存儲(chǔ)虛擬化整合技術(shù)研究

中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司 呂小兵

當(dāng)前，存儲(chǔ)系統(tǒng)在硬件和軟件方面都已經(jīng)從主機(jī)系統(tǒng)中脫離出來，成為完全獨(dú)立的系統(tǒng)。在全球范圍內(nèi)，一些專注于存儲(chǔ)技術(shù)的公司如EMC、HDS、Netapp等公司，其市值和公司實(shí)力都已接近甚至超過如HP、Sun等著名主機(jī)廠商。以IBM為首的傳統(tǒng)IT巨頭也紛紛重組，制定新的存儲(chǔ)市場(chǎng)的策略以應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)市場(chǎng)的變化。在許多企業(yè)的招標(biāo)項(xiàng)目中，存儲(chǔ)系統(tǒng)也被獨(dú)立出來，單獨(dú)進(jìn)行招標(biāo)。所有這些現(xiàn)象都表明，存儲(chǔ)系統(tǒng)的獨(dú)立性已經(jīng)得到了業(yè)界及用戶的普遍認(rèn)同。

近些年，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的持續(xù)快速增長(zhǎng)帶來數(shù)據(jù)膨脹的壓力，使越來越多的企業(yè)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)作為重要項(xiàng)目來管理，從而帶來存儲(chǔ)管理技術(shù)快速發(fā)展。隨著企業(yè)信息化建設(shè)的逐步擴(kuò)展，IT 系統(tǒng)日趨復(fù)雜，主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)隨著業(yè)務(wù)量的不斷遞增、業(yè)務(wù)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)的處理能力、可靠性、可擴(kuò)展性及可管理性提出了更高的要求。由于歷史發(fā)展原因，大中型企業(yè)IT系統(tǒng)中的存儲(chǔ)設(shè)備往往存在品牌多、數(shù)量多、性能參差不齊的現(xiàn)象，存儲(chǔ)設(shè)備的差異性使存儲(chǔ)管理面臨諸多困難。較有實(shí)力的企業(yè)搭建了基于FC-SAN的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，接入了核心存儲(chǔ)設(shè)備及服務(wù)器，但仍會(huì)有一些存儲(chǔ)設(shè)備直連服務(wù)器，存在容量及性能調(diào)整困難，設(shè)備老舊，可靠性差等問題。一些存儲(chǔ)設(shè)備可用空間不足，另一些存儲(chǔ)設(shè)備的空間沒有得到充分的利用。管理上仍然是一套應(yīng)用配一套服務(wù)器及存儲(chǔ)設(shè)備的豎井模式，整體存儲(chǔ)環(huán)境中的數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)遷移比較困難。存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)維管理難度越來越大，已不能滿足日常運(yùn)轉(zhuǎn)及性能容量擴(kuò)展的需求。因此，信息化發(fā)展越快的企業(yè)，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化整合的需求就越強(qiáng)烈。企業(yè)在制定存儲(chǔ)規(guī)劃目標(biāo)時(shí)，應(yīng)符合企業(yè)信息化系統(tǒng)實(shí)際情況，使規(guī)劃具有實(shí)際可行性。本文的重點(diǎn)是存儲(chǔ)虛擬化整合，對(duì)當(dāng)前存儲(chǔ)整合技術(shù)進(jìn)行梳理并結(jié)合不同企業(yè)實(shí)際情況提出企業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)整合規(guī)劃意見。

1 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)

存儲(chǔ)整合的目標(biāo)是采用先進(jìn)、成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，針對(duì)企業(yè)當(dāng)前已存在的不同類型的存儲(chǔ)資源，解決異構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)在兼容性、擴(kuò)展性、可靠性等方面的問題。整合后的存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)能夠進(jìn)行高效的管理，能動(dòng)態(tài)進(jìn)行負(fù)載均衡，支持多種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)議，向用戶提供統(tǒng)一的訪問接口；能屏蔽不同品牌及型號(hào)存儲(chǔ)設(shè)備的差異性，向用戶提供可以任意分割和擴(kuò)展的虛擬卷；支持快照、數(shù)據(jù)鏡像、容災(zāi)等先進(jìn)管理功能；具有良好的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、可用性和高性能。

