分布式存儲設(shè)備管理的優(yōu)化方法研究

朱麗霞，李 凡

（1．南瑞集團有限公司，江蘇 南京211000；2．南京基石數(shù)據(jù)技術(shù)有限責(zé)任公司，江蘇 南京210093）

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)的推廣應(yīng)用，虛擬化的計算技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是虛擬化的數(shù)據(jù)存儲在技術(shù)上跟虛擬化計算相比卻沒有較大的改進。為了滿足大規(guī)模的應(yīng)用快速開發(fā)和快速部署的需要，所需要的存儲容量在不停地增加，所需的成本也在增加，擴展方面面臨新的挑戰(zhàn)，運維的復(fù)雜程度不斷增加，無法滿足SLA服務(wù)等級協(xié)議的要求。軟件定義存儲技術(shù)的出現(xiàn)，使得存儲的管理簡單化，降低了數(shù)據(jù)中心的運營成本，并且可以滿足SLA服務(wù)等級協(xié)議的要求。

1 數(shù)據(jù)存儲面臨的問題

目前數(shù)據(jù)中心的存儲體系結(jié)構(gòu)大部分還是依賴硬件，當(dāng)存儲容量需求增大時，就要新增更多的存儲硬件，但當(dāng)存儲容量需求減少時，之前新增的存儲硬件又會閑置，造成資源浪費。對于臨時性的容量需求沒有很好的解決方案。增加新的存儲硬件，意味著投入成本就會增加。硬件數(shù)量增多后，硬件運維管理的復(fù)雜程度也會增加，造成總體成本不斷增加。即使存儲硬件系統(tǒng)的性能更強，容量更大，但這種方式極不靈活，無法快速應(yīng)對需求的變化。

（1）為適應(yīng)SLA要求而進行的調(diào)整過程非常復(fù)雜

存儲硬件的資源調(diào)度和日常管理很不靈活，難以支撐不斷變化的應(yīng)用服務(wù)等級。數(shù)據(jù)中心在建設(shè)的前期，需要對系統(tǒng)進行大量的規(guī)劃工作，滿足性能和容量的要求，同時能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用服務(wù)，但這種配置規(guī)劃是靜態(tài)固定的。每當(dāng)有新的應(yīng)用需要存儲空間時，需要將這些應(yīng)用映射到固定的存儲池中。當(dāng)應(yīng)用需求發(fā)生變化時，存儲也要隨著發(fā)生改變，虛擬機可能需要遷移到新的存儲邏輯單元或者卷中。這時，又需要對系統(tǒng)重新開始進行費時費力的規(guī)劃，并且投入更多的資金。更加糟糕的是，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，很難對故障進行排查。

（2）總投入成本過高，擴展昂貴

由于存儲調(diào)配的不靈活性，用戶在實際使用時會配置超出實際需要的存儲量，作為后備資源，這樣存儲的利用率和投資回報率就會較低。超出需要的配置會導(dǎo)致實際分配的資源無法盡可能地被利用，同時剩余的資源不能被有效的重新分配或共享。當(dāng)容量不足時，用戶只能重新購買新的存儲設(shè)備，這也是相當(dāng)大的一部分成本投入。如果需要大規(guī)模的升級存儲系統(tǒng)，需要支付昂貴的升級費用，或者徹底更換新的硬件，結(jié)果就是在不斷重復(fù)的購買昂貴設(shè)備。

2 軟件定義存儲

基于軟件定義的存儲技術(shù)會給數(shù)據(jù)中心的存儲帶來更加經(jīng)濟和高效率的運行和維護方式。這種創(chuàng)新的方式將改變存儲的分配、調(diào)度和管理。軟件定義存儲從應(yīng)用的角度出發(fā)，不再按照存儲磁盤陣列的角度。軟件定義存儲和軟件定義的數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)更加高效敏捷的環(huán)境，提供高速、易用、經(jīng)濟的解決方案。

軟件定義存儲的核心理念在于，存儲利用虛擬化的軟件程序來進行管理，主要架構(gòu)分為兩層，虛擬數(shù)據(jù)層和驅(qū)動控制層。

（1）虛擬數(shù)據(jù)層，即對物理存儲資源進行虛擬化，將其抽象成一個邏輯上的存儲池，這個池為虛擬機服務(wù)，可以靈活的使用和管理。數(shù)據(jù)層可支持各種類型的存儲設(shè)備，如虛擬磁盤、磁盤陣列、老式磁帶、光盤存儲系統(tǒng)或者其他設(shè)備。在虛擬數(shù)據(jù)層，所有的物理存儲被劃分為虛擬磁盤，作為系統(tǒng)底層物理基礎(chǔ)架構(gòu)。使用虛擬卷和虛擬SAN，存儲基礎(chǔ)架構(gòu)為虛擬數(shù)據(jù)層提供存儲容量、性能、服務(wù)等功能，并且通過算法自動調(diào)配服務(wù)的級別。

