存儲虛擬化技術(shù)的研究與比較

1、存儲虛擬化技術(shù)的研究與比擬摘要存儲技術(shù)的開展經(jīng)歷了從單個(gè)磁盤、磁帶到DAS、NAS、SAN存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的歷程，對存儲環(huán)境和資源共享的迫切需求推動(dòng)著存儲虛擬化成為主流技術(shù)。本文通過對虛擬存儲的綜述，對虛擬存儲化的根本概念、體系構(gòu)造、實(shí)現(xiàn)方法、關(guān)鍵技術(shù)做了比擬和分析。重點(diǎn)介紹基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化技術(shù)，討論了其關(guān)鍵技術(shù)與主要實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞存儲虛擬化；邏輯存儲；對稱/非對稱1引言隨著信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化開展的各種多媒體處理業(yè)務(wù)的不斷增加，企業(yè)的信息量不斷增加，面對不斷膨脹的數(shù)據(jù)量和不斷增多的物理存儲設(shè)備，如何可以保證一個(gè)存儲系統(tǒng)具有高性能的I/吞吐率、高可靠性和高擴(kuò)展才能，以及良好的容錯(cuò)性能，成為各個(gè)IT

2、產(chǎn)商傾注極大熱情去解決的重大問題。特別是由于在存儲系統(tǒng)中存在著大量的異構(gòu)效勞器和存儲系統(tǒng)，非常有必要進(jìn)展全面的存儲管理，而傳統(tǒng)DAS、NAS和SAN等存儲形式已無法滿足以上對存儲設(shè)備的需求，所以存儲虛擬化逐漸成為共享存儲管理的主流技術(shù)。2虛擬存儲的概念存儲虛擬化是把不同接口協(xié)議(如SSIiSSI或F等)的網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備(如JBD、RAID和磁帶庫等)整合成一個(gè)虛擬的存儲池，根據(jù)需要為主機(jī)創(chuàng)立和提供虛擬存儲卷。存儲虛擬化是具存儲設(shè)備和存儲系統(tǒng)的抽象，展示給用戶一個(gè)邏輯視圖，同時(shí)將應(yīng)用程序和用戶所需的數(shù)據(jù)存儲操作和詳細(xì)的存儲控制別離。因此可以充分利用異構(gòu)平臺的存儲空間，到達(dá)最優(yōu)化的使用效率。3存儲虛

3、擬化的實(shí)現(xiàn)存儲虛擬化可以在三個(gè)不同的層面上實(shí)現(xiàn)，包括了基于專用卷管理軟件在主機(jī)效勞器上實(shí)現(xiàn)，或者利用陣列控制器的固件(Firare)在磁盤陣列上實(shí)現(xiàn)；再或者是利用專用的虛擬化引擎在存儲網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)使用哪種方法來做，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求來決定。3.1主機(jī)或效勞器級虛擬存儲基于主機(jī)或效勞器的虛擬存儲化實(shí)現(xiàn)通常稱為邏輯卷管理(Lgialvalueanager)。磁盤上的物理塊或邏輯單元號(LUN)被映射成邏輯卷號。邏輯卷管理軟件把多個(gè)不同的磁盤陣列映射成一個(gè)虛擬的邏輯塊空間。通過在效勞器上安裝虛擬存儲管理軟件，實(shí)現(xiàn)各物理存儲體集成映射的?；谥鳈C(jī)或效勞器的虛擬化存儲實(shí)現(xiàn)容易，可在不需要硬件支持的條件下

4、實(shí)現(xiàn)形式多樣的存儲管理，對改善存儲系統(tǒng)的可管理性，進(jìn)步存儲的平安性和可靠性很有好處。缺點(diǎn)是兼容性不好，擴(kuò)展性差，調(diào)度工作會影響效勞器的性能。3.2存儲設(shè)備級的虛擬存儲基于存儲設(shè)備的虛擬存儲針對異構(gòu)SAN構(gòu)架，更使用于以存儲為核心的環(huán)境，它獨(dú)立于主機(jī)，存儲設(shè)備可以連接多臺主機(jī)，但存儲設(shè)備本身不能是異構(gòu)的，此時(shí)虛擬過程是在陣列控制器上完成將一個(gè)陣列上的存儲容量劃分為多個(gè)存儲空間(LUN，lgialUnitNuber)，供不同的主機(jī)系統(tǒng)訪問。智能的陣列控制器提供數(shù)據(jù)塊級的整合，同時(shí)還提供一些附加的功能，例如：LUNaking緩存，即時(shí)快照、數(shù)據(jù)復(fù)制等。配合使用不同的存儲系統(tǒng)，基于存儲設(shè)備的虛擬化形式

