未培,莊彥

（1.安徽工商職業(yè)學院,安徽合肥230041；2.合肥工業(yè)大學,安徽合肥230002）

隨著各行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化水平的不斷提高,基于信息存儲的業(yè)務呈現(xiàn)幾何倍數(shù)的增加,同時產(chǎn)生的業(yè)務數(shù)據(jù)量也呈現(xiàn)驚人的爆炸式增長.這些海量數(shù)據(jù)的存儲、管理和利用無疑給我們提出了亟待解決的難題.隨著存儲技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺已成為解決海量數(shù)據(jù)存儲、管理和高效利用的主流平臺.同時,各種應用對平臺所能提供的存儲容量、數(shù)據(jù)傳輸性能、數(shù)據(jù)訪問性能、數(shù)據(jù)管理能力、存儲擴展能力等諸多方面性能也提出了越來越高的要求,甚至應用系統(tǒng)的性能直接取決于存儲網(wǎng)絡(luò)平臺的性能.為了提高存儲環(huán)境,提高整體性能和可用性,存儲虛擬化技術(shù)正越來越受到各行業(yè)的關(guān)注,采用存儲虛擬化技術(shù)的產(chǎn)品也不斷地被各行業(yè)所應用.

1 存儲虛擬化的類型

存儲虛擬化就是指通過對存儲系統(tǒng)或存儲服務的內(nèi)部功能進行抽象、隱藏或隔離,使對存儲或數(shù)據(jù)的管理與對應用、服務器、網(wǎng)絡(luò)資源的管理分離,從而實現(xiàn)應用和網(wǎng)絡(luò)的獨立管理[1].是通過某種技術(shù)將多個或多種存儲設(shè)備統(tǒng)一起來,形成一個有機整體,使之相對于應用系統(tǒng)透明,并為應用系統(tǒng)提供大容量、高數(shù)據(jù)訪問和高傳輸性能的存儲系統(tǒng),以協(xié)調(diào)的方式在其支持的應用之間實現(xiàn)更有效的共享.

存儲虛擬化幾乎可以部署在存儲網(wǎng)絡(luò)的任何位置,從操作系統(tǒng)設(shè)備文件,直至主機總線適配器、存儲網(wǎng)絡(luò)和存儲陣列.目前有較為成熟產(chǎn)品的存儲虛擬化技術(shù)大體上可歸納為3類,包括基于主機的存儲虛擬化、基于存儲設(shè)備的存儲虛擬化以及基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化[2].

1.1 基于主機的存儲虛擬化

基于主機的存儲虛擬化是一種通過特定軟件實現(xiàn)多個異構(gòu)磁盤陣列的統(tǒng)一管理,并向操作系統(tǒng)呈現(xiàn)統(tǒng)一的邏輯虛擬存儲空間的一種技術(shù),其不需要借助特殊的硬件即可實現(xiàn)存儲虛擬化的控制和管理.該種技術(shù)又被稱為基于服務器的虛擬化[3].其代表產(chǎn)品為SymantecVeritas VolumeManager.

基于主機的存儲虛擬化不需要任何附加硬件,通常由主機操作系統(tǒng)下的邏輯卷管理軟件來實現(xiàn),能夠支持異構(gòu)的存儲設(shè)備,最容易實現(xiàn),其設(shè)備成本最低.但是其缺點也是很明顯的：其一,由于主機額外需要運行虛擬化軟件,占用了主機大量的處理時間,導致其實際運行的性能受到較大的影響[4]；其二,由于主機在整個系統(tǒng)中的重要地位,一旦主機出現(xiàn)故障可能會導致整個SAN（Storage Area Network）[5]系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的完整性受到破壞；其三,由于不同存儲廠商軟硬件的差異還可能帶來不必要的互操作性開銷,使得這種方法的靈活性較差.用這種方式構(gòu)建的虛擬存儲系統(tǒng),其主機端是一性能瓶頸,不大適合多媒體處理業(yè)務,在廣電行業(yè)中已很少采用.

