如何掌控 存儲對虛擬機的影響

服務器虛擬化在提高效率、降低成本的同時，也使存儲容量大量增加，并使存儲全生命周期的成本大幅提高，同時帶來了復雜性。因此，在虛擬化環境中，使用新的技術優化存儲，從而有效防止存儲容量的膨脹，就變得至關重要。

三年前，IBM系統存儲總經理Andy Monshaw在演講時曾經說過:“在2005年之前，數據量仍在可控范圍內，因為在那個時候人們有能力預測明年將有多大的存儲需求?！钡撕?，由于數據量的急速上升、各種法律規定的不斷增多以及人們對數據的復雜度(比如數據挖掘)要求不斷提高，存儲需求開始劇烈增長。

本世紀初期，IT經理們通過持續改進，基本上能夠控制成本，同時獲得較好的運營效果，如使用更好的維護方式和更充分地利用現有的存儲容量。但從2005年開始，數據量的增長速度迅速加快，控制成本變得越來越難，于是越來越多的IT經理選擇了服務器和桌面計算機的虛擬化。

服務器與存儲間的矛盾

服務器虛擬化能夠使一臺物理服務器成為多個用戶的虛擬機，每個虛擬機不僅需要擁有20GB的操作系統空間，還需要自己的存儲空間、備份空間和存儲I/O。隨著越來越多的用戶要求運行各式各樣的應用程序，有越來越多的I/O密集進程啟動，使虛擬服務器變得雜亂無章。

改進的自動分配系統使配置新的虛擬機變得十分容易，幾分鐘就可以完成。許多企業目前擁有虛擬化革命以前十倍數量的操作系統。Gartner Group在其“2009企業存儲關鍵問題”報告中指出，自從“靈活的服務器虛擬化部署工具需要共享存儲以來，許多企業開始初次部署SAN和NAS……結果，存儲適配器突然之間變成了應用程序性能的瓶頸，在傳統的備份方式環境下問題尤其多?！边@些問題包括:

●大量消耗存儲網絡空間;

●剩余存儲網絡資源緊張;

●備份數據激增;

●頻繁地需要增加新的存儲空間;

●存儲結構、存儲管理、數據復制的復雜度增加。

服務器虛擬化使我們不得不將存儲在低成本、高容量磁盤驅動器中的操作系統數據轉移到SAN/NAS環境中，而往往使SAN/NAS每GB存儲量的成本更高。此時，存儲虛擬機可能會(很多情況下已經)帶來巨大的成本。由于維持存儲的全生命成本大約是購買價格的7倍，因此，使用新的技術在虛擬化環境中優化存儲從而防止存儲膨脹，變得至關重要。

如何平衡與優化

如果管理得當，虛擬化服務器環境中的SAN/NAS存儲配置能夠減少存儲數據的成本、提高性能、簡化操作。通常情況下，用戶可以優化經典的“cheaper-better-faster”三角形的兩個邊，但無法優化全部的三個邊，因為目前還不存在“三贏”的方法。

下面我們將比較6種虛擬存儲管理技術，并評價哪種技術或混合技術能夠最佳地應付何種數據管理的挑戰。

良好的虛擬化服務器環境需要服務器工作小組、網絡工作小組和存儲工作小組緊密團結在一起。雖然這些部門可能會變得越來越專業化，但是為了建立平衡的服務器—存儲策略，每個工作組必須了解整體的優先權、進程以及其他工作組的需求。使用虛擬服務器的存儲計劃需要系統能夠高效地滿足數據增長、成本控制和性能方面的需求。

