存儲虛擬化技術(shù)課件

第8章存儲虛擬化技術(shù)

8.1概述8.2存儲虛擬化的實(shí)施8.3存儲虛擬化中的管理問題8.4應(yīng)用實(shí)例第8章存儲虛擬化技術(shù)

8.1概述

應(yīng)用于存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)境中的存儲虛擬化(StorageVirtualization)技術(shù)通常是指異構(gòu)的SAN環(huán)境下的虛擬存儲服務(wù)，它帶給我們最直接的益處就是，提高存儲利用率，降低成本，并簡化大型、復(fù)雜、異構(gòu)的存儲環(huán)境的管理工作。時(shí)至今日，雖然尚無普遍接受的國際標(biāo)準(zhǔn)，但是，作為一種有效的存儲管理手段，存儲虛擬化技術(shù)正受到越來越多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，許多各具特色的解決方案正在陸續(xù)推出?；诰W(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲技術(shù)將成為未來的一種趨勢，它在開放性、擴(kuò)展性、可管理性等方面的所體現(xiàn)的優(yōu)勢將在數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及異地容災(zāi)應(yīng)用中充分顯現(xiàn)出來。

應(yīng)用于存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)境中的存儲虛擬化(8.1概述

8.1.1定義

美國著名IT咨詢公司RFG（RobertFrancesGroup）對虛擬存儲的定義是：虛擬存儲是指那些架構(gòu)和產(chǎn)品被設(shè)計(jì)成仿真一個(gè)物理設(shè)備，如磁帶機(jī)等，其特性被鏡像到另一個(gè)物理設(shè)備上，通常是一個(gè)磁盤或磁盤子系統(tǒng)。結(jié)果，邏輯設(shè)備和虛擬設(shè)備的特性可以完全不同，應(yīng)用系統(tǒng)操作的是虛擬設(shè)備，而不必關(guān)心真正的物理設(shè)備是什么。

SNIA(存儲網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會)對存儲虛擬化的解釋包含兩方面：1、存儲虛擬化是為了便于應(yīng)用和服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理而采取的針對應(yīng)用、服務(wù)器以及一般網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行的存儲子系統(tǒng)或存儲服務(wù)的內(nèi)部功能抽象、隱藏和隔離的行為；2、存儲虛擬化是針對存儲設(shè)備或存儲服務(wù)進(jìn)行的虛擬化手段，以便對底層存儲資源實(shí)施存儲會聚、隱藏復(fù)雜性以及添加新功能等。8.1概述8.1.1定義一般地，虛擬存儲所虛擬的對象是一些存儲資源，如磁盤、磁帶、文件、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)塊等等。其虛擬的結(jié)果往往是虛擬磁盤、虛擬磁帶、虛擬文件、虛擬文件系統(tǒng)、虛擬數(shù)據(jù)塊等等。存儲虛擬化的核心工作是實(shí)現(xiàn)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)用程序提供了虛擬磁盤或虛擬卷，并且可以根據(jù)用戶需求對它進(jìn)行任意分割、合并、重新組合等操作，并分配給特定的主機(jī)或應(yīng)用程序，為用戶隱藏或屏蔽了具體的物理設(shè)備的各種物理特性。

一般地，虛擬存儲所虛擬的對象是一些存儲資源，如磁盤、磁帶、文8.1.2實(shí)現(xiàn)模式

存儲虛擬化的基本概念是將實(shí)際的物理存儲實(shí)體與存儲的邏輯表示分離開來，使得應(yīng)用服務(wù)器只與分配給它們的邏輯卷（或稱虛卷）打交道，而不必關(guān)心其數(shù)據(jù)是在哪個(gè)物理存儲實(shí)體上。下圖是SNIA對存儲虛擬化技術(shù)的經(jīng)典分類描述。