5、可以實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。但由于存儲設(shè)備在各個(gè)供給商之間互操作性和兼容性較差，假如沒有第三方的虛擬軟件，基于存儲設(shè)備的虛擬化經(jīng)通常能提供一種不完全的虛擬存儲化解決方案。3.3網(wǎng)絡(luò)級的虛擬存儲基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化是目前SAN虛擬化的主流技術(shù)，通過在存儲區(qū)域網(wǎng)這一級采用智能化的路由器，交換機(jī)或者是增加一個(gè)元數(shù)據(jù)效勞器等來實(shí)現(xiàn)虛擬化的工作，它通過提供一種中央虛擬化方式將網(wǎng)絡(luò)中的存儲資源集中起來管理，從而降低了T，提供了一個(gè)“開放的虛擬施行環(huán)境，最有可能支持任何的效勞器、操作系統(tǒng)、應(yīng)用和存儲設(shè)備。從技術(shù)上講，基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化又分為帶內(nèi)(In-Band)和帶外(ut-Band)兩種。這兩種方式的主要區(qū)別在于存

6、儲網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)I/與控制信息是否使用同一通道。3.3.1帶內(nèi)虛擬化的實(shí)現(xiàn)模型帶內(nèi)虛擬化，也稱為對稱(syetri)虛擬化。是指虛擬化的操作在效勞器和存儲設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的通道中執(zhí)行，存儲數(shù)據(jù)和控制信號使用同一數(shù)據(jù)通道。因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)訪問都會通過這個(gè)引擎，它就可以實(shí)現(xiàn)很高的平安性。就像一個(gè)存儲系統(tǒng)的防火墻，只有允許的訪問才能通過，否那么就會被回絕。帶內(nèi)虛擬化的優(yōu)點(diǎn)是：可以整合多種存儲設(shè)備，便于集中式管理，因此具有極高的平安性。但容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，降低了性能，同時(shí)容易產(chǎn)生瓶頸和單點(diǎn)實(shí)效，故在應(yīng)用中這種構(gòu)造往往是冗余配置。目前市場上使用該技術(shù)的產(chǎn)品主要有IB的TtaStrageSV，HP的VA、EVA

7、系列，HDS的TagaStre，NetApp的V-Series及H3的IV5000。圖1對稱虛擬化模型圖2非對稱虛擬化模型轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3.3.2帶外(utfband)虛擬化帶外虛擬化，又稱為非對稱(asyetri)虛擬化，是指虛擬化功能在位于存儲數(shù)據(jù)通道之外的一個(gè)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)和命令信息使用不同的通道(如圖2所示)，應(yīng)用效勞器的I/命令通過專用的命令通道傳至專用的元數(shù)據(jù)效勞器或控制器，獲得元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)視圖后，再直接通過數(shù)據(jù)通道得到所需要的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)在專用的通道上傳輸，因此進(jìn)步了性能，且防止了單點(diǎn)故障和瓶頸，但是在一定程度上增加了用戶投資，數(shù)據(jù)的平安性難以控制，施行難度大于帶內(nèi)形

8、式。4存儲虛擬化網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)存儲虛擬化的核心工作是物理存儲設(shè)備到單一邏輯資源池的映射，通過虛擬化技術(shù)，為用戶和應(yīng)用程序提供虛擬化磁盤或虛擬卷，而且用戶可以根據(jù)需求對它進(jìn)展任意分割，并分配給特定的主機(jī)或應(yīng)用程序，而為用戶隱藏或屏蔽了詳細(xì)物理設(shè)備的各種物理特性。實(shí)現(xiàn)虛擬存儲化關(guān)鍵技術(shù)如下：1)共享沖突與數(shù)據(jù)一致性存儲虛擬化的一個(gè)主要功能是實(shí)現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的共享，普通的文件系統(tǒng)只允許對數(shù)據(jù)進(jìn)展獨(dú)占式訪問，但是商業(yè)應(yīng)用需要在操作系統(tǒng)和“數(shù)據(jù)倉庫之間共享數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的不同拷貝應(yīng)能在不同效勞器操作系統(tǒng)所帶來的存儲共享和并行存儲時(shí)的I/訪問沖突等。這就需要良好的鎖機(jī)制算法、多種級別的鎖機(jī)制以及ahe一致性等技術(shù)