下面是幾種節約存儲的方法，不得不說的是，其中沒有一種是完美的。

●虛擬機操作系統鏡像的重復數據刪除。刪除幾乎相同的操作系統鏡像數據，能夠極大地減少存儲空間的需求量。

●為虛擬機實施分層存儲。根據不同類型數據的相對離散度、優先權和訪問頻率，將其保存到不同的存儲層中。

●整合SAN。后面會討論到幾種簡化SAN的方法。

●考慮NAS。用NFS對虛擬機存儲和重復數據刪除簡化管理。

●使用快照功能。通過快照功能得到幾種完整操作系統鏡像的“黃金拷貝”，也就是它們的快照。這樣，大量的虛擬機都可以存儲在這幾個完整操作系統鏡像空間里。

●重復數據刪除備份。重復數據刪除備份在虛擬服務器環境中能夠帶來獨特的益處。

1. 操作系統鏡像的重復數據刪除

在虛擬環境中，每個操作系統鏡像的80%～90%是相同的。舉例來說，每位用戶的Windows啟動界面都是一樣的，在這些操作系統中，只有一些諸如主機名稱和注冊表數據等系統信息是不同的。而且，操作系統鏡像對磁盤I/O性能的影響也不大。目前，有些廠商提供主存儲器的重復數據刪除工具，使用該工具可以使操作系統鏡像的數量減少70%以上，而對使用性能影響很小。某著名存儲廠商還保證操作系統重復數據刪除功能可以減少至少50%的空間使用量。

案例 虛擬機存儲重復數據刪除得到了越來越廣泛的使用。如某大型保險公司擁有400TB以上的主存儲容量和200個虛擬服務器，每個虛擬服務器擁有20GB以上的操作系統鏡像。在對虛擬機操作系統鏡像進行重復數據刪除后，這家公司在今后三年之內將節省75萬美元的成本。

2. 使用存儲分層

IT經理們不僅會讓存儲工作團隊明確新的存儲需求量，還會確定未來存儲數據的類型。存儲工作團隊可以為這些不同類型的數據安排不同的存儲區域。有些訪問頻率較低的數據將被安排在訪問速度較慢的第三層，第三層存儲的成本比第一層要便宜5～7倍。訪問頻率更高的數據則被安排在第二層，比如應用程序及其相關數據。而訪問頻率最高的數據則被安排在第一層，這些數據往往是一些經常改變的資料或者數據庫。

請注意，有些虛擬化工具，如VMware Site Recovery Manager (SRM)目前要求恢復單一虛擬機所有數據必須存儲在一個單獨的ESX存儲池中。

案例 某金融服務公司擁有超過300TB的存儲量，虛擬機環境雜亂無章。該公司將操作系統數據存放在便宜的第三層存儲中，將經常使用的應用程序和用戶數據放在第二層和第一層。于是，公司70%的存儲量都存于第三層了，這比之前將所有虛擬機數據都存放在第一層里要減少75%的成本。

3. 整合SAN

過去的大型光纖通道SAN能夠支撐成百上千的物理服務器，而且每個光纖都有12個以上的交換機?，F在虛擬機服務器能夠以10∶1、15∶1、甚至20∶1的比例整合客戶賬戶。這種模式要求更寬、更快的數據管線和更少的端口，建立更均衡、更快的SAN。上世紀90年代，簡單雙向SAN架構足可以應付中型以下企業的需求，而目前SAN的帶寬已經達到8Gbps，這對性能的提高幫助很大。

有些虛擬化管理產品，如VMware ESX 3.x，并不支持存儲多路徑平衡，并且同一時間只支持一個I/O通道。VMware ESX 4.x現在允許第三方的多路徑軟件(如EMC的PowerPath VE)同時調用多個I/O路徑。這減少了至少50%的端口數量和帶寬需求，同時減少至少50%的成本。雖然高性能的端口可能更昂貴，但需要的數量變少了。

另一個選擇是N_Port virtualization (NPIV)，NPIV允許單一HBA支持多個虛擬主機總線適配器(vHBAs)。每個用戶操作系統在SAN中都擁有一個自己的ID，提高了可靠性和安全性。存儲管理員能夠使用現有工具觀察從虛擬服務器到存儲陣列的SAN進程。這給排查問題、I/O映射和容量規劃等工作帶來了方便。

4. 考慮NAS

除了使用管線通道或者基于SAN的iSCSI外，虛擬存儲還可以通過NFS在NAS硬件上實現。NAS設備為虛擬服務器提供隨時可以使用的文件系統，使對基于服務器的文件系統(如VMFS)不再有需求。有利就有弊，NAS相比SAN的缺點在于其安全性較低、速度較慢。不過如果部署得當，使用獨立VLAN和多個千兆以太網或萬兆以太網連接，NAS也能夠達到與光纖通道SAN同樣的安全性和速度，同時復雜度和成本更低。

NAS的優勢包括:

●虛擬機服務器操作系統的重復數據刪除能夠顯著地減少存儲需求。該功能包含在某些廠商的NAS工具中，如EMC的Celerra和NetApp的FAS。

●現有的低成本千兆和萬兆以太網可以代替復雜和昂貴的光纖通道SAN。

●NAS管理起來更簡單。比如，存儲管理員能夠在不影響主機系統的情況下將NAS存儲擴展給虛擬服務器。而SAN則需要擴展LUN或創建和提供更多的LUN給服務器，這將擴展文件系統，于是不得不給其他的管理員主機帶來改變。

部署NAS需要的最佳方案和注意事項有:

●不要遠距離路由NAS，因為延遲問題會變得很嚴重;

●在UDP和超長幀上使用NFS v3，這會最大化發揮系統性能;

●可以考慮使用獨立的VLAN，保證安全性和傳輸的獨立性;

●VMware SRM只提供有限的NAS支持。

案例 某保健組織擁有200TB以上的主光纖通道存儲，在NAS上部署了VMware后，簡化了管理工作，本地操作系統重復數據刪除也變得容易了。這家組織大大地減少了原來使用SAN時候的虛擬服務器連接成本，也減少了支持虛擬機的存儲空間需求。

5. 使用快照功能

使用基于陣列的操作系統鏡像快照能夠快速經濟地部署新的虛擬機，這一切只需要給虛擬機服務器提供可寫的、空間優化的完整“黃金操作系統鏡像”快照。系統可以利用快照快速地建立新的虛擬機，節省大量的磁盤空間?？煺甄R像的更新存放在一個不同的位置，通常命名為“save-vol”或者“snap reserve”，每個操作系統鏡像均可分別更新，保持其獨特的個性化設置。通常，許多壓縮后的操作系統快照只需要幾個完整鏡像所需的空間。

這種方法的最佳方案是:頁面文件存儲在第一層和第二層中，而不是在基于快照的C盤，因為頁面文件改變很快，使用也很頻繁。

快照需要為每個虛擬機賬戶開辟一塊新的卷或者分離的NFS卷?！包S金操作系統鏡像”的更新檔并不會自動傳播到這些卷中。解決的方法有兩種:

一個是為每個基于快照的操作系統實例配置更新檔。這很簡單，但是空間使用效率不高，尤其是當save-vol越來越大時。

另一個是為“黃金鏡像”配置更新檔，然后用新的快照重新部署所有的操作系統實例。保存系統狀態信息(注冊表、程序文件、主機名稱等)為備份。相比第一種方法，這種方法的難度要大得多，但是保證了操作系統的標準和安全性，也能夠控制更新檔越來越大帶來的存儲需求增長。

操作系統鏡像快照的部署能夠節省大量的成本和預算。舉個例子來說，存儲100個完整的20GB操作系統鏡像拷貝需要2TB的存儲空間。如果每GB需要20美元，那么就需要4萬美元左右。使用快照鏡像能夠以20倍的比率壓縮存儲需求。相同的100份拷貝通過快照部署則只需要100GB的磁盤空間，成本降低至2000美元。

案例 一家大型出版企業擁有300TB的主存儲容量，使用陣列快照為海外作者和開發商提供操作系統鏡像，獲得了更快的速度、更高的靈活性，節省了空間和成本。由于這家企業的工作量隨著出版數量而改變，快速使其能夠迅速靈活地提供VDI桌面。

6. 備份存儲的重復數據刪除

如果虛擬鏡像中重復數據太多，那么使用重復數據刪除可以減少95%的備份存儲所需空間。備份數據重復數據刪除擁有很高的投資回報率，而幾乎沒有任何副作用。下列兩種方法在虛擬環境中都可以得到很好的效果:

基于主機的備份重復數據刪除(比如EMC的Avamar和Symantec的PureDisk)都能夠代替現有的備份軟件。主機重復數據刪除將消耗更少的網絡帶寬。

基于目標的重復數據刪除(比如Diligent Technologies、EMC的Data Domain unit、NetApp和 Quantum)實施起來更方便，而且與現有備份軟件相兼容，但不會降低網絡帶寬負載。