傳統(tǒng)的存儲(chǔ)整合是在構(gòu)建存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上將多個(gè)舊存儲(chǔ)位置上的數(shù)據(jù)遷移到新的大容量存儲(chǔ)上，這種方式并沒有根本解決存儲(chǔ)系統(tǒng)整體性能及容量擴(kuò)展的問題，沒有解決存儲(chǔ)環(huán)境整體管理復(fù)雜的問題，也不方便充分利用原有設(shè)備。因此，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)整合并不適合數(shù)據(jù)增長(zhǎng)迅速的大型IT環(huán)境。當(dāng)前，在存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，先進(jìn)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)替代了傳統(tǒng)的存儲(chǔ)整合技術(shù)，更適合大型IT環(huán)境的存儲(chǔ)整合。

1.1 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)概述

所謂存儲(chǔ)虛擬化[1]，簡(jiǎn)單地講就是在服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備之間插入一個(gè)中間層，將存儲(chǔ)的物理實(shí)體與存儲(chǔ)的邏輯表示分離開來，服務(wù)器只與分配給它們的存儲(chǔ)邏輯卷打交道，而不必關(guān)心其數(shù)據(jù)是在哪個(gè)物理存儲(chǔ)上。存儲(chǔ)虛擬化在復(fù)雜存儲(chǔ)環(huán)境中屏蔽了具體物理存儲(chǔ)設(shè)備的物理特性，呈現(xiàn)給服務(wù)器的是同質(zhì)化的邏輯磁盤。

1.1.1 存儲(chǔ)虛擬化的優(yōu)點(diǎn)

（1）整合異構(gòu)的存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)虛擬化屏蔽了具體物理設(shè)備，可將不同類型異構(gòu)存儲(chǔ)資源整合成一個(gè)大的存儲(chǔ)資源池，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)存儲(chǔ)資源的充分利用和有效管理。

（2）簡(jiǎn)化存儲(chǔ)的管理工作。存儲(chǔ)虛擬化提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的存儲(chǔ)系統(tǒng)管理方式。用戶可方便地劃分、擴(kuò)展、縮小虛擬存儲(chǔ)卷，只需要簡(jiǎn)單地更改配置就可在線增加新的物理存儲(chǔ)設(shè)備。用戶將注意力集中在存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量、性能和安全模式的需求上，而不必關(guān)心存儲(chǔ)系統(tǒng)的硬件容量、類型或者其他物理特性。

（3）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)整體的訪問效率。在存儲(chǔ)層上可以較好地進(jìn)行I/O負(fù)載平衡，將用戶的I/O請(qǐng)求合理地分配到各個(gè)具體的物理存儲(chǔ)設(shè)備，這樣就提高了系統(tǒng)的整體訪問帶寬。

（4）提供高級(jí)的功能。例如用戶能夠很容易對(duì)邏輯卷的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制、鏡像以及數(shù)據(jù)遷移，在虛擬卷上實(shí)現(xiàn)快照（Snapshot）以及容災(zāi)功能等。

1.1.2 存儲(chǔ)虛擬化的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)層次

從結(jié)構(gòu)模型上可以將存儲(chǔ)虛擬化分為對(duì)稱結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱結(jié)構(gòu)2種[2]。對(duì)稱結(jié)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)又稱為帶內(nèi)虛擬化存儲(chǔ)，它是在主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之間插入運(yùn)行有虛擬化管理軟件的虛擬化控制器。虛擬化管理軟件對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器主機(jī)進(jìn)行配置和管理，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和控制信息使用同一條通路。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)又稱帶外虛擬存儲(chǔ)，其方法是將虛擬化管理主機(jī)或控制器獨(dú)立地接入存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，其控制數(shù)據(jù)流和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流分別走控制路徑和數(shù)據(jù)路徑。服務(wù)器的I/O請(qǐng)求先通過控制路徑訪問虛擬化設(shè)備，獲得數(shù)據(jù)視圖后再通過數(shù)據(jù)路徑從物理存儲(chǔ)獲得需要的數(shù)據(jù)。

