存儲虛擬化應用及分析

楊鵬川

摘 要：虛擬存儲（Storage Virtualization），就是把多個存儲介質(zhì)模塊（如硬盤、RAID）通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個存儲池中得到統(tǒng)一管理。這種可以將多種、多個存儲設備統(tǒng)一管理起來，為使用者提供大容量、高數(shù)據(jù)傳輸性能的存儲系統(tǒng)，就稱之為虛擬存儲。

關(guān)鍵詞：存儲；虛擬化；統(tǒng)一管理

1 引言

全球存儲工業(yè)協(xié)會（Storage Network Industry Association，簡SNIA）的《SNIA詞典》中對虛擬化的定義是： 為了達到提供有用抽象概念的目的，而將一種或多種（后臺）服務或功能與附加（前臺）功能相集成的活動。通常，虛擬化可以隱藏一些后臺復雜性，或?qū)⑿碌墓δ茉黾拥交蚣傻浆F(xiàn)有后臺服務。通俗的講，存儲虛擬化是指把多個物理上獨立存在的存儲體通過軟件或硬件的手段集中管理起來，形成一個邏輯上的虛擬存儲單元供主機訪問。這個虛擬邏輯單元的存儲容量是它所集中管理的各物理存儲體的存儲容量之和，而它的訪問帶寬則在一定程度上接近各個物理存儲體的訪問帶寬之和。

2 主流存儲虛擬化技術(shù)

存儲虛擬化技術(shù)因各個存儲供應商的理念不同，而實現(xiàn)方式不同。目前，主流的存儲虛擬化技術(shù)主要分為三大類，分別是：基于主機的存儲虛擬化技術(shù)、基于SAN網(wǎng)絡的存儲虛擬化技術(shù)和基于存儲控制器的存儲虛擬化技術(shù)，其中，基于SAN網(wǎng)絡的存儲虛擬化技術(shù)又可以分為兩中實現(xiàn)方式--帶內(nèi)和帶外。下面對這幾種存儲虛擬化技術(shù)的實現(xiàn)進行說明。

2.1 基于主機的存儲虛擬化功能實現(xiàn)

基于主機（應用服務器）上的存儲虛擬化一般通過運行存儲管理軟件（邏輯卷管理器，LVM）加以實現(xiàn)。管理軟件的作用就是向系統(tǒng)輸出一個單獨的虛擬存儲設備（或者可以說一個虛擬存儲池），事實上這個虛擬的存儲設備后臺有若干個獨立的存儲設備組成，只不過在系統(tǒng)看來他們是一個有機的整體。通過這種模式，用戶不需要直接去控制管理這些獨立的物理存儲設備。當存儲空間不夠的時候，管理軟件會從空閑的磁盤空間中映像更多的空間輸出給系統(tǒng)，而系統(tǒng)看來它所使用的虛擬存儲設備的空間在動態(tài)的增加，并沒有影響到它的

使用。由此可見，基于主機的虛擬化可以使系統(tǒng)在存儲空間調(diào)整過程中仍然保持在線狀態(tài)。另外一個優(yōu)勢體現(xiàn)在， 通過虛擬可以實現(xiàn)主機上存儲設備并行使用。

2.2 基于SAN網(wǎng)絡的存儲虛擬化功能實現(xiàn)

基于SAN網(wǎng)絡的存儲虛擬化技術(shù)是實現(xiàn)存儲虛擬化的一個發(fā)展方向。與基于主機存儲虛擬化不同，基于SAN網(wǎng)絡的存儲虛擬化功能是在SAN網(wǎng)絡層完成的。具體的存儲虛擬功能的實現(xiàn)可以在交換機或存儲虛擬化服務器中進行。

依據(jù)虛擬化引擎的位置不同，存儲虛擬化技術(shù)分為帶內(nèi)（in-band）和帶外（out-of-band）兩大類。如果引擎工作在數(shù)據(jù)的訪問通道上，例如訪問主機、存儲以或光纖交換機上，那么就成為帶內(nèi)虛擬技術(shù)，否則就是帶外虛擬技術(shù)。

