分布式存儲設備管理的優化方法研究

朱麗霞，李 凡

（1．南瑞集團有限公司，江蘇 南京211000；2．南京基石數據技術有限責任公司，江蘇 南京210093）

0 引 言

隨著大數據技術和云計算技術的推廣應用，虛擬化的計算技術已經比較成熟，但是虛擬化的數據存儲在技術上跟虛擬化計算相比卻沒有較大的改進。為了滿足大規模的應用快速開發和快速部署的需要，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，運維的復雜程度不斷增加，無法滿足SLA服務等級協議的要求。軟件定義存儲技術的出現，使得存儲的管理簡單化，降低了數據中心的運營成本，并且可以滿足SLA服務等級協議的要求。

1 數據存儲面臨的問題

目前數據中心的存儲體系結構大部分還是依賴硬件，當存儲容量需求增大時，就要新增更多的存儲硬件，但當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。硬件數量增多后，硬件運維管理的復雜程度也會增加，造成總體成本不斷增加。即使存儲硬件系統的性能更強，容量更大，但這種方式極不靈活，無法快速應對需求的變化。

（1）為適應SLA要求而進行的調整過程非常復雜

存儲硬件的資源調度和日常管理很不靈活，難以支撐不斷變化的應用服務等級。數據中心在建設的前期，需要對系統進行大量的規劃工作，滿足性能和容量的要求，同時能夠適應不同的應用服務，但這種配置規劃是靜態固定的。每當有新的應用需要存儲空間時，需要將這些應用映射到固定的存儲池中。當應用需求發生變化時，存儲也要隨著發生改變，虛擬機可能需要遷移到新的存儲邏輯單元或者卷中。這時，又需要對系統重新開始進行費時費力的規劃，并且投入更多的資金。更加糟糕的是，當系統出現故障時，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。當容量不足時，用戶只能重新購買新的存儲設備，這也是相當大的一部分成本投入。如果需要大規模的升級存儲系統，需要支付昂貴的升級費用，或者徹底更換新的硬件，結果就是在不斷重復的購買昂貴設備。

2 軟件定義存儲

基于軟件定義的存儲技術會給數據中心的存儲帶來更加經濟和高效率的運行和維護方式。這種創新的方式將改變存儲的分配、調度和管理。軟件定義存儲從應用的角度出發，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據中心可以實現更加高效敏捷的環境，提供高速、易用、經濟的解決方案。

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，主要架構分為兩層，虛擬數據層和驅動控制層。

（1）虛擬數據層，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，可以靈活的使用和管理。數據層可支持各種類型的存儲設備，如虛擬磁盤、磁盤陣列、老式磁帶、光盤存儲系統或者其他設備。在虛擬數據層，所有的物理存儲被劃分為虛擬磁盤，作為系統底層物理基礎架構。使用虛擬卷和虛擬SAN，存儲基礎架構為虛擬數據層提供存儲容量、性能、服務等功能，并且通過算法自動調配服務的級別。

（2）驅動控制層，作為虛擬數據層和應用層之間的橋梁，遵循管理上的策略，實現自動化管理存儲、分配資源的功能。根據不同應用程序的需要，分配不同的容量給應用，滿足應用程序的性能和數據要求，驅動控制層同時管理各種不同類型的存儲。在驅動控制層，不管是磁盤陣列、云端存儲還是普通服務器的存儲，都被視為通用的存儲基礎架構，驅動控制層采用通用的管理方式。驅動控制層采用管理策略來定義不同的存儲類別，當應用的需求發生變化時，管理策略也會隨之更新，驅動管理層自動根據策略來調整資源，虛擬機應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、應用程序、系統資源。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、內存、存儲、網絡等信息，管理各個應用程序的運行情況，如CPU使用率、內存占用率、存儲使用率等。根據這些信息，虛擬化管理軟件統一調配存儲資源，在各個應用之間平衡。

3 優化思路

軟件定義存儲改變了傳統的存儲管理模式，傳統方式從存儲硬件到上層應用，以磁盤陣列為主，軟件定義存儲以應用為主，根據上層應用的需求，選擇適當的下層存儲。

按照軟件定義存儲的優化思路，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，可以靈活的進行擴展。針對虛擬機應用對存儲的需求，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，將數據中心現有的各種類型的存儲資源整合成為統一的存儲資源池，以便于虛擬機的應用程序調用。在混合存儲體系結構中，虛擬存儲網絡會將連接的HDD和SSD統一虛擬化為一個存儲池，提供分布式的共享數據存儲，將底層的存儲應用虛擬化，為用戶的應用程序提供軟件定義存儲。普通磁盤提供數據的存儲，SSD可提供更快速度、更高性能的數據存儲。

虛擬卷是連接虛擬機和存儲之間的重要一環，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，現有的架構和流程不變。虛擬卷能夠感知虛擬機的數據操作，并將其轉發給存儲執行。虛擬卷是一種虛擬磁盤容器，獨立于底層的物理存儲，是數據管理的基本單元。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，與硬件設備無關。開發者還可以在現有存儲功能上進行自定義開發，通過軟件定義的方式，開發更多創新的存儲功能。

4 結 論

軟件定義存儲提供了高效、快速、經濟的存儲解決方案，將存儲服務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，可以根據實際的需要進行動態分配。這種方式整合了資源，全面降低了存儲基礎架構的成本和運維的復雜程度。隨著軟件定義存儲技術的發展，其優勢勢必會在未來數據中心的建設中發揮重要作用。