8.1.2實(shí)現(xiàn)模式存儲虛擬化的基本概念是將實(shí)際的物理存儲存儲虛擬化技術(shù)ppt課件SNIA的觀點(diǎn)認(rèn)為：存儲虛擬化可以創(chuàng)建于數(shù)據(jù)塊級、磁盤、磁帶以及帶庫級、文件系統(tǒng)級以及文件/記錄級等。其實(shí)現(xiàn)層次可位于主機(jī)/服務(wù)器端、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中以及存儲設(shè)備/子系統(tǒng)里。實(shí)施方法包括帶內(nèi)虛擬化以及帶外虛擬化兩種。所謂帶外（Out-of-Band）方式，或稱為非對稱存儲池（Asymmetricalpooling）方式，是指實(shí)現(xiàn)虛擬的功能部件（軟件和/或硬件）并不在主機(jī)到存儲設(shè)備的訪問路徑上；而帶內(nèi)（In-Band）方式，或稱為對稱存儲池（Symmetricalpooling）方式，是指在數(shù)據(jù)讀寫的過程中，在主機(jī)到存儲設(shè)備的路徑上實(shí)現(xiàn)虛擬存儲。

SNIA的觀點(diǎn)認(rèn)為：8.1.3若干關(guān)鍵問題

1、可用性2、可管理性

3、可擴(kuò)充性

8.1.3若干關(guān)鍵問題1、可用性8.2存儲虛擬化的實(shí)施

8.2.1軟硬件需求

硬件一般而言，存儲虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)該是與硬件無關(guān)的，可以管理從JBODs、磁盤陣列、虛擬磁盤陣列、到磁帶和帶庫等各種設(shè)備。但作為技術(shù)實(shí)現(xiàn)，首先需要建立SAN環(huán)境，其中應(yīng)包括用于連網(wǎng)的交換機(jī)/集線器以及服務(wù)器內(nèi)置的HBA等。對于帶外實(shí)現(xiàn)而言，可能用到的元數(shù)據(jù)服務(wù)器(MetadataServer)往往采用專門的硬件實(shí)現(xiàn)，使用的物理Cache和HBA等都可能有所不同。另一方面，帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)中的存儲管理器也會面臨同樣的問題。軟件在存儲虛擬化實(shí)現(xiàn)中，軟件將起到至關(guān)重要的作用。除了存儲虛擬化軟件本身之外，SAN管理功能、可能用到的應(yīng)用服務(wù)器代理軟件（可裝載文件系統(tǒng)IFS等）等都應(yīng)適當(dāng)配置。此外，由于采用集中化的虛擬存儲管理手段，存儲管理工作流程也將做適當(dāng)調(diào)整。

8.2存儲虛擬化的實(shí)施8.2.1軟硬件需求8.2.2設(shè)備發(fā)現(xiàn)

在存儲虛擬化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，每當(dāng)出現(xiàn)新設(shè)備或服務(wù)器時(shí)，都應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和識別，這給管理軟件提出新要求，不管是帶內(nèi)或是帶外方式，都應(yīng)實(shí)現(xiàn)基于遠(yuǎn)程代理或簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP）的設(shè)備/服務(wù)器的動(dòng)態(tài)配置功能。除此以外，錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)機(jī)制也是必備功能。存儲設(shè)備錯(cuò)誤、應(yīng)用客戶端錯(cuò)誤、服務(wù)器錯(cuò)誤以及網(wǎng)絡(luò)故障等，都應(yīng)及時(shí)加以發(fā)現(xiàn)和正確處理，以保證數(shù)據(jù)一致性和可用性。與此對應(yīng)的設(shè)備服務(wù)包括克?。–loning）、遠(yuǎn)程鏡像等。另外訪問控制功能對存儲設(shè)備而言也是十分有益的，因?yàn)槟壳暗拇鎯υO(shè)備自身并不具備身份認(rèn)證能力。

8.2.2設(shè)備發(fā)現(xiàn)8.2.3存儲服務(wù)

在存儲虛擬化解決方案中所指的存儲服務(wù)包括：?高速緩存；?實(shí)時(shí)拷貝，包括本地/遠(yuǎn)程鏡像、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制等；?快照/閃存拷貝；?數(shù)據(jù)壓縮。通過實(shí)施全局帶內(nèi)/帶外虛擬化和借助IFS技術(shù)，可以達(dá)到文件級和塊級的存儲服務(wù)。

