淺析存儲虛擬化技術及在支付系統城市處理中心的應用

趙穎妤

摘要：存儲虛擬化技術是保障數據安全的有效手段，本文介紹了存儲虛擬化概念和實現方式，并結合支付系統的特點，認真研究了支付系統的存儲管理需求，詳細分析了IBM SVC技術實現支付系統數據存儲的解決方案。

關鍵詞： 存儲虛擬化 支付系統 SVC

一、背景

隨著我國經濟的發展，支付系統在國民經濟中發揮著越來越重要的作用。自2002年10月8日大額實時支付系統成功投產試運行以來，經過近10年的建設發展，支付系統已建成了包括大額支付系統、小額支付系統、支票影像交換系統、境內外幣支付系統、電子商業匯票系統、網上支付跨行清算系統等六大系統為主體的，較為完善的跨行支付清算服務體系，為商業銀行及貨幣市場提供支付清算服務和公共支付清算平臺，是人民銀行發揮其金融服務職能的重要核心支持系統。大量的資金通過人民銀行搭建的跨行清算平臺進行流通，以長沙清算中心為例，2012年，按照業務往來賬口徑統計，湖南省支付系統全年共處理支付業務6409萬筆，金額36萬億元，并且每年支付系統筆數按30%-50%的增長率快速增長。

支付系統的存儲系統承載著所有的業務數據和運行數據，其可靠性不僅直接影響業務運行的連續性和生產數據的安全性，更關系到社會金融的穩定。同時，隨著業務系統的不斷增加，存儲的網絡化和集中化，不同廠商存儲設備難以兼容性等問題，導致不同存儲設備的存儲資源不能共享，存儲系統容災能力差。為解決這些問題，存儲虛擬化技術應運而生，并成為存儲技術發展的主要方向。

二、存儲虛擬化的概念和實現方式

（一）存儲虛擬化技術的概念

全球網絡存儲工業協會（SNIA）對存儲虛擬化（Storage Virtualization Solutions）的定義如下：通過對存儲系統或存儲服務的內部抽象、隱藏或隔離，使存儲或數據的管理與應用、服務器、網絡資源的管理分離，從而實現應用和網絡的獨立管理。從具體實現上講，把多個存儲介質模塊，如硬盤、RAID 等通過一定的手段集中管理，所有存儲模塊在一個存儲池中得到統一調配，為使用者提供大容量、高數據傳輸性能的存儲系統的方式，就稱之為存儲虛擬化技術。

（二）存儲虛擬化的實現方式

存儲虛擬化的實現方式通常分為以下三種：基于主機或應用、基于陣列以及基于網絡交換機的虛擬化方式。不論使用何種技術，虛擬化最關鍵的就是解決物理存儲到虛擬存儲的映射。

1.主機或應用級的存儲虛擬化

基于主機或應用的存儲虛擬化的實現通常被稱為邏輯卷管理（LVM，LogicalVolume Manager）。通過在服務器上安裝虛擬存儲管理軟件，把磁盤陣列映射成一個虛擬的邏輯塊空間，再將磁盤上的物理塊或邏輯單元號（LUN，Logical Unit Number）映射成邏輯卷號，并作為基礎存儲單位提供給應用程序使用，實現各物理存儲體的集成映射。基于主機或應用的存儲虛擬化實現比較容易，可在不需要硬件支持的條件下實現形式多樣的存儲管理，對改善存儲系統的可管理性，提高存儲的安全性和可靠性很有益處。缺點是兼容性不好，擴展性差，調度工作會影響服務器的性能。

2.存儲陣列級的存儲虛擬化

基于陣列的虛擬存儲更適用于以存儲為核心的環境。它獨立于主機，存儲設備可以連接多臺主機，但存儲設備本身不能是異構的。此時虛擬過程是在陣列控制器上完成，將一個陣列上的存儲容量劃分為多個 LUN，供不同的主機系統訪問。智能的陣列控制器提供數據塊級的整合，同時還提供一些附加的功能，例如：LUN Making緩存，即時快照、數據復制等。配合使用不同的存儲系統，基于存儲設備的虛擬化模式可以實現性能的優化。但由于存儲設備在各個供應商之間互操作性和兼容性較差，如果沒有第三方的虛擬軟件，基于存儲設備的虛擬化通常只能提供一種不完全的存儲虛擬化解決方案。

3.網絡級的存儲虛擬化

基于網絡的存儲虛擬化是目前 SAN 虛擬化的主流技術，通過在存儲區域網這一級采用智能化的路由器，交換機或者是增加一個元數據服務器等來實現虛擬化的工作，它通過提供一種中央虛擬化方式將網絡中的存儲資源集中起來管理，從而降低了總擁有成本，提供了一個“開放的”虛擬實施環境，最有可能支持任何的服務器、操作系統、應用和存儲設備。從技術上講，基于網絡的存儲虛擬化又分為帶內和帶外兩種實現方式。這兩種方式的主要區別在于存儲網絡中數據 I/O 與控制信息是否使用同一通道。帶內虛擬化是指虛擬化的操作在服務器和存儲設備之間交換數據的通道中執行，存儲數據和控制信號使用同一數據通道。帶外虛擬化，是指虛擬化功能在位于存儲數據通道之外的一個設備上實現。