（2）驅(qū)動控制層，作為虛擬數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層之間的橋梁，遵循管理上的策略，實現(xiàn)自動化管理存儲、分配資源的功能。根據(jù)不同應(yīng)用程序的需要，分配不同的容量給應(yīng)用，滿足應(yīng)用程序的性能和數(shù)據(jù)要求，驅(qū)動控制層同時管理各種不同類型的存儲。在驅(qū)動控制層，不管是磁盤陣列、云端存儲還是普通服務(wù)器的存儲，都被視為通用的存儲基礎(chǔ)架構(gòu)，驅(qū)動控制層采用通用的管理方式。驅(qū)動控制層采用管理策略來定義不同的存儲類別，當(dāng)應(yīng)用的需求發(fā)生變化時，管理策略也會隨之更新，驅(qū)動管理層自動根據(jù)策略來調(diào)整資源，虛擬機應(yīng)用方不會受到任何的中斷。

最后，使用虛擬化管理軟件來管理所有虛擬機、應(yīng)用程序、系統(tǒng)資源。存儲功能完全軟件化，管理軟件獲取所有虛擬機的信息，如CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)等信息，管理各個應(yīng)用程序的運行情況，如CPU使用率、內(nèi)存占用率、存儲使用率等。根據(jù)這些信息，虛擬化管理軟件統(tǒng)一調(diào)配存儲資源，在各個應(yīng)用之間平衡。

3 優(yōu)化思路

軟件定義存儲改變了傳統(tǒng)的存儲管理模式，傳統(tǒng)方式從存儲硬件到上層應(yīng)用，以磁盤陣列為主，軟件定義存儲以應(yīng)用為主，根據(jù)上層應(yīng)用的需求，選擇適當(dāng)?shù)南聦哟鎯Α?/p>

按照軟件定義存儲的優(yōu)化思路，首先需要將各種不同類型的存儲虛擬化。要求虛擬存儲提供高性能的存儲，快速的讀寫響應(yīng)，可以靈活的進行擴展。針對虛擬機應(yīng)用對存儲的需求，分析目前已有各種類型的存儲的利用情況，對已有的資源按照容量、性能、可靠性等指標進行等級劃分，將數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有的各種類型的存儲資源整合成為統(tǒng)一的存儲資源池，以便于虛擬機的應(yīng)用程序調(diào)用。在混合存儲體系結(jié)構(gòu)中，虛擬存儲網(wǎng)絡(luò)會將連接的HDD和SSD統(tǒng)一虛擬化為一個存儲池，提供分布式的共享數(shù)據(jù)存儲，將底層的存儲應(yīng)用虛擬化，為用戶的應(yīng)用程序提供軟件定義存儲。普通磁盤提供數(shù)據(jù)的存儲，SSD可提供更快速度、更高性能的數(shù)據(jù)存儲。

虛擬卷是連接虛擬機和存儲之間的重要一環(huán)，虛擬卷是軟件定義存儲的基本單元。站在存儲的角度上，所有的操作和策略配置都綁定在虛擬卷上。站在虛擬化軟件的角度上，虛擬卷就是一個虛擬機文件，現(xiàn)有的架構(gòu)和流程不變。虛擬卷能夠感知虛擬機的數(shù)據(jù)操作，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給存儲執(zhí)行。虛擬卷是一種虛擬磁盤容器，獨立于底層的物理存儲，是數(shù)據(jù)管理的基本單元。存儲容器是虛擬存儲池，背后可跨多個不同類型、不同廠商的存儲設(shè)備，提供虛擬資源管理，訪問控制等功能。存儲是獨立的，與硬件設(shè)備無關(guān)。開發(fā)者還可以在現(xiàn)有存儲功能上進行自定義開發(fā)，通過軟件定義的方式，開發(fā)更多創(chuàng)新的存儲功能。

4 結(jié) 論

軟件定義存儲提供了高效、快速、經(jīng)濟的存儲解決方案，將存儲服務(wù)的虛擬化充分利用起來，對存儲物理資源進行抽象化處理，形成虛擬的存儲池，可以根據(jù)實際的需要進行動態(tài)分配。這種方式整合了資源，全面降低了存儲基礎(chǔ)架構(gòu)的成本和運維的復(fù)雜程度。隨著軟件定義存儲技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)勢勢必會在未來數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。