存儲虛擬化應用及分析

楊鵬川

摘 要：虛擬存儲（Storage Virtualization），就是把多個存儲介質模塊（如硬盤、RAID）通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個存儲池中得到統一管理。這種可以將多種、多個存儲設備統一管理起來，為使用者提供大容量、高數據傳輸性能的存儲系統，就稱之為虛擬存儲。

關鍵詞：存儲；虛擬化；統一管理

1 引言

全球存儲工業協會（Storage Network Industry Association，簡SNIA）的《SNIA詞典》中對虛擬化的定義是： 為了達到提供有用抽象概念的目的，而將一種或多種（后臺）服務或功能與附加（前臺）功能相集成的活動。通常，虛擬化可以隱藏一些后臺復雜性，或將新的功能增加到或集成到現有后臺服務。通俗的講，存儲虛擬化是指把多個物理上獨立存在的存儲體通過軟件或硬件的手段集中管理起來，形成一個邏輯上的虛擬存儲單元供主機訪問。這個虛擬邏輯單元的存儲容量是它所集中管理的各物理存儲體的存儲容量之和，而它的訪問帶寬則在一定程度上接近各個物理存儲體的訪問帶寬之和。

2 主流存儲虛擬化技術

存儲虛擬化技術因各個存儲供應商的理念不同，而實現方式不同。目前，主流的存儲虛擬化技術主要分為三大類，分別是：基于主機的存儲虛擬化技術、基于SAN網絡的存儲虛擬化技術和基于存儲控制器的存儲虛擬化技術，其中，基于SAN網絡的存儲虛擬化技術又可以分為兩中實現方式--帶內和帶外。下面對這幾種存儲虛擬化技術的實現進行說明。

2.1 基于主機的存儲虛擬化功能實現

基于主機（應用服務器）上的存儲虛擬化一般通過運行存儲管理軟件（邏輯卷管理器，LVM）加以實現。管理軟件的作用就是向系統輸出一個單獨的虛擬存儲設備（或者可以說一個虛擬存儲池），事實上這個虛擬的存儲設備后臺有若干個獨立的存儲設備組成，只不過在系統看來他們是一個有機的整體。通過這種模式，用戶不需要直接去控制管理這些獨立的物理存儲設備。當存儲空間不夠的時候，管理軟件會從空閑的磁盤空間中映像更多的空間輸出給系統，而系統看來它所使用的虛擬存儲設備的空間在動態的增加，并沒有影響到它的

使用。由此可見，基于主機的虛擬化可以使系統在存儲空間調整過程中仍然保持在線狀態。另外一個優勢體現在， 通過虛擬可以實現主機上存儲設備并行使用。

2.2 基于SAN網絡的存儲虛擬化功能實現

基于SAN網絡的存儲虛擬化技術是實現存儲虛擬化的一個發展方向。與基于主機存儲虛擬化不同，基于SAN網絡的存儲虛擬化功能是在SAN網絡層完成的。具體的存儲虛擬功能的實現可以在交換機或存儲虛擬化服務器中進行。

依據虛擬化引擎的位置不同，存儲虛擬化技術分為帶內（in-band）和帶外（out-of-band）兩大類。如果引擎工作在數據的訪問通道上，例如訪問主機、存儲以或光纖交換機上，那么就成為帶內虛擬技術，否則就是帶外虛擬技術。

2.2.1 帶內存儲虛擬化實現方式

所謂帶內虛擬化，常常也稱作對稱虛擬，是虛擬化引擎應用在應用服務器和存儲的數據通路上的實現方式。在標準的設置中，在存儲虛擬化服務器上運行的虛擬軟件允許控制數據和需存儲的實際數據在相同的數據通路內傳遞。存儲虛擬化服務器接受來自主機的數據請求，隨后存儲虛擬化服務器會在其后臺的存儲設備中搜索數據（被請求的數據可能分布于多個存儲設備中）。當數據被找到后，存儲虛擬化服務器將數據傳送給主機，完成一次完整地請求響應。在用戶看來，帶內虛擬化存儲虛擬化服務器好像是直接附屬在主機上的一個存儲設備（或子系統）。

基于帶內的存儲虛擬化功能實現還有另外一種表現方式，目前在某些型號SAN網絡交換機上內置了一個小型的SAN應用服務器板卡，在這個板卡上安裝存儲虛擬軟件用于代替外置的存儲虛擬化服務器。

2.2.2 帶外存儲虛擬化實現方式

所謂帶外虛擬化，又叫做不對稱虛擬，是在數據通路外的存儲虛擬化服務器上實現的虛擬功能。控制數據和存儲數據在不同的數據通路上傳輸。一般情況下，存放在使用單獨通路連接到應用服務器的元數據服務器上，而存儲數據在另外的通路中傳遞（或者直接通過存儲網絡在服務器和存儲設備間傳遞）。通道外方式的設計是通過從數據流中分割管理信息，避免通道中結構所產生的內在運行問題。在通道外結構中，有一個叫做元數據服務器的單獨硬件，它存有虛擬化存儲的邏輯-物理關系信息，向每一個服務器傳送信息，分配I/O指令這種數據傳送通過一個獨立的網絡完成，，它與數據交流使用的光纖通道分開，這即是通道外模式。元數據服務器和主機之間的傳輸通常是通過裝在主機上的接口程序來實現的，這臺主機與修改后的、對指令重新分配的I/O驅動器共同工作。由于主機直接將虛擬化存儲指令分配到目的設備上，I/O運行不再受到增加等待時間或帶寬的制約。這樣，通道外方式理論上更適合于高性能應用。它還避免了通道內自有的數據完整性問題。帶外虛擬減少了網絡中的數據流量。但是一般需要在主機端安裝代理軟件。

