基于虛擬化的高校數(shù)據(jù)中心異構(gòu)存儲(chǔ)策略研究及實(shí)踐

施澤全

【摘要】 高校大量數(shù)字資源的建設(shè)致存儲(chǔ)系統(tǒng)越來(lái)越龐大，漸漸形成存儲(chǔ)系統(tǒng)孤島或不同系統(tǒng)存儲(chǔ)余量的極度不均衡現(xiàn)象。通過(guò)IBM SVC建立虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)，將充分利用現(xiàn)有的不同品牌的存儲(chǔ)系統(tǒng)資源，并實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，對(duì)現(xiàn)有數(shù)字校園升級(jí)改造有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)中心 異構(gòu)存儲(chǔ) 數(shù)字資源 虛擬存儲(chǔ)

引言

隨著高校數(shù)字校園應(yīng)用平臺(tái)覆蓋面越來(lái)越寬，數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，使高校數(shù)據(jù)中心不得不面對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)需要經(jīng)常擴(kuò)容的問(wèn)題。以下畫面可能是數(shù)據(jù)中心管理者經(jīng)常面對(duì)的場(chǎng)景：需要新增一門或多門教學(xué)資源庫(kù)，又需要額外申請(qǐng)資源庫(kù)建設(shè)服務(wù)器和存儲(chǔ)建設(shè)經(jīng)費(fèi)；而新購(gòu)置的存儲(chǔ)系統(tǒng)與原有系統(tǒng)并非同一品牌，甚至與服務(wù)器品牌也不一致，致系統(tǒng)穩(wěn)定性降低……。這些信息表明，數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)如何滿足呈指數(shù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)管理的需要、如何實(shí)現(xiàn)不同存儲(chǔ)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)共享成為數(shù)據(jù)中心亟待解決的問(wèn)題。

一、當(dāng)前高校數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)問(wèn)題分析

高校的數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)設(shè)備通常是根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需要分批次進(jìn)行建設(shè)，并在購(gòu)置應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)購(gòu)置相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備，從而形成了一套業(yè)務(wù)系統(tǒng)一套存儲(chǔ)的現(xiàn)狀。但在實(shí)際應(yīng)用中，從存儲(chǔ)的性能分析和有效利用上來(lái)講，這種一套業(yè)務(wù)一套存儲(chǔ)的方式造成了極大的存儲(chǔ)資源和資金浪費(fèi)。另一方面，對(duì)于高校而言，數(shù)據(jù)中心建立時(shí)間越長(zhǎng)，遇到存儲(chǔ)相關(guān)的問(wèn)題越多。其中主要表現(xiàn)為以下方面：

隨著應(yīng)用系統(tǒng)的增加，尤其是OLTP業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用增加，數(shù)據(jù)中心需要更大I/O吞吐量的存儲(chǔ)系統(tǒng)。隨之帶來(lái)的是，由于新建立的存儲(chǔ)系統(tǒng)與原有的存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)在接口和速度等方面的兼容性問(wèn)題，而造成原有投資的浪費(fèi)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心總體成本不斷攀升。

另一方面，在進(jìn)行存儲(chǔ)擴(kuò)充的時(shí)候，存儲(chǔ)的品牌也成為重要的考慮因素。在進(jìn)行存儲(chǔ)擴(kuò)充的時(shí)候，擴(kuò)充方案較大程度地依賴于原有存儲(chǔ)與服務(wù)器的品牌，而導(dǎo)致后期的方案選擇、成本預(yù)算等靈活性大為降低。

存儲(chǔ)虛擬化是解決以上問(wèn)題的有效辦法。

二、存儲(chǔ)虛擬化概念及其基本結(jié)構(gòu)

1） 存儲(chǔ)虛擬化概念

SNIA（存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會(huì)）對(duì)存儲(chǔ)虛擬化的定為：通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)或存儲(chǔ)服務(wù)器的內(nèi)部功能進(jìn)行抽象、隱藏或隔離，使存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源的管理分離，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立管理。從以上概念來(lái)看，存儲(chǔ)虛擬化的本質(zhì)是將物理的存儲(chǔ)資源進(jìn)行了邏輯化和抽象化，將應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)物理存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù)的訪問(wèn)變成了對(duì)邏輯設(shè)備的訪問(wèn)。這樣從根本上避開了不同存儲(chǔ)設(shè)備接口的差異性與管理系統(tǒng)的差異性，屏蔽了不同存儲(chǔ)設(shè)備間的不同物理特性，并將其統(tǒng)一成虛擬邏輯設(shè)備，使管理和應(yīng)用上更為方便，并為存儲(chǔ)設(shè)備的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展提供了可能。

2） 虛擬存儲(chǔ)基本結(jié)構(gòu)

虛擬存儲(chǔ)通常由四級(jí)構(gòu)成，即物理存儲(chǔ)層、虛擬存儲(chǔ)控制層、虛擬磁盤層和服務(wù)器層，如圖1所示。

物理存儲(chǔ)層處于最低層，也即為物理存儲(chǔ)系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以為不同品牌提供的存儲(chǔ)系統(tǒng)，也可以為采用不同存儲(chǔ)技術(shù)（如RAID10，RAID5等）的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

虛擬存儲(chǔ)控制層由軟、硬件構(gòu)成，其虛擬存儲(chǔ)軟件運(yùn)行于集群式的硬件引擎上，并采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的HBA卡與SAN網(wǎng)絡(luò)接口相連以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)交換，并將存儲(chǔ)控制層設(shè)計(jì)為一個(gè)完全開放的環(huán)境，以兼容各種不同的存儲(chǔ)設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中可以將各種存儲(chǔ)方案融合其中，從而實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)性能和存儲(chǔ)容量方面平滑無(wú)縫的升級(jí)。