在對(duì)稱存儲(chǔ)虛擬化環(huán)境中可方便采用大容量高速緩存、數(shù)據(jù)分布、命令合并、命令分級(jí)處理等各種優(yōu)化技術(shù)來提高訪問速度、消除熱點(diǎn)數(shù)據(jù)分布、增加系統(tǒng)穩(wěn)定性、延長(zhǎng)磁盤使用壽命等。同時(shí)對(duì)稱虛擬存儲(chǔ)提供對(duì)前端主機(jī)完全透明的服務(wù)，對(duì)異構(gòu)平臺(tái)具有良好的適應(yīng)能力，可以提高豐富的存儲(chǔ)管理功能。對(duì)稱存儲(chǔ)虛擬化結(jié)構(gòu)目前已占市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

從存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)現(xiàn)層次上可以分為基于主機(jī)、基于存儲(chǔ)設(shè)備和基于中間層的存儲(chǔ)虛擬化。基于主機(jī)的存儲(chǔ)虛擬化：虛擬化軟件安裝在各主機(jī)上，虛擬化功能在各主機(jī)的操作系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)，因而不需要任何硬件支持，也不影響現(xiàn)有存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本架構(gòu)，該方法最容易實(shí)現(xiàn)，成本最低；也具有擴(kuò)展性差、對(duì)主機(jī)性能有影響、管理復(fù)雜、異構(gòu)平臺(tái)兼容性差等缺點(diǎn)?；诖鎯?chǔ)設(shè)備的虛擬化：虛擬化功能在存儲(chǔ)設(shè)備控制器上實(shí)現(xiàn)；這類存儲(chǔ)子系統(tǒng)與前端主機(jī)基本無關(guān)，對(duì)服務(wù)器性能的影響很小，但也具有開放性差、占用存儲(chǔ)設(shè)備技術(shù)資源、價(jià)格高等缺點(diǎn)?；谥虚g層的存儲(chǔ)虛擬化：部署于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中，在主機(jī)和存儲(chǔ)之間的專用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備上實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化功能，它具有支持多節(jié)點(diǎn)集群、設(shè)備兼容性好、不占用主機(jī)或存儲(chǔ)的計(jì)算資源、功能豐富、集中管理等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是要增加專用設(shè)備，不適合小型存儲(chǔ)環(huán)境。

1.1.3 存儲(chǔ)虛擬化對(duì)容災(zāi)恢復(fù)的影響

存儲(chǔ)虛擬化也可以影響備份和容災(zāi)的整合。許多容災(zāi)解決方案中，復(fù)制，尤其是遠(yuǎn)程復(fù)制，要在兩個(gè)相同的存儲(chǔ)系統(tǒng)之間進(jìn)行。而在基于中間層實(shí)現(xiàn)的虛擬存儲(chǔ)環(huán)境中，生產(chǎn)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)幾乎可以復(fù)制到位于容災(zāi)站點(diǎn)的任何一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上，而不必考慮生產(chǎn)站點(diǎn)與容災(zāi)站點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備的差異性。當(dāng)舊的存儲(chǔ)設(shè)備被取代時(shí)，可以將舊的存儲(chǔ)重新部署到容災(zāi)站點(diǎn)，以充分實(shí)現(xiàn)利舊，保護(hù)企業(yè)已有投資。

1.2 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)選擇

雖然存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)最終不一定對(duì)所有不同數(shù)據(jù)類型和系統(tǒng)都合適，但是存儲(chǔ)虛擬化是大勢(shì)所趨，企業(yè)當(dāng)前需要考慮的就是采用何種存儲(chǔ)虛擬化策略來解決當(dāng)前存在的問題，從而提高企業(yè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的效率。目前，多數(shù)數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)考慮采用基于專用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備的帶內(nèi)存儲(chǔ)虛擬化解決方案，這種方案不僅解決了老數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)設(shè)備品牌多、數(shù)量多、管理困難、效率低下等現(xiàn)實(shí)問題，還可以兼顧將來企業(yè)數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)，即以存儲(chǔ)虛擬化整合設(shè)備為基礎(chǔ)建設(shè)數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)?；趯Ｓ锰摂M化設(shè)備的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年，其代表廠商包括IBM、EMC、NetApp等業(yè)界翹楚，相關(guān)產(chǎn)品（IBM SVC、FalconStorIPStor、EMC VPLEX、NetApp vSeries）已有廣泛的應(yīng)用案例。成熟可靠的廠商和產(chǎn)品將是存儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)的有力保障。

