存儲(chǔ)解決方案的選擇。在實(shí)施虛擬化的前期準(zhǔn)備階段就需要考慮各層次數(shù)據(jù)的相對(duì)壓力。高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源永遠(yuǎn)都是稀缺的，而事實(shí)上不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)于安全性、可用性和可靠性的需求也是不同的，因此在前期對(duì)不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分類規(guī)劃是非常重要和有必要的。合理的分類能夠讓存儲(chǔ)虛擬化效率更高，管理也更加方便和快捷。

數(shù)據(jù)訪問、可用性、數(shù)據(jù)安全、響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)保護(hù)等服務(wù)級(jí)別成為部署存儲(chǔ)虛擬化的基礎(chǔ)。主要的數(shù)據(jù)存在高性能的存儲(chǔ)層次上，其他的備份則不一定是在這個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)層次上，存儲(chǔ)虛擬化讓企業(yè)選擇不同的存儲(chǔ)平臺(tái)來滿足數(shù)據(jù)使用的需求。

（四）考慮安全性和兼容性

在前期規(guī)劃階段就應(yīng)該更加周密仔細(xì)地考慮安全因素。存儲(chǔ)虛擬化允許同一個(gè)虛擬池上存儲(chǔ)設(shè)備的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)遷移以及異構(gòu)磁盤子系統(tǒng)的復(fù)制，企業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的第二份拷貝就必須有和第一份數(shù)據(jù)同樣的安全級(jí)別。

總而言之，通過采用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)將存儲(chǔ)容量整合到一個(gè)存儲(chǔ)資源池中，能夠幫助簡(jiǎn)化存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)、對(duì)信息進(jìn)行生命周期管理并維護(hù)業(yè)務(wù)持續(xù)性。通過采用存儲(chǔ)虛擬化，用戶可以從單一界面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，極大減少了管理員的配置、管理和服務(wù)開銷。主機(jī)應(yīng)用程序不再受存儲(chǔ)池物理更改的影響。用戶可以重新分配和擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，而無(wú)需中斷應(yīng)用程序的運(yùn)行，保障了業(yè)務(wù)的連續(xù)性。存儲(chǔ)虛擬化解決方案幫助我們構(gòu)建了一個(gè)更加簡(jiǎn)單、擴(kuò)展能力更強(qiáng)、成本效益更高的IT架構(gòu)，并靈活地與新的業(yè)務(wù)目標(biāo)保持一致。

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