9、，來保證數(shù)據(jù)之間的連接性和一致性。2)異構(gòu)適應(yīng)性虛擬存儲的另一個(gè)主要目的是實(shí)現(xiàn)真正意義上的設(shè)備互操作性，簡化在在由不同主機(jī)操作系統(tǒng)和不同設(shè)備類型組成的異構(gòu)存儲環(huán)境中的系統(tǒng)管理和用戶操作，實(shí)現(xiàn)真正意義上的存儲設(shè)備的透明性。3)系統(tǒng)存儲空間的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展開放系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型經(jīng)歷了一個(gè)從單一的、大而全的構(gòu)造過渡到“n-層、分布式的或并行的構(gòu)造。每一層都可以獨(dú)立擴(kuò)展，保證最優(yōu)的資源利用率。SAN虛擬化允許按照需要擴(kuò)大存儲資源，而對邏輯層和應(yīng)用層透明。因此，系統(tǒng)管理員可以以兆字節(jié)為單位來擴(kuò)大存儲容量，而不破壞重要的應(yīng)用。按需存儲將是將來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的主要驅(qū)動(dòng)力。4)數(shù)據(jù)存儲與容錯(cuò)策略由于應(yīng)用和數(shù)據(jù)效勞是透明

10、的，必須防止越權(quán)訪問和惡意攻擊，數(shù)據(jù)平安性由整個(gè)系統(tǒng)的管理軟件來保證，因此保證數(shù)據(jù)平安性是存儲虛擬化技術(shù)的難點(diǎn)之一。虛擬存儲也必須以較小的容錯(cuò)開銷建立容錯(cuò)功能，克制系統(tǒng)單點(diǎn)故障，防止不可恢復(fù)的數(shù)據(jù)損失，同時(shí)也必須擁有數(shù)據(jù)容錯(cuò)備份系統(tǒng)，以保證因不可抗力而喪失的數(shù)據(jù)擁有的可靠備份。5總結(jié)海量數(shù)據(jù)需求在各個(gè)應(yīng)用場合不斷增加，由于存儲虛擬化技術(shù)可以提供系統(tǒng)的高可用性、高可靠性并易于維護(hù)，它正在成為存儲領(lǐng)域的核心技術(shù)。由于存儲應(yīng)用場合的復(fù)雜性和不同用戶的存儲需求的多樣化，存儲虛擬化技術(shù)必須加以豐富和完善(如數(shù)據(jù)的備份、復(fù)制、恢復(fù)、遠(yuǎn)程容災(zāi)、快照和多重鏡像支持等)，以提供良好的個(gè)性化效勞。另一方面，從目前

11、來講，存儲虛擬化仍然缺乏高度的標(biāo)準(zhǔn)化，不同的虛擬產(chǎn)品間的兼容性還有待進(jìn)一步進(jìn)步，必須盡快制定業(yè)界公認(rèn)的存儲虛擬化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以解決操作平臺、網(wǎng)絡(luò)和存儲設(shè)備等產(chǎn)商及產(chǎn)品之間的互操作性問題，這樣才能推動(dòng)存儲虛擬化技術(shù)的開展，當(dāng)然在虛擬存儲技術(shù)表達(dá)其優(yōu)越性的同時(shí)我們也不可以無視虛擬技術(shù)的一些潛在問題，這樣會更有利于虛擬技術(shù)向著智能化的方向開展。參考文獻(xiàn)1QihaXia，LianXingJia.ReserhfIntegratinilitaryStrageResuresBasednStrageVirtualizatin.IEEEputerSiety.20222harlesilligan，SidSelkirk.nlineStrageVirtualizatin：ThekeytanagerthedataexplsinIE