2 存儲(chǔ)虛擬化整合示例

利用專用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)整合比較容易實(shí)現(xiàn)，無需改變當(dāng)前SAN環(huán)境的物理拓?fù)?，只需在?dāng)前SAN環(huán)境中接入存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備，將現(xiàn)有分散的存儲(chǔ)設(shè)備整合成存儲(chǔ)資源池架構(gòu)，從而解決現(xiàn)有異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備的信息孤島現(xiàn)狀，提升資源利用率，簡(jiǎn)化管理，增加存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體運(yùn)維能力（圖1和2）。

圖1 整合前存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Storage system architecture diagram before integrating

圖2 整合后邏輯拓?fù)鋱DFig.2 Logical topological graph after integrating

利用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備的多種協(xié)議（如FC、iSCSI）共享能力，實(shí)現(xiàn)多類型服務(wù)器對(duì)于存儲(chǔ)的接入需求。在虛擬存儲(chǔ)環(huán)境中，可以從整體上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類管理，利用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備的數(shù)據(jù)透明遷移功能將關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)或?qū)π阅芤筝^高的數(shù)據(jù)從中低端存儲(chǔ)遷移至高端存儲(chǔ)或較空閑的存儲(chǔ)設(shè)備上，從而提升原有重要業(yè)務(wù)的可用性和性能，在整體存儲(chǔ)架構(gòu)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，滿足業(yè)務(wù)發(fā)展及連續(xù)運(yùn)行的需求。利用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備的自動(dòng)分層能力，可實(shí)現(xiàn)所有系統(tǒng)的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)緩存到高性能的閃存陣列或內(nèi)置的SSD固態(tài)盤內(nèi)，從而進(jìn)一步提升所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的性能。

利用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備的數(shù)據(jù)容災(zāi)功能將關(guān)鍵數(shù)據(jù)復(fù)制到其他建筑物或異地，提高數(shù)據(jù)中心抵御災(zāi)難和重大事故的能力、減少災(zāi)難打擊和重大事故造成的損失、確保重要信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和作業(yè)持續(xù)性。

3 結(jié)束語

目前，海量數(shù)據(jù)需求在各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合不斷增加，由于存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)能夠提供系統(tǒng)的高可用性，高可靠性且易于維護(hù)，它正在成為存儲(chǔ)領(lǐng)域的核心技術(shù)。隨著應(yīng)用平臺(tái)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，對(duì)整體存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量、性能擴(kuò)展能力以及管理能力形成了很大的壓力，運(yùn)用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)對(duì)整體存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和整合已經(jīng)勢(shì)在必行。在運(yùn)用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)時(shí)應(yīng)該把握好存儲(chǔ)整合，數(shù)據(jù)分級(jí)管理策略，性能自動(dòng)優(yōu)化、存儲(chǔ)層次以及服務(wù)級(jí)別規(guī)劃等重點(diǎn)內(nèi)容，積極配合先進(jìn)的操控模式創(chuàng)造良好的虛擬化環(huán)境。同時(shí)，還應(yīng)充分利用存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備的快照、數(shù)據(jù)鏡像、瘦供給、數(shù)據(jù)容災(zāi)等高級(jí)功能來提升企業(yè)整體存儲(chǔ)管理能力。

[1] 王彭. 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)虛擬化的研究[D]. 西安:西安科技大學(xué),2004.

[2] 賀少領(lǐng). 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)研究.電腦知識(shí)與技術(shù),2011(22):176-178.