一種在虛擬機上實現數據存儲技術的方法

王姝

摘要：分析了數據的存儲架構和存儲網絡間的通信技術，針對教學過程中由于缺少存儲設備而導致的數據存儲實驗難做的問題，給出了一種實驗室的NAS存儲設計方案，并介紹了在VMware中使用FreeNAS實現NAS技術的方法。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，設置OPT網卡和iSCSI目標，使得客戶端連接到存儲服務器，訪問磁盤陣列。通過教學實踐，取得了不錯的教學效果，有一定的參考價值。

關鍵詞：數據存儲；FreeNAS；NAS；IP-SAN；VMware

中圖分類號：TP309文獻標志碼：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，大數據吸引了越來越多的關注。根據維基百科的定義，大數據是指無法在可承受的時間范圍內，用常規軟件工具進行捕捉、管理和處理的數據集合。從技術上看，大數據的特色之一是對海量數據進行存儲，而數據存儲的容量已從TB增加到PB乃至NB和DB，大數據無法用單臺的計算機進行處理，必須采用分布式架構[1]。

目前，數據存儲設備價格居高不下，在數據存儲課程教學過程中，由于缺少存儲設備，導致實驗無法展開。經過實驗，研究出一種在VMware中使用FreeNAS實現NAS技術的方法，實驗效果良好。

1數據存儲技術

1.1數據存儲架構

存儲系統的網絡架構有直接附加存儲、網絡附加存儲和存儲區域網絡3種[2]：

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

②網絡附加存儲（NAS）是一種網絡直連存儲設備的機制，由于這些設備都分配有IP地址，通過網絡接口與網絡直接相連，用戶通過網絡訪問。

③存儲區域網絡（SAN）是一種面向網絡的存儲結構，通過高速網絡將一個或若干個網絡存儲設備與服務器連接起來的專用存儲系統。常用的實現方式有采用光纖通道、FCP協議的FC-SAN及iSCSI的IP-SAN。

這3種網絡存儲架構各有特點，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的需求，同時數據的安全性要求很高，還支持跨平臺數據共享，具有相當好的性能價格比。

1.2網絡存儲通信技術

網絡存儲通信中使用到的相關技術和協議包括SCSI、獨立磁盤冗余陣列（RAID）、iSCSI及光纖通道[3]：①SCSI支持高速、可靠的數據存儲；②RAID提供改進的性能和磁盤容錯能力；③iSCSI技術支持通過IP網絡實現存儲設備間雙向的數據傳輸，其實質是使SCSI連接中的數據連續化；④光纖信道是一種提供存儲設備相互連接的技術，支持高速通信。

2實驗室的NAS存儲方案設計

NAS以數據為中心，存儲系統通過網絡接口與網絡直接相連，用戶通過網絡訪問NAS的信息資源[4]。實驗室構建的存儲網絡是基于NAS的快速以太網，教師機、學生機、服務器和NAS設備都接入該網絡，并且屬于同一個網段，如圖1所示。

①NAS存儲服務器用于管理存儲設備進行存儲數據，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塊數據盤和一塊校驗盤。出于安全考慮，用另外一塊做熱備用磁盤，當陣列中一個正在使用的物理磁盤發生故障后，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設備，實現對NAS設備的配置管理，完成RAID5的組建和用戶的訪問權限設置。

③客戶端：可以通過網絡訪問NAS存儲設備。

3在VMware中使用FreeNAS系統組建NAS共享網絡

在VMware虛擬機上實現NAS，需要一臺安裝有FreeNAS的服務器，該服務器應有2塊橋接式網卡，一個網卡的IP地址用于讓配置PC完成對存儲設備的配置使用，稱為配置IP或者管理IP，如192.168.153.5；另外一個網卡的IP地址用于對外提供數據服務，稱為數據IP，如192.168.153.10。

3.1在VMware中安裝FreeNAS

FreeNAS是針對企業市場推出的存儲操作系統，能將一臺普通PC變成網絡存儲服務器。該軟件基于FreeBSD、Samba和PHP，支持CIFS、FTP、NFS、RAID（0，1，5）和Web界面的設定工具。用戶可以通過Windows、FTP、SSH及網絡文件系統來訪問存儲服務器[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，設定該“IP LAN”為配置IP，即192.168.153.5。編輯該虛擬機參數，為系統添加4塊10 GB的SCSI接口的磁盤，再添加一塊網卡，保存設置，然后重啟FreeNAS。

3.2在配置PC上配置FreeNAS實現共享磁盤

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，進入FreeNAS的Web配置環境。

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

②進入網絡管理，添加網卡，設置其IP地址為數據IP：192.168.153.10；

③進入“網絡共享”設置，設置磁盤da1共享給所有用戶，并允許匿名用戶訪問。

在客戶機上登錄，通過網絡訪問數據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，為服務器提供存放數據文件的磁盤空間，設置過程如下：

①添加磁盤：進入磁盤管理，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創建后，系統會給出RAID5的卷名，完成RAID的創建。

4使用FreeNAS組建IP-SAN

在使用FreeNAS進行磁盤管理的基礎上，可以組建IP-SAN網絡。

①在FreeNAS中添加一個OPT網卡，該網卡在服務器和磁盤陣列iSCSI協議傳輸中使用，并定義其IP地址，如：192.168.153.20。

②在FreeNAS中完成iSCSI服務配置：配置iSCSI目標，設置“Tag number”為1，表示對要連接到該設備上的Initiators沒有限制，組建IP-SAN的網段為192.168.153.0/24；設置隧道入口點Portal，即OPT網卡的IP地址，本例為192.168.153.20：3260；設置Targets，選擇創建好的磁盤陣列作為擴展設備使用，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上安裝iSCSI客戶端程序才能支持iSCSI協議[7]。運行時，通過discovery添加Target Portal：設置要訪問的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端的存儲服務器，訪問磁盤陣列了。具體實踐過程中，本例的實驗環境為：NAS服務器：VMware+FreeBSD+FreeNAS+ iSCSI、客戶端：VMware+Windows+iSCSI，經過測試，能正常訪問數據服務，由于組建了RAID5，實現了可靠的數據保護。

5結束語

大數據的存儲，不僅需要安全的數據保護手段，也需要高效的I/O磁盤性能[8]。通過上例，在VMware中實現了NAS技術。在此基礎上擴展，增加2個群集節點和一個域控制器，就可以實現服務器群集，實現系統高可用性。

參考文獻

[1] Somasundaram G，Shrivastava A.數字信息的存儲、管理和保護[M].馬衡，趙甲，譯.北京：人民郵電出版社，2013.

[2]武春嶺，魯先志.數據存儲與容災[M].北京：高等教育出版社， 2015.

[3]熊曦.NAS環境下虛擬機的存儲性能優化[D].廣州：中山大學，2012.

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[5]晏強，張曉鋒，丁蕊.云存儲技術研究[J].計算機信息與技術， 2011（5）：22-24.

[6]陳永府，宋鵬，王啟富，等.云環境下的數據防泄密存儲技術[J].計算機應用與軟件，2016，33（10）：288-293.

[7]喬猛生，趙洋.基于光纖通道存儲區域網的改進DHCHAP安全協議研究[J].計算機應用與軟件，2016，33（10）：135-139.

[8]劉帆.關系數據庫中實時高效元數據存儲算法優化研究[J].科學技術與工程，2017，17（17）：255-260.