1.2 基于存儲設(shè)備的存儲虛擬化

基于存儲設(shè)備的虛擬化技術(shù)是用于解決多個異構(gòu)主機訪問同一個磁盤陳列的虛擬化技術(shù).該虛擬化的工作是在磁盤陣列控制器上完成,通過內(nèi)建虛擬化軟件的磁盤陣列控制器技術(shù),將一個陣列上的存儲容量劃分為多個存儲空間（LUN）,以便供不同的主機訪問[1].這種在存儲設(shè)備控制器中實現(xiàn)的虛擬化技術(shù)又被稱為存儲控制器的虛擬化.這類產(chǎn)品本身就是完整的磁盤陣列,但控制器兼有虛擬化功能,可管理異質(zhì)存儲設(shè)備[6].其代表產(chǎn)品為H3C IX/EX系列、HP EVA.

基于存儲設(shè)備的虛擬化,虛擬化功能集成在存儲設(shè)備上,不依賴于某個特定主機,能夠支持異構(gòu)的主機系統(tǒng),使得存儲對于用戶和管理人員都是透明的,易于管理.但是該種方式需解決不同廠家的存儲設(shè)備存在的不兼容性問題,如果無法很好地兼容各種廠商的存儲設(shè)備,那么基于存儲設(shè)備提供的存儲虛擬化解決方案將是不完全的,有缺憾的[7].

1.3 基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化

基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化能夠解決當有多個異構(gòu)主機需要訪問多個異構(gòu)存儲設(shè)備的問題[8].作為當前主流的存儲虛擬化技術(shù)[9],其虛擬化工作在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上實現(xiàn),虛擬化軟件可以安裝在SAN上的某些智能交換器上,也可以安裝在SAN上專門連接的一臺應用服務器上.該技術(shù)由智能交換器或?qū)ｉT的應用服務器提供存儲虛擬化服務.還可由交換器或服務器監(jiān)控并記錄SAN的存儲動作,并為SAN上的數(shù)據(jù)流與數(shù)據(jù)存儲位置產(chǎn)生元數(shù)據(jù)[7].其代表產(chǎn)品為IBMSVC、HP SVS200.

存儲虛擬化的實施既不在主機端,也不在存儲設(shè)備端,可支持異構(gòu)主機和異構(gòu)存儲設(shè)備,具有較高的開放性和可擴展性.雖然目前的產(chǎn)品成熟度不是很高,但是相對于前兩種類型,這種類型具有更好的發(fā)展前景.

2 存儲虛擬化的實現(xiàn)方式

存儲虛擬化實現(xiàn)的核心就是虛擬化引擎的設(shè)計,可通過軟件或硬件的方式實現(xiàn).為了保證通過存儲虛擬化后,網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)可以同時支持IP SAN、FC SAN、NAS等多種存儲訪問協(xié)議,虛擬化引擎內(nèi)置了多協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎,將來自前端應用服務器的多種主機數(shù)據(jù)訪問單元與后端存儲陣列的存儲數(shù)據(jù)訪問單元進行解析和轉(zhuǎn)換,保證數(shù)據(jù)的正確讀寫訪問.

按照實現(xiàn)虛擬的過程是否與正常的數(shù)據(jù)讀寫過程同時進行,虛擬化又分為“帶內(nèi)”和“帶外”兩種機制.

帶內(nèi)虛擬技術(shù)虛擬和數(shù)據(jù)讀寫同時進行,其在數(shù)據(jù)讀寫的過程中,在主機到存儲設(shè)備的路徑上實現(xiàn)存儲虛擬化,也被稱為“同步虛擬”,其架構(gòu)如圖1所示.

圖1 帶內(nèi)虛擬化

帶內(nèi)虛擬化引擎位于主機和存儲節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通道上,可部署在主機、存儲網(wǎng)絡(luò)或存儲設(shè)備等位置上.因為位于數(shù)據(jù)讀寫的關(guān)鍵路徑上,當數(shù)據(jù)訪問量異常大時會成為瓶頸,虛擬化設(shè)備發(fā)生故障時,整個系統(tǒng)也將中斷.