8.2.3存儲服務(wù)8.2.4性能考慮

對于存在大量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)應(yīng)用場合，傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器模式在分布式環(huán)境下很難保證高性能，采用存儲虛擬化技術(shù)，通過在應(yīng)用服務(wù)器與存儲資源之間建立的專用高速網(wǎng)絡(luò)（FC或Gb-Ethernet），為關(guān)鍵數(shù)據(jù)應(yīng)用提供性能支持。一般而言，帶內(nèi)方式在性能保障方面不及帶外方式優(yōu)越。

8.2.4性能考慮8.3存儲虛擬化中的管理問題

存儲虛擬化中的管理問題涉及SAN管理、數(shù)據(jù)管理以及相關(guān)安全問題等內(nèi)容。

8.3存儲虛擬化中的管理問題存儲虛擬化中的管理問題涉及S8.3.1SAN管理

在存儲虛擬化環(huán)境中的SAN管理提供如下功能：?

SAN拓樸映射為管理好SAN，首要任務(wù)是要識別出SAN的拓樸結(jié)構(gòu)：連接的物理設(shè)備、可用的存儲路徑、地址信息以及連接的服務(wù)器等。存儲虛擬化實(shí)現(xiàn)中關(guān)鍵是提供物理視圖到邏輯視圖的映射關(guān)系，因此，SAN拓樸映射應(yīng)以圖形化界面形式及時(shí)反映SAN中各組成部分的相關(guān)變化，為應(yīng)用服務(wù)提供存儲的動(dòng)態(tài)配置信息。

?

事件監(jiān)控通過事先設(shè)定的閥值，啟動(dòng)監(jiān)控服務(wù)，對SAN中可能出現(xiàn)狀態(tài)改變和錯(cuò)誤情況進(jìn)行跟蹤，并在錯(cuò)誤發(fā)生后的最短時(shí)間內(nèi)提出警告并進(jìn)行錯(cuò)誤隔離和相應(yīng)處理。?

性能分析在SAN環(huán)境中對存儲端口的吞吐量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和報(bào)告，以調(diào)整相關(guān)部件，平衡網(wǎng)絡(luò)流量。?

容量分析通過對每日/每小時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸量的統(tǒng)計(jì)，得出SAN的使用情況報(bào)告，以便做出SAN的擴(kuò)展規(guī)劃。?

日志功能提供必要的系統(tǒng)成員的日志信息。

8.3.1SAN管理8.3.2數(shù)據(jù)管理為了達(dá)到數(shù)據(jù)共享的最終目的，必須在軟硬件平臺的支持下，制定數(shù)據(jù)放置策略、實(shí)施數(shù)據(jù)生命周期管理、進(jìn)行對應(yīng)用透明的數(shù)據(jù)移動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)跨平臺的數(shù)據(jù)共享。

8.3.3安全目前的存儲設(shè)備并不具備內(nèi)置的安全機(jī)制，在異構(gòu)的虛擬存儲網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，安全問題尤為重要。FC-SAN中常用安全技術(shù)包括Hardwarezoning/Softwarezoning、LUNmasking等；IP-SAN的技術(shù)包括實(shí)施IPSec等手段，而鎖機(jī)制以及文件分類機(jī)制等在一定程度上也可提供相應(yīng)的保護(hù)手段。一般地，利用SAN管理軟件，安全策略可以在帶內(nèi)和帶外實(shí)現(xiàn)。在主機(jī)中和存儲設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)的安全機(jī)制也可作為一種補(bǔ)充手段。