三、存儲虛擬化技術在支付系統中的應用

（一）CCPC存儲現狀及存在問題分析

CCPC集中了支付系統省級節點的服務器和存儲設備，支付系統的核心應用運行于這些服務器上，它具有高集成度、高能耗、高可用性和不間斷運行的特點。

目前每個CCPC包含三套不同型號的存儲設備供各類應用使用，由日立和IBM兩個廠商提供，綜合分析當前存儲現狀，目前CCPC存儲設備存在以下幾個問題：一是存儲系統存在單點故障。目前，支付系統大小額系統、CIS系統、ECDS系統、IBPS系統的磁盤陣列沒有冗余，存在單點故障。一旦該磁盤存儲不可用，沒有替代存儲來保障業務運行的連續和數據的完整，可能會導致業務系統中斷，甚至丟失業務數據。二是目前每個系統的存儲設備均為單獨運行，存儲利用率較低。考慮到支付清算體系的發展，系統的復雜性增加，需要整合存儲資源，提高存儲設備利用效率，提供統一的存儲資源池和管理方式。三是第二代支付系統即將上線，為統籌考慮存儲資源，便于未來的進一步系統擴展和設備更新，需要變更存儲架構，建設更加先進、合理、高可用性的存儲系統。

（二）CCPC虛擬化解決方案

1.存儲虛擬化方式選擇

從目前支付系統城市處理中心的情況來看，基于主機的存儲虛擬化依賴于代理或管理軟件，由于控制軟件是運行在主機上，將占用主機的運行資源，這種方法的可擴充性較差，還可能影響到系統的穩定性和安全性。基于存儲設備的存儲虛擬化方法依賴于提供相關功能的存儲模塊。如果沒有第三方的虛擬軟件，基于存儲的虛擬化經常只能提供一種不完全的存儲虛擬化解決方案。利用這種方法意味著最終將鎖定某一家單獨的存儲供應商，對于CCPC而言，考慮到目前現狀以及今后良好的可擴展性，這一方法也不合適。網絡級的存儲虛擬化方式分為帶存儲虛擬化和帶外存儲虛擬化。帶內存儲虛擬化可以很容易整合多種存儲設備，便于集中式管理，因此具有較高的安全性。同時，帶內存儲虛擬化無需代理主機，相關部署實例和超高速緩存能夠幫助實現各項性能，保持靈活性。

針對亟待解決的CCPC存儲陣列單點故障和現行存儲結構優化問題，對比其它可能的存儲系統虛擬化解決方案進行優勢分析，網絡級的帶內存儲方式是目前CCPC可以選擇的最佳方式。

網絡級存儲虛擬化技術具有代表性的就是IBM SVC（SAN Volume Controller）。IBM SVC是整個SAN網絡的控制器，可以將SAN中的各種存儲設備整合成一個存儲池，并按需分配存儲空間、性能和功能，SVC對服務器和存儲設備都是透明的。SVC為各種不同的存儲設備提供了一個統一的數據復制平臺，可以兼容各種不同的存儲設備，幫助客戶通過中央視圖簡化異構存儲環境管理并實現管理的自動化。同時IBM SVC存儲虛擬化技術通過nodes節點實現cluster集群，具有更高的性能、可靠性和很好的兼容性，可擴展性更強，容災效率更高，IBM SVC與基于主機或應用的虛擬化技術詳細對比情況如表1所示：

表1 存儲虛擬化技術對比

通過分析，IBM SVC虛擬化解決方案借助虛擬存儲將復雜的存儲環境簡單化，消除異構平臺所造成的信息傳遞壁壘，實現了隨需應變的存儲體系，讓存儲真正實現按需分配。在上述方面具有相對的優越性，在未來業務發展需要的情況下，具備平滑轉換成同步容災復制方式的能力，可實現數據的完全一致性。

2.存儲虛擬化解決方案研究

針對上述分析，通過IBM SVC技術整合數據內部中心（CCPC）所有存儲資源，配置SVC設備，所有服務器的I/O均需要經過SVC內部進行處理，改造后CCPC總體拓撲結構如下：

從物理結構上看，CCPC使用 2 個nodes集成SVC的Cluster，能夠實現熱備切換。所有存儲設備通過SVC設備與主機相連，SVC VDM技術保證服務器I/O正確寫入兩臺后端存儲，SVC高可用性通過兩臺SVC NODE構建Cluster，解除SVC設備自身的單點故障隱患。

從災備的角度上看，理論上災備中心的所有設備都處于一個待機的狀態，在存儲數據同步的情況下，一旦主中心失去響應，待機狀態的服務器會馬上處于工作狀態，接管所有工作。在服務器數量龐大的數據中心，要管理并遷移數十臺服務器上的數據是一件十分困難的事情。除了備份中心的服務器要相同以外，各個不同的服務器使用的冗余技術各不相同，這為高可用性和災難備份提出了很高的要求。IBM SVC利用Metro mirror和Global mirror技術，進行同步數據復制（同城災備中心）和異步數據復制（遠程災備中心）。災備中心結構如下圖4所示：

從數據復制實現方式上看，通過SVC提供的flashcopy功能實現。flashcopy相當于鏡像，是基于存儲級別的，它的作用是產生一份在這個時間點上的數據卷拷貝，這份拷貝內容和原始數據卷是完全一樣的，對于AIX系統來說，flashcopy是完全透明的。

四、結束語

存儲虛擬化技術在支付系統的數據存儲中充分發揮其優勢，優化了存儲利用率，使得管理更加順暢，提高了系統的可用性和整體性能，降低了存儲系統的管理費用等。然而，從目前來看，存儲虛擬化技術依然缺乏高度的標準化，不同虛擬產品之間的兼容性還有待進一步提高，作為一種正在發展的技術，還有很多新的應用有待開發。

參考文獻：

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