帶外虛擬化技術(shù)的虛擬工作實現(xiàn)在數(shù)據(jù)讀寫之前,也就是說其實現(xiàn)虛擬的部分在主機到存儲設(shè)備的訪問路徑之外,也被稱為“異步虛擬”.其架構(gòu)如圖2所示.

圖2 帶外虛擬化

采用帶外虛擬化存儲時,存儲的配置和控制信息由虛擬化引擎負責完成,數(shù)據(jù)存儲管理功能對存儲節(jié)點是透明的,其引擎位置處于主機和存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道之外,并通過某種網(wǎng)絡(luò)連接方式與主機系統(tǒng)通信.該種方式要求獲取數(shù)據(jù)的主機服務器都必須安裝客戶端軟件或主機適配卡.當主機層需要訪問存儲時,首先由客戶端軟件向引擎發(fā)出請求,引擎根據(jù)請求返回相關(guān)存儲列表信息,比如邏輯卷結(jié)構(gòu)、屬性、邏輯卷與物理塊之間的映射等信息,然后,主機客戶端軟件根據(jù)相應信息實現(xiàn)SAN尋址,完成對存儲數(shù)據(jù)的讀取[8].

由于虛擬化模塊位于主機和存儲節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通道之外,通過某種網(wǎng)絡(luò)連接方式與主機系統(tǒng)通信,因此能夠提供很好的訪問性能,并且無需對現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行改變,相比帶內(nèi)方式,這種方式的系統(tǒng)可擴展性很強,但數(shù)據(jù)的安全性難以控制,此外,實施難度大于帶內(nèi)模式.

從帶內(nèi)虛擬和帶外虛擬的實現(xiàn)方式可以看出,帶內(nèi)虛擬技術(shù)的類型可以是基于主機的存儲虛擬化,也可能是基于存儲設(shè)備的存儲虛擬化；而帶外虛擬技術(shù)的類型只能是基于存儲網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的,這也是主流的存儲虛擬化技術(shù)[9].

3 存儲虛擬化的應用

通過帶內(nèi)或者帶外的存儲虛擬化技術(shù),目前已實現(xiàn)在主機端、存儲設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)中將諸如磁帶、磁盤、數(shù)據(jù)塊、文件、文件系統(tǒng)等存儲資源虛擬成虛擬磁帶、虛擬磁盤、虛擬數(shù)據(jù)塊、虛擬文件、虛擬文件系統(tǒng)等.

從發(fā)展趨勢看,基于主機和基于存儲設(shè)備的存儲虛擬化相對于基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化來說,技術(shù)層面已經(jīng)進入成熟期,且價格相對來說較低,因此,其仍然具有較大的市場應用范圍.而基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化由于其對異構(gòu)主機和異構(gòu)存儲設(shè)備的支持,具有較高的開放性和可擴展性等特點,其未來的應用空間巨大.

存儲虛擬化已經(jīng)不再是一個概念,而是一項較為成熟的、可實施的技術(shù).盡管虛擬存儲技術(shù)在應用和推廣中仍存在著一些問題,比如目前還沒有一個行業(yè)標準,但是其作為共享存儲管理的主流技術(shù)已在很多領(lǐng)域得到了大量的運用,可以預見,在不久的將來,它必將在海量數(shù)據(jù)處理行業(yè)中扮演更為重要的角色.

4 小結(jié)

存儲虛擬化技術(shù)因其為系統(tǒng)提供的可用性、可靠性、易于維護等優(yōu)點,已在海量數(shù)據(jù)處理行業(yè)中得到大量應用,并正在成為存儲領(lǐng)域的核心技術(shù).同時,虛擬存儲化技術(shù)仍然存在著一些不能忽視的問題,比如：①存儲虛擬化的行業(yè)標準問題,只有盡快制定出業(yè)界公認的技術(shù)標準,解決各廠商及產(chǎn)品之間的互操作問題,才能推動該技術(shù)的發(fā)展和應用；②為適應不同用戶、不同應用環(huán)境的多樣化需求,存儲虛擬化技術(shù)本身還應不斷加強數(shù)據(jù)備份、恢復、容災、多重鏡像支持等方面的豐富和完善.

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