一種在虛擬機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的方法

王姝

摘要：分析了數(shù)據(jù)的存儲架構(gòu)和存儲網(wǎng)絡(luò)間的通信技術(shù)，針對教學(xué)過程中由于缺少存儲設(shè)備而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)存儲實驗難做的問題，給出了一種實驗室的NAS存儲設(shè)計方案，并介紹了在VMware中使用FreeNAS實現(xiàn)NAS技術(shù)的方法。該方法在一個虛擬機上安裝了FreeNAS，并建立了磁盤陣列作為共享存儲，設(shè)置OPT網(wǎng)卡和iSCSI目標(biāo)，使得客戶端連接到存儲服務(wù)器，訪問磁盤陣列。通過教學(xué)實踐，取得了不錯的教學(xué)效果，有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)存儲；FreeNAS；NAS；IP-SAN；VMware

中圖分類號：TP309文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2018）04-69-3

A Method of Implementing Data Storage Technology in Virtual Machine

WANG Shu

（Xian Aeronautical Polytechnic Institute， Xian Shaanxi 710089， China）

0引言

隨著云時代的來臨，大數(shù)據(jù)吸引了越來越多的關(guān)注。根據(jù)維基百科的定義，大數(shù)據(jù)是指無法在可承受的時間范圍內(nèi)，用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)的特色之一是對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，而數(shù)據(jù)存儲的容量已從TB增加到PB乃至NB和DB，大數(shù)據(jù)無法用單臺的計算機進(jìn)行處理，必須采用分布式架構(gòu)[1]。

目前，數(shù)據(jù)存儲設(shè)備價格居高不下，在數(shù)據(jù)存儲課程教學(xué)過程中，由于缺少存儲設(shè)備，導(dǎo)致實驗無法展開。經(jīng)過實驗，研究出一種在VMware中使用FreeNAS實現(xiàn)NAS技術(shù)的方法，實驗效果良好。

1數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

1.1數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)

存儲系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有直接附加存儲、網(wǎng)絡(luò)附加存儲和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)3種[2]：

①直接附加存儲（DAS）是指將存儲設(shè)備通過SCSI線纜或光纖通道直接連接到服務(wù)器上，以服務(wù)器為中心，不帶有任何存儲操作系統(tǒng)。DAS方式實現(xiàn)了機內(nèi)存儲到存儲子系統(tǒng)的跨越，但存在擴展性差等缺點。

②網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）是一種網(wǎng)絡(luò)直連存儲設(shè)備的機制，由于這些設(shè)備都分配有IP地址，通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)直接相連，用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問。

③存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）是一種面向網(wǎng)絡(luò)的存儲結(jié)構(gòu)，通過高速網(wǎng)絡(luò)將一個或若干個網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備與服務(wù)器連接起來的專用存儲系統(tǒng)。常用的實現(xiàn)方式有采用光纖通道、FCP協(xié)議的FC-SAN及iSCSI的IP-SAN。

這3種網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)各有特點，NAS能夠滿足那些希望降低存儲成本但又無法承受SAN昂貴價格的中小企業(yè)的需求，同時數(shù)據(jù)的安全性要求很高，還支持跨平臺數(shù)據(jù)共享，具有相當(dāng)好的性能價格比。

1.2網(wǎng)絡(luò)存儲通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)存儲通信中使用到的相關(guān)技術(shù)和協(xié)議包括SCSI、獨立磁盤冗余陣列（RAID）、iSCSI及光纖通道[3]：①SCSI支持高速、可靠的數(shù)據(jù)存儲；②RAID提供改進(jìn)的性能和磁盤容錯能力；③iSCSI技術(shù)支持通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)存儲設(shè)備間雙向的數(shù)據(jù)傳輸，其實質(zhì)是使SCSI連接中的數(shù)據(jù)連續(xù)化；④光纖信道是一種提供存儲設(shè)備相互連接的技術(shù)，支持高速通信。

2實驗室的NAS存儲方案設(shè)計

NAS以數(shù)據(jù)為中心，存儲系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)直接相連，用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問NAS的信息資源[4]。實驗室構(gòu)建的存儲網(wǎng)絡(luò)是基于NAS的快速以太網(wǎng)，教師機、學(xué)生機、服務(wù)器和NAS設(shè)備都接入該網(wǎng)絡(luò)，并且屬于同一個網(wǎng)段，如圖1所示。

①NAS存儲服務(wù)器用于管理存儲設(shè)備進(jìn)行存儲數(shù)據(jù)，可以是磁盤或磁盤陣列，選擇使用4塊10 GB的SCSI接口的硬盤，用這4塊硬盤組建RAID5，分配2塊數(shù)據(jù)盤和一塊校驗盤。出于安全考慮，用另外一塊做熱備用磁盤，當(dāng)陣列中一個正在使用的物理磁盤發(fā)生故障后，該待機的磁盤會立刻上線，代替故障盤。

②管理PC可以在瀏覽器中通過IP地址訪問NAS設(shè)備，實現(xiàn)對NAS設(shè)備的配置管理，完成RAID5的組建和用戶的訪問權(quán)限設(shè)置。

③客戶端：可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問NAS存儲設(shè)備。

3在VMware中使用FreeNAS系統(tǒng)組建NAS共享網(wǎng)絡(luò)