2.2.1 帶內(nèi)存儲虛擬化實現(xiàn)方式

所謂帶內(nèi)虛擬化，常常也稱作對稱虛擬，是虛擬化引擎應用在應用服務器和存儲的數(shù)據(jù)通路上的實現(xiàn)方式。在標準的設置中，在存儲虛擬化服務器上運行的虛擬軟件允許控制數(shù)據(jù)和需存儲的實際數(shù)據(jù)在相同的數(shù)據(jù)通路內(nèi)傳遞。存儲虛擬化服務器接受來自主機的數(shù)據(jù)請求，隨后存儲虛擬化服務器會在其后臺的存儲設備中搜索數(shù)據(jù)（被請求的數(shù)據(jù)可能分布于多個存儲設備中）。當數(shù)據(jù)被找到后，存儲虛擬化服務器將數(shù)據(jù)傳送給主機，完成一次完整地請求響應。在用戶看來，帶內(nèi)虛擬化存儲虛擬化服務器好像是直接附屬在主機上的一個存儲設備（或子系統(tǒng)）。

基于帶內(nèi)的存儲虛擬化功能實現(xiàn)還有另外一種表現(xiàn)方式，目前在某些型號SAN網(wǎng)絡交換機上內(nèi)置了一個小型的SAN應用服務器板卡，在這個板卡上安裝存儲虛擬軟件用于代替外置的存儲虛擬化服務器。

2.2.2 帶外存儲虛擬化實現(xiàn)方式

所謂帶外虛擬化，又叫做不對稱虛擬，是在數(shù)據(jù)通路外的存儲虛擬化服務器上實現(xiàn)的虛擬功能?？刂茢?shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)通路上傳輸。一般情況下，存放在使用單獨通路連接到應用服務器的元數(shù)據(jù)服務器上，而存儲數(shù)據(jù)在另外的通路中傳遞（或者直接通過存儲網(wǎng)絡在服務器和存儲設備間傳遞）。通道外方式的設計是通過從數(shù)據(jù)流中分割管理信息，避免通道中結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的內(nèi)在運行問題。在通道外結(jié)構(gòu)中，有一個叫做元數(shù)據(jù)服務器的單獨硬件，它存有虛擬化存儲的邏輯-物理關(guān)系信息，向每一個服務器傳送信息，分配I/O指令這種數(shù)據(jù)傳送通過一個獨立的網(wǎng)絡完成，，它與數(shù)據(jù)交流使用的光纖通道分開，這即是通道外模式。元數(shù)據(jù)服務器和主機之間的傳輸通常是通過裝在主機上的接口程序來實現(xiàn)的，這臺主機與修改后的、對指令重新分配的I/O驅(qū)動器共同工作。由于主機直接將虛擬化存儲指令分配到目的設備上，I/O運行不再受到增加等待時間或帶寬的制約。這樣，通道外方式理論上更適合于高性能應用。它還避免了通道內(nèi)自有的數(shù)據(jù)完整性問題。帶外虛擬減少了網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量。但是一般需要在主機端安裝代理軟件。

2.3 基于存儲設備的存儲虛擬化實現(xiàn)方式

存儲虛擬化也可以在存儲設備內(nèi)部或存儲子系統(tǒng)內(nèi)部加以實現(xiàn)。比如說磁盤陣列就是通過磁盤陣列內(nèi)部的控制系統(tǒng)進行的虛擬，同時也可以在多個磁盤陣列間構(gòu)建一個存儲池。這種基于存儲設備或存儲子系統(tǒng)的虛擬通過特定的算法或者映射表把邏輯存儲單元映射到物理設備之上。最終實現(xiàn)的就是邏輯卷獨立于其所屬的存儲設備。根據(jù)采用的方案不同，RAID、鏡像、盤到盤的復制以及基于時間的快照都采用了此類虛擬化。通過虛擬化，虛擬磁帶庫、虛擬光盤庫等都得以在存儲子系統(tǒng)中加以實現(xiàn)。

3 廠商產(chǎn)品介紹

很多公司提供存儲虛擬化產(chǎn)品，根據(jù)上節(jié)中現(xiàn)有技術(shù)的分類與分析，各類存儲虛擬化技術(shù)的提供廠商如下：

3.1 基于主機的存儲虛擬化產(chǎn)品

Symantec公司的 Storage Foundation

3.2 基于SAN網(wǎng)絡的存儲虛擬化產(chǎn)品

（1）帶內(nèi)產(chǎn)品

IBM公司的SAN VolumeController（SVC）

DataCore公司的SANsymphony

FalconStor公司的IPStor

（2）帶外產(chǎn)品

EMC公司的Invista

LSI公司的StoreAge Storage Virtualization Manager（SVM）

Incipient公司的Network Storage Platform

3.3 基于SAN 網(wǎng)絡的存儲虛擬化產(chǎn)品

Hitachi Data Systems 的Universal Storage Platform（統(tǒng)一存儲平臺）

4 應用收益

使用存儲虛擬化技術(shù)可以帶來經(jīng)濟、建筑、能源、管理等多方面的效益，從單位的需求與自身特點來看，云計算項目中存儲虛擬化涉及的目標應該主要包含以下5點：