8.3.2數(shù)據(jù)管理8.4應(yīng)用實(shí)例

8.4.1IBM的一種虛擬存儲解決方案

IBMTivoli存儲管理方案

8.4應(yīng)用實(shí)例8.4.1IBM的一種虛擬存儲解決方案該方案采用帶外實(shí)現(xiàn)方式，達(dá)到分布式環(huán)境下數(shù)據(jù)共享的目的。從其系統(tǒng)架構(gòu)可以看出該方案的主要組成部分：元數(shù)據(jù)服務(wù)器（SmSServer）集群配置有IFS(InstallableFileSystem)以及Cache的客戶端存儲資源連接客戶與存儲的FC-SAN客戶端程序采用TivoliOpenSmS協(xié)議與元數(shù)據(jù)服務(wù)器交互，獲得相關(guān)存儲數(shù)據(jù)的訪問控制信息以及訪問權(quán)限（鎖）后，可直接通過FC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，利用Cache技術(shù)可提高訪問效率。采用集群連接的數(shù)據(jù)服務(wù)器在邏輯上可以劃分成元數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理服務(wù)器以及存儲服務(wù)服務(wù)器等。

該方案采用帶外實(shí)現(xiàn)方式，達(dá)到分布式環(huán)境下數(shù)據(jù)共享的目的。8.4.2

iSCSIV系列交換機(jī)

SANRAD公司的iSCSIV系列交換機(jī)是業(yè)界頗具特色的基于iSCSI協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過將可升級、靈活性、可靠性、安全性及高性能等因素綜合在一起，提供了標(biāo)準(zhǔn)化、簡捷和高性價(jià)比的存儲管理優(yōu)化結(jié)構(gòu)，從而將各種優(yōu)勢綜合為單一平臺，協(xié)助系統(tǒng)管理員應(yīng)對存儲管理的難題。8.4.2iSCSIV系列交換機(jī)其特性是：?

iSCSIV交換機(jī)是以網(wǎng)絡(luò)為中心的存儲設(shè)備虛擬化管理的解決方案，提供基于瀏覽器的圖形用戶界面（GUI）；?

iSCSIV交換機(jī)支持全新的、基于標(biāo)準(zhǔn)的iSCSI、TCP/IP存儲協(xié)議。它為以iSCSI協(xié)議連網(wǎng)的主機(jī)，提供對存儲邏輯卷安全可靠的存取訪問；?

iSCSIV交換機(jī)在存儲網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)路徑上運(yùn)行，是一種高性能的網(wǎng)絡(luò)部件。它為負(fù)責(zé)管理從小型至企業(yè)級存儲資源的IT專業(yè)人士，提供了一個(gè)易于使用的連接和管理平臺；?

iSCSIV交換機(jī)的存儲管理和虛擬化特性把各種物理存儲資源集合成某個(gè)單一的邏輯存儲“池”。從而，使網(wǎng)絡(luò)管理人員可獨(dú)立地對這些集成為一體的資源定義新的邏輯卷；而無須考慮諸如運(yùn)行環(huán)境、物理磁盤、通信協(xié)議及相互間距等實(shí)際障礙；?

iSCSIV交換機(jī)可以對與主機(jī)直接相連的（DAS）、或與網(wǎng)絡(luò)相連的（NAS）存儲裝置，提供多種協(xié)議的支持；就像通過同樣的交換機(jī)可以直接支持光纖通道的、基于SCSI的和基于iSCSI的存儲系統(tǒng)一樣；?

iSCSIV交換機(jī)是多種功能的融合，且存在于某個(gè)單一的、易于管理的平臺內(nèi)；它們包括協(xié)議網(wǎng)橋、路由、交換、安全、負(fù)載平衡、高性能及存儲卷管理等功能，還支持雙重容錯(cuò)熱插拔電源(帶48伏直流電壓備選)冗余風(fēng)扇。

其特性是：8.4.3基于iSCSI的存儲虛擬化實(shí)現(xiàn)

基于iSCSI的網(wǎng)絡(luò)級存儲虛擬化是用iSCSI協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)級存儲虛擬化的傳輸協(xié)議,實(shí)現(xiàn)方式可分為帶內(nèi)和帶外兩類。

8.4.3基于iSCSI的存儲虛擬化實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)