2.3 基于存儲設備的存儲虛擬化實現方式

存儲虛擬化也可以在存儲設備內部或存儲子系統內部加以實現。比如說磁盤陣列就是通過磁盤陣列內部的控制系統進行的虛擬，同時也可以在多個磁盤陣列間構建一個存儲池。這種基于存儲設備或存儲子系統的虛擬通過特定的算法或者映射表把邏輯存儲單元映射到物理設備之上。最終實現的就是邏輯卷獨立于其所屬的存儲設備。根據采用的方案不同，RAID、鏡像、盤到盤的復制以及基于時間的快照都采用了此類虛擬化。通過虛擬化，虛擬磁帶庫、虛擬光盤庫等都得以在存儲子系統中加以實現。

3 廠商產品介紹

很多公司提供存儲虛擬化產品，根據上節中現有技術的分類與分析，各類存儲虛擬化技術的提供廠商如下：

3.1 基于主機的存儲虛擬化產品

Symantec公司的 Storage Foundation

3.2 基于SAN網絡的存儲虛擬化產品

（1）帶內產品

IBM公司的SAN VolumeController（SVC）

DataCore公司的SANsymphony

FalconStor公司的IPStor

（2）帶外產品

EMC公司的Invista

LSI公司的StoreAge Storage Virtualization Manager（SVM）

Incipient公司的Network Storage Platform

3.3 基于SAN 網絡的存儲虛擬化產品

Hitachi Data Systems 的Universal Storage Platform（統一存儲平臺）

4 應用收益

使用存儲虛擬化技術可以帶來經濟、建筑、能源、管理等多方面的效益，從單位的需求與自身特點來看，云計算項目中存儲虛擬化涉及的目標應該主要包含以下5點：

4.1 提高存儲設備的利用率

通過存儲虛擬化技術，可以建立存儲池，將所有可用的存儲設備（可跨越地理位置或生產商）作為一個存儲池進行管理，可以實現存儲資源的高效利用，多余的容量可以分配給需要的服務器和應用程序。存儲虛擬化使磁盤使用率提高，優化了存儲資源；統一的存儲管理減少了人為錯誤；無縫磁盤擴展提高了效率；通過分層存儲池可施行成本控制。

4.2 降低用戶訪問數據的復雜性

通過存儲虛擬化，各業務系統的管理員不用再花費精力和時間去關心存儲環境中底層物理環境的復雜性，也不用再去關心設備異構與否。他們只需在應用層面上直接提出自己的需求，并通過虛擬化的手段實現：系統需要多大的存儲空間滿足現在和將來的存儲量需求？存儲的效率如何？存儲資源的利用率怎樣？為存儲而支付的成本是多少？

4.3 實現異構存儲整合

存儲虛擬化可將xx集團現有的各存儲系統進行統一管理變成現實；可以為需要存儲容量的服務器或應用分配未被使用的存儲容量，對容量可以進行無縫擴展，以滿足應用需求，實現存儲的集中管理。此外，用戶可以繼續選擇完善的存儲技術來滿足不斷增長的需要——無論是哪個廠商的存儲設備都可以無縫集成到企業的基礎存儲架構中。

4.4 實現分級（層）存儲

面對日益增長的海量數據，大部分企業目前所部署的存儲容量已經使傳統存儲解決方案無法滿足IT機構對靈活性、經濟有效性和易于管理性的需求，因此未來的存儲解決方案必須支持眾多可分層的不同存儲系統，以滿足不同類型數據的獨特需求，從而實現完整的生命周期管理。IDC的研究結果顯示，在今后的兩年里，將分層存儲的理念變成能為IT管理人員使用的現實將是存儲硬件和軟件行業的一個重要目標。

4.5 減輕數據維護人員的負擔

自動備份、復制和其他服務將消除很多人工親自干預的機會。這些人工干預往往屬于―人力密集型的任務，造成很高的管理成本。比如個業務系統的管理員每天需要查看備份情況、需要檢查容災數據同步情況等，需要占用很多的時間用于重復性的工作。存儲虛擬化技術既增加了存儲系統的可靠性，又使得IT技術人員從繁重的管理操作中解脫出來，轉為從事其他工作。因此，存儲虛擬化將顯著提高企業的技術投資回報，取得良好的效益。

5 結束語

如何選擇正確的、適合單位需求的存儲虛擬化架構是一件復雜的事，可以從以下幾方面進行考慮：（1）產品是否已經可用；（2）虛擬化是否影響性能；（3）存儲虛擬化應該在網絡還是在陣列中完成；（4）實行了存儲虛擬化后，要將其移除的困難性；（5）是否有存儲不應放到存儲虛擬化的保護傘之下；（6）虛擬機的數量對存儲有何影響。只有從單位自身的條件和需求出發，才能建設起實用的虛擬化架構。

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