雖然標準磁帶備份相比磁盤和虛擬磁帶庫(VTL)備份更便宜，但當使用重復數據刪除工具達到100∶1的數據壓縮率時，重復數據刪除后的磁盤將接近磁帶的存儲能力。假設使用LTO-4磁帶備份數據，其成本為200美元/TB，那么，備份100TB的虛擬機數據就需要2萬美元。如果我們假設壓縮率為25∶1的重復數據刪除磁盤的成本大約為1萬美元/TB，則壓縮前的購買成本為10萬美元，這比磁帶成本高得多，而在100∶1的壓縮率下，這一成本下降至2.5萬美元，這幾乎與磁帶備份的價格差不多。從商業角度來看，使用重復數據刪除磁盤存儲擁有一定的經濟性。

重復數據刪除磁盤存儲相比磁帶的優點如下:

●災難恢復備份的復制成本更低;

●消耗的電能、占用空間和制冷需求更少，有益于保護環境;

●遠程復制時節省帶寬;

●相比磁帶來說減少了管理上的問題;

●通過SLA顯著地減少商業危險，同時相比磁帶擁有更快的恢復速度。

案例 現在備份數據重復刪除已經非常常見。舉個例子來說:某大型區域性銀行組織擁有200TB以上的主磁盤存儲空間，支持的虛擬服務器有300～400個。使用基于源端的虛擬機備份重復數據刪除，系統幾乎取消了備份存儲系統、軟件及其維護，與此同時提高了系統的災難恢復能力。

鏈接

目標與選擇

首先，你需要確定在服務器虛擬化的存儲支持方面有哪些需要應付的挑戰。你的系統將在服務器虛擬化方面深入到什么程度?業務團隊和技術團隊都為這次改革準備好了嗎?你的服務器、存儲、網絡工作團隊互相協商解決平衡的問題了嗎?

然后，列出系統的需求、目標和優先級。對于生產性部門、測試和開發部門以及一些業務關鍵性應用來說，優先級的確定是比較困難的。一些調整參數和競爭環境也是至關重要的選擇因素。

在生產性部門，如果性能具有最高的優先級，那么使用強大的SAN是最好的方案，但萬兆NAS架構管理起來更加簡單，而分層存儲也是一個不錯的方案。

如果考慮方便和效率的話，那么，主存儲重復數據刪除、操作系統快照和備份重復數據刪除都是不錯的選擇。如果沒有遠距離路由的話，NAS解決方案將十分強大，而且方便管理。

如果成本是首要考慮的因素，那么將重復數據刪除、特定存儲分層和操作系統快照結合起來能夠組成一個最佳的方案。如果單從成本上來說，NAS的成本也很低。

在測試和開發部門，快照能提供方便的部署和再部署，主存儲的重復數據刪除能夠減少開發成本。

對于關鍵性應用來說，優先考慮的應該是可靠性和適應性、災難恢復速度等，這種情況下應該使用SAN; 如果能夠結合操作系統的重復數據刪除和基于磁盤的備份存儲，優勢將更加明顯。

總之，最終的目標還是滿足越來越大的數據量存儲需求，這需要使用高效的存儲管理和整合手段，平衡虛擬機服務器和VDI環境。

簡 訊

EMC助遼寧移動

建首個虛擬數據中心

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QLogic推出首款

QDR InfiniBand模塊

本報訊QLogic近日推出業界首款四倍速率(QDR)InfiniBand pass-through模塊，進一步擴大了業內四倍速率(QDR)InfiniBand解決方案產品系列。目前，該新型QLogic 12005-PT16 QDR pass-through模塊已經應用于高性能計算(HPC)環境下的Dell PowerEdge刀片服務器，并可無縫集成到Dell PowerEdge M1000e機箱。12005-PT16通過擴展從服務器InfiniBand夾層卡到任意外置的行業標準InfiniBand交換機(包括QLogic 12000系列QDR交換機和導向器)的連接，為Dell刀片服務器提供了40Gb/s QDR InifiniBand的專用接口。該模塊提供了具有低延遲和靈活連接架構選項的QDR線速性能，是用于典型集群的內置刀片服務器交換機的又一經濟高效的解決方案選擇。此新型模塊將刀片服務器直接同外部QDR InfiniBand核心交換機相連，從而消除了在大型集群中由于內置交換機“躍點”所造成的延遲。