4.1 提高存儲設備的利用率

通過存儲虛擬化技術(shù)，可以建立存儲池，將所有可用的存儲設備（可跨越地理位置或生產(chǎn)商）作為一個存儲池進行管理，可以實現(xiàn)存儲資源的高效利用，多余的容量可以分配給需要的服務器和應用程序。存儲虛擬化使磁盤使用率提高，優(yōu)化了存儲資源；統(tǒng)一的存儲管理減少了人為錯誤；無縫磁盤擴展提高了效率；通過分層存儲池可施行成本控制。

4.2 降低用戶訪問數(shù)據(jù)的復雜性

通過存儲虛擬化，各業(yè)務系統(tǒng)的管理員不用再花費精力和時間去關(guān)心存儲環(huán)境中底層物理環(huán)境的復雜性，也不用再去關(guān)心設備異構(gòu)與否。他們只需在應用層面上直接提出自己的需求，并通過虛擬化的手段實現(xiàn)：系統(tǒng)需要多大的存儲空間滿足現(xiàn)在和將來的存儲量需求？存儲的效率如何？存儲資源的利用率怎樣？為存儲而支付的成本是多少？

4.3 實現(xiàn)異構(gòu)存儲整合

存儲虛擬化可將xx集團現(xiàn)有的各存儲系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理變成現(xiàn)實；可以為需要存儲容量的服務器或應用分配未被使用的存儲容量，對容量可以進行無縫擴展，以滿足應用需求，實現(xiàn)存儲的集中管理。此外，用戶可以繼續(xù)選擇完善的存儲技術(shù)來滿足不斷增長的需要——無論是哪個廠商的存儲設備都可以無縫集成到企業(yè)的基礎存儲架構(gòu)中。

4.4 實現(xiàn)分級（層）存儲

面對日益增長的海量數(shù)據(jù)，大部分企業(yè)目前所部署的存儲容量已經(jīng)使傳統(tǒng)存儲解決方案無法滿足IT機構(gòu)對靈活性、經(jīng)濟有效性和易于管理性的需求，因此未來的存儲解決方案必須支持眾多可分層的不同存儲系統(tǒng)，以滿足不同類型數(shù)據(jù)的獨特需求，從而實現(xiàn)完整的生命周期管理。IDC的研究結(jié)果顯示，在今后的兩年里，將分層存儲的理念變成能為IT管理人員使用的現(xiàn)實將是存儲硬件和軟件行業(yè)的一個重要目標。

4.5 減輕數(shù)據(jù)維護人員的負擔

自動備份、復制和其他服務將消除很多人工親自干預的機會。這些人工干預往往屬于―人力密集型的任務，造成很高的管理成本。比如個業(yè)務系統(tǒng)的管理員每天需要查看備份情況、需要檢查容災數(shù)據(jù)同步情況等，需要占用很多的時間用于重復性的工作。存儲虛擬化技術(shù)既增加了存儲系統(tǒng)的可靠性，又使得IT技術(shù)人員從繁重的管理操作中解脫出來，轉(zhuǎn)為從事其他工作。因此，存儲虛擬化將顯著提高企業(yè)的技術(shù)投資回報，取得良好的效益。

5 結(jié)束語

如何選擇正確的、適合單位需求的存儲虛擬化架構(gòu)是一件復雜的事，可以從以下幾方面進行考慮：（1）產(chǎn)品是否已經(jīng)可用；（2）虛擬化是否影響性能；（3）存儲虛擬化應該在網(wǎng)絡還是在陣列中完成；（4）實行了存儲虛擬化后，要將其移除的困難性；（5）是否有存儲不應放到存儲虛擬化的保護傘之下；（6）虛擬機的數(shù)量對存儲有何影響。只有從單位自身的條件和需求出發(fā)，才能建設起實用的虛擬化架構(gòu)。

[參考文獻]

[1]徐夢，宗坤.虛擬存儲技術(shù)的研究及其應用[J].計算機與信息技術(shù)，2010，（1）.

[2]柏新才，吳學智，馬寧.虛擬存儲技術(shù)及應用分析[J].艦船電子公程， 2008，（5）.