1、工作模型

帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)1、工作模型基于iSCSI的網(wǎng)絡(luò)級帶內(nèi)存儲虛擬化的思想是：帶SCSI磁盤的存儲服務(wù)器作為模型中的Target，虛擬存儲管理控制器作為模型中的Manager，應(yīng)用和服務(wù)程序運(yùn)行在Host上，它們之間都以iSCSI作為傳輸協(xié)議。Target上的SCSI磁盤映射到Manager上，成為Manager的iSCSI盤，在Manager上對所有的iSCSI盤進(jìn)行統(tǒng)一管理，生成若干邏輯卷，并把這些邏輯卷分配給不同的Host使用。Manager位于數(shù)據(jù)通道的內(nèi)部。Host發(fā)出的對邏輯盤的讀寫信息，先到達(dá)Manager，再由Manager把這些對邏輯卷的讀寫操作，轉(zhuǎn)化為對實(shí)際物理盤的讀寫操作，轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的物理盤所在的Target。而操作過程中形成的狀態(tài)信息由Target反饋給Manager，經(jīng)由Manager整理后轉(zhuǎn)發(fā)給相對應(yīng)的Host。也可由Target向Manager和Host同時(shí)發(fā)送狀態(tài)信息。

基于iSCSI的網(wǎng)絡(luò)級帶內(nèi)存儲虛擬化的思想是：帶SCSI磁盤2、實(shí)現(xiàn)描述

在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，分別用三臺高性能PC機(jī)模擬應(yīng)用及服務(wù)、虛擬存儲管理控制和SCSI磁盤，搭建成一個(gè)簡化的存儲模型：

首先，把Target上的兩塊SCSI盤用兩個(gè)iSCSI連接映射到Manager上。接著，在Manager上對這兩塊iSCSI盤做邏輯卷管理?？紤]到存儲虛擬化用于數(shù)據(jù)備份的實(shí)用性，我們選擇了RAID1的邏輯管理方式，即將兩塊盤做成鏡像，形成一塊邏輯盤提供給Host使用。

最后，用Host連接Manager上的RAID1邏輯盤。2、實(shí)現(xiàn)描述在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，分別用三臺高性能PC機(jī)模擬應(yīng)用3、性能測試

在100Mbps以太局域網(wǎng)的環(huán)境下，用iometer2001.07.19版本，在Host上讀寫iSCSI盤的速率如下：

100%順序?qū)?00%順序讀100%順序?qū)?100%順序讀速率（MB/s）7.68.414.3以上數(shù)據(jù)顯示：讀寫性能都不算太高，但是沒有達(dá)到網(wǎng)絡(luò)帶寬的極限，也沒有達(dá)到硬盤讀寫的極限。限制性能的瓶頸就是帶內(nèi)iSCSI存儲虛擬化的消耗以及邏輯卷管理功能的軟件處理。由此可以想到，除了提高邏輯卷管理的工作效率之外，如果能夠在Host和Target之間建立更為直接的數(shù)據(jù)傳輸連接，也就是實(shí)現(xiàn)帶外存儲虛擬化控制，整個(gè)系統(tǒng)的性能還可以提高。因此，帶外的存儲虛擬化實(shí)現(xiàn)成為必然之選。

3、性能測試在100Mbps以太局域網(wǎng)的環(huán)境下，用iome帶外實(shí)現(xiàn)

在帶外虛擬化中，Manager只負(fù)責(zé)host和Target之間狀態(tài)的控制以及邏輯地址到實(shí)際物理地址的轉(zhuǎn)換，有效數(shù)據(jù)直接由Host發(fā)送到Target，所以在性能上會有一定的提高。

為了實(shí)現(xiàn)帶外虛擬化，在Host到Manager一級的連接建立過程中，需要對原來的iSCSI工作流程做出一些調(diào)整，分述如下。

帶外實(shí)現(xiàn)在帶外虛擬化中，Manager只負(fù)責(zé)host和Ta1、Login部分

Manager收到Host發(fā)來的login請求后，除了反饋一般的logi