在VMware虛擬機上實現(xiàn)NAS，需要一臺安裝有FreeNAS的服務(wù)器，該服務(wù)器應(yīng)有2塊橋接式網(wǎng)卡，一個網(wǎng)卡的IP地址用于讓配置PC完成對存儲設(shè)備的配置使用，稱為配置IP或者管理IP，如192.168.153.5；另外一個網(wǎng)卡的IP地址用于對外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，稱為數(shù)據(jù)IP，如192.168.153.10。

3.1在VMware中安裝FreeNAS

FreeNAS是針對企業(yè)市場推出的存儲操作系統(tǒng)，能將一臺普通PC變成網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器。該軟件基于FreeBSD、Samba和PHP，支持CIFS、FTP、NFS、RAID（0，1，5）和Web界面的設(shè)定工具。用戶可以通過Windows、FTP、SSH及網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)來訪問存儲服務(wù)器[5]。

在VMware中新建一個基于FreeBSD的虛擬機，然后在該虛擬機上安裝FreeNAS，安裝完成后，設(shè)定該“IP LAN”為配置IP，即192.168.153.5。編輯該虛擬機參數(shù)，為系統(tǒng)添加4塊10 GB的SCSI接口的磁盤，再添加一塊網(wǎng)卡，保存設(shè)置，然后重啟FreeNAS。

3.2在配置PC上配置FreeNAS實現(xiàn)共享磁盤

建立一個基于Windows的虛擬機作為配置PC，IP地址為192.168.153.2，在其地址欄中輸入FreeNAS的配置IP：192.168.153.5，進(jìn)入FreeNAS的Web配置環(huán)境。

①進(jìn)入磁盤管理，添加磁盤da1，并格式化為UFS（GPT and Soft Updates）文件系統(tǒng)，選擇“掛載點”，掛載磁盤da1；

②進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理，添加網(wǎng)卡，設(shè)置其IP地址為數(shù)據(jù)IP：192.168.153.10；

③進(jìn)入“網(wǎng)絡(luò)共享”設(shè)置，設(shè)置磁盤da1共享給所有用戶，并允許匿名用戶訪問。

在客戶機上登錄，通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)IP：192.168.153.10，就可以看到共享磁盤上的共享信息。

3.3在配置PC上配置FreeNAS實現(xiàn)RAID5

FreeNAS支持軟RAID0、RAID1和RAID5[6]，通過da2、da3和da4這3塊磁盤組建RAID5，為服務(wù)器提供存放數(shù)據(jù)文件的磁盤空間，設(shè)置過程如下：

①添加磁盤：進(jìn)入磁盤管理，依次添加磁盤da2，da3，da4，并且在“已格式化的文件系統(tǒng)中”選擇“Software RAID”；②添加RAID：在“硬盤”下選擇“軟RAID”，選擇要組建的RAID的等級和要使用的3塊硬盤；③格式化RAID：RAID創(chuàng)建后，系統(tǒng)會給出RAID5的卷名，完成RAID的創(chuàng)建。

4使用FreeNAS組建IP-SAN

在使用FreeNAS進(jìn)行磁盤管理的基礎(chǔ)上，可以組建IP-SAN網(wǎng)絡(luò)。

①在FreeNAS中添加一個OPT網(wǎng)卡，該網(wǎng)卡在服務(wù)器和磁盤陣列iSCSI協(xié)議傳輸中使用，并定義其IP地址，如：192.168.153.20。

②在FreeNAS中完成iSCSI服務(wù)配置：配置iSCSI目標(biāo)，設(shè)置“Tag number”為1，表示對要連接到該設(shè)備上的Initiators沒有限制，組建IP-SAN的網(wǎng)段為192.168.153.0/24；設(shè)置隧道入口點Portal，即OPT網(wǎng)卡的IP地址，本例為192.168.153.20：3260；設(shè)置Targets，選擇創(chuàng)建好的磁盤陣列作為擴展設(shè)備使用，這樣就完成了IP-SAN組建。

要訪問該IP-SAN中的磁盤陣列，需要在客戶端操作系統(tǒng)上安裝iSCSI客戶端程序才能支持iSCSI協(xié)議[7]。運行時，通過discovery添加Target Portal：設(shè)置要訪問的IP地址為192.168.153.20，同時定義端口號為3260，這樣就可以連接到遠(yuǎn)端的存儲服務(wù)器，訪問磁盤陣列了。具體實踐過程中，本例的實驗環(huán)境為：NAS服務(wù)器：VMware+FreeBSD+FreeNAS+ iSCSI、客戶端：VMware+Windows+iSCSI，經(jīng)過測試，能正常訪問數(shù)據(jù)服務(wù)，由于組建了RAID5，實現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)。

5結(jié)束語

大數(shù)據(jù)的存儲，不僅需要安全的數(shù)據(jù)保護(hù)手段，也需要高效的I/O磁盤性能[8]。通過上例，在VMware中實現(xiàn)了NAS技術(shù)。在此基礎(chǔ)上擴展，增加2個群集節(jié)點和一個域控制器，就可以實現(xiàn)服務(wù)器群集，實現(xiàn)系統(tǒng)高可用性。

參考文獻(xiàn)

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