虛擬磁盤層通過(guò)軟件或硬件將實(shí)體存儲(chǔ)單元映射為虛擬磁盤并提供給服務(wù)器使用。實(shí)體存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)單元被映射為SVC內(nèi)部的存儲(chǔ)單元MDisk（Managed Disk），一個(gè)或多個(gè)Mdisk被虛擬化為1個(gè)存儲(chǔ)池（稱為MDG）， MDG根據(jù)一定的分配策略（如Striped、Image或Sequential）分配虛擬的存儲(chǔ)單元，稱為VDisk（Virtual Disk）。虛擬磁盤即作為應(yīng)用系統(tǒng)或服務(wù)器的直接存儲(chǔ)單元。

三、虛擬存儲(chǔ)方案及實(shí)施

不同的虛擬存儲(chǔ)方案，其實(shí)現(xiàn)和實(shí)施過(guò)程稍有不同。下面以IBM SVC（SAN Volume Controller）虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程為例，說(shuō)明虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

1）了解IBM SVC

IBM SVC是一套軟硬件集成化的產(chǎn)品，專業(yè)的虛擬存儲(chǔ)軟件運(yùn)行在集群式的硬件引擎上。硬件上，SVC與SAN網(wǎng)絡(luò)接口通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的HBA卡相連接；軟件上，系統(tǒng)使用了定制的IBM System x服務(wù)器，其操作系統(tǒng)基于Linux kernel，大大提高了易用性和可管理性。由于SVC是為一個(gè)完全開放的存儲(chǔ)環(huán)境設(shè)計(jì)的，故兼容各種不同的存儲(chǔ)設(shè)備，可以將多種存儲(chǔ)方案融入系統(tǒng)。其靈活開放的體系結(jié)構(gòu)和易于實(shí)施、易于在性能和容量雙向發(fā)展的特點(diǎn)，使基于IBM SVC為基礎(chǔ)的虛擬存儲(chǔ)方案實(shí)施具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

2） 檢查SVC的兼容性

IBM SVC兼容性非常廣，但并非所有的設(shè)備都支持，故在安裝之前需要檢查操作系統(tǒng)與存儲(chǔ)系統(tǒng)的兼容性。

操作系統(tǒng)上，IBM SVC支持Windows系統(tǒng)、Linux、Sun Solaris、Hewlett Packard HP-UX等操作系統(tǒng)。

硬件上，SVC可以支持包括IBM和非IBM在內(nèi)的120多中磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括了IBM、EMC、HP、HDS、Sun、Dell、NetApp、Fujitsu、NEC、Bull等廠家的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

3） 檢查安裝空間與不間斷電源是否符合安裝需求。

BM SVC必須要一個(gè)19英寸安裝機(jī)柜，至少需要一對(duì)SVC節(jié)點(diǎn)單元；需要準(zhǔn)備一個(gè)不間斷電源，最好同時(shí)提供一個(gè)冗余的不間斷電源。

4） 完成硬件連接規(guī)劃圖

IBM SVC管理器設(shè)備與存儲(chǔ)交換機(jī)可直接相連，并不需要對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)現(xiàn)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作大的改動(dòng)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

5） 進(jìn)行硬件安裝及物理線路連接。將IBM SVC安裝到預(yù)定的機(jī)架上，并用光纖將IBM SVC控制器接入到存儲(chǔ)交換機(jī)上。

6） 在光纖交換機(jī)上設(shè)置Zone。主機(jī)Zone應(yīng)該包含主機(jī)和SVC，存儲(chǔ)Zone應(yīng)該包含SVC的所有端口和存儲(chǔ)的所有端口。

7）查找存儲(chǔ)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)新的Mdisk，創(chuàng)建Mdisk組并且選擇組成該組的mdisk。

8）創(chuàng)建Vdisk，并選擇Vdisk的創(chuàng)建方式。通?？蛇x用Strip方式，這樣Vdisk將架構(gòu)在多塊Mdisk上，能提供比較好的性能。

9） 格式化Vdisk，此時(shí)該Vdisk在格式化完成后將轉(zhuǎn)變?yōu)閛nline狀態(tài)。并可被使用。如果立刻要使用該Vdisk，可以不選擇格式化。

10）卸載各服務(wù)器上原有的對(duì)應(yīng)廠商使用多路徑軟件，裝IBM專門的系統(tǒng)存儲(chǔ)多路子系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（SDD，IBM System Storage Multipath Subsystem Device Driver）。

11）重新啟動(dòng)IBM SVC，系統(tǒng)即進(jìn)入正常使用狀態(tài)。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)虛擬存儲(chǔ)的建立和實(shí)施，可以將現(xiàn)有的不同品牌、不同時(shí)期的存儲(chǔ)系統(tǒng)整合成一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)，不僅方便了管理，更有利于充分利用現(xiàn)有存儲(chǔ)資源。同時(shí)，整合了現(xiàn)有的存儲(chǔ)資源，完全避免了分散存儲(chǔ)存在的不同存儲(chǔ)資源利用率嚴(yán)重不均衡的現(xiàn)狀。虛擬存儲(chǔ)的靈活性也為今后存儲(chǔ)系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了自由度。由于實(shí)施了虛擬存儲(chǔ)，在需要擴(kuò)充存儲(chǔ)時(shí)，不再受原有存儲(chǔ)品牌、類型等限制，為擴(kuò)充存儲(chǔ)的選購(gòu)留下了空間。同時(shí)在存儲(chǔ)的性能和可靠性等方面也有一定的提升。虛擬存儲(chǔ)的特性決定了其使用的廣泛性。在需要的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)異地備份容災(zāi)、存儲(chǔ)快照、斷電恢復(fù)等將變得更為容易。

參 考 文 獻(xiàn)

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