虛擬存儲技術的發展及其應用

1數據安全的互操作性在過去的10年里，存儲技術發展了從最初的嵌入式存儲系統（pmdstream）到直接存儲系統（randstream）和網絡存儲系統（網絡存儲系統（sun）的相對應性。信息資源的快速增長對存儲系統的可靠性和擴展提出了更高的要求，而且信息資源共享的重要性也越來越重要。由于缺乏統一的標準,不同存儲設備廠商的產品之間缺乏互操作性,使得用戶很可能被某一廠商“鎖定”,不能實現不同廠商存儲設備之間的自由選擇;同時信息和數據也很難實現在不同存儲設備間的充分共享.存儲虛擬化技術的提出,為解決這些問題提供了一種良好的解決方案.2存儲輔助虛擬存儲存儲虛擬化(storagevirtualization)按照一定的虛擬存儲體系結構將不同的物理存儲設備(如RAID、JBOD、磁帶庫等)通過不同的接口協議(如SCSI、ISCSI、IFCP等)整合成一個虛擬的存儲池,為用戶提供統一的數據服務,實現資源共享.通過虛擬化實現物理存儲設備和服務器所見的存儲設備視圖分開,提供一個統一的邏輯存儲空間給服務器,服務器所能看到的是一個邏輯的存儲空間,而不知道實際物理存儲設備的位置、路徑和每個設備的具體特點.存儲虛擬化還能動態地改變邏輯空間到物理存儲設備的映射,不需要改動任何服務器程序設置和應用設置.存儲虛擬化實現對物理存儲進行透明訪問.存儲系統可以在3個層次上實現存儲虛擬化:(1)基于主機的虛擬存儲:這種實現方法又稱為邏輯卷管理,將磁盤上的物理塊和邏輯單元號(LUN)被映射成邏輯卷號.服務器或主機看到的是一個虛擬的邏輯卷空間.基于主機的存儲管理軟件,在系統和應用級上,實現多機間存儲共享、存儲資源管理和數據復制等任務.(2)基于存儲設備的虛擬存儲:運行在磁盤陣列固件中的程序能把多個磁盤陣列映射成一個連續的邏輯磁盤空間.這種實現對服務器的性能影響最小.基于存儲設備的虛擬方法目前最常見的是虛擬磁盤.虛擬磁盤是指把多個物理磁盤按照一定的方式組織起來形成一個標準的虛擬邏輯設備.(3)基于存儲網絡的實現:基于網絡的虛擬化由網絡本身來實現,目前最常見的是光纖通道網絡,這種虛擬化就是由光纖通道交換機、路由器等實現.基于網絡的存儲虛擬化可分為對稱結構(In-Band)和非對稱結構(Out-Band)兩種,結構如圖1所示.在分布式存儲網絡中,存儲虛擬化為存儲設備的管理帶來了極大的方便,實現了邏輯設備與硬件設備的充分隔離.3服務器的虛擬化存儲區域網(SAN)是一種分布式的存儲技術,是存儲系統模型的最新發展,有望解決數據爆炸性發展所帶來的難題.存儲區域網是連接主機和存儲設備的網絡,在多臺主機和存儲設備之間,存儲區域網能提供任意兩個端口之間的通信信道.存儲區域網有不同于計算機局域網的協議堆棧和物理設備.SAN虛擬化根據不同的結構可以分為基于專用服務器、基于交換機和基于路由器三種方式.(1)基于專用服務器的SAN虛擬化.基于服務器的虛擬化將虛擬化層放在應用服務器上.根據存儲網絡中流動的控制信息和數據信息所處通道是否相同,分為對稱結構和非對稱結構兩種.在對稱結構中控制信息和數據信息處于同一通道;在非對稱結構中控制信息和數據信息通道是分離的.(2)基于存儲路由器的SAN虛擬化.在專用服務器的虛擬化結構中,對稱方式和非對稱方式都存在明顯缺點,專用服務器可能成為瓶頸,制約系統的性能.基于路由器的方法是在路由器上加載存儲虛擬化層,使得路由器具有智能,在進行協議解析和路徑路由的同時,可以開展虛擬化工作.虛擬化層不需要在應用服務器上增加軟件模塊,減少了系統的復雜性和對存儲環境的依賴性.控制信息和全局數據存放在多個路由器上,能解決專用路由器帶來的容錯和瓶頸問題.(3)基于交換機的SAN虛擬化.基于交換機的虛擬方法是把虛擬層模塊嵌入交換機的固件或放置附屬于交換機的服務器上,由交換機來完成虛擬化的功能.它不需要在每臺主機上安裝代理,因此不存在安全問題,在異構環境中也能提供更多的互操作性,同時它的可擴展性也很好.4基于sa技術的系統共享和管理通過對目前存在的SAN虛擬技術的分析,文中提出了對SAN虛擬化的兩個改進,通過SAN卷管理器和SAN文件系統,更好地實現異構環境下對物理存儲設備的共享和管理.(1)存儲區域邏輯在一般情況下,服務器是和具體的設備映射的,通過SAN的卷管理器,服務器是和虛擬磁盤映射,從而形成一個虛擬層.通過卷管理器,形成了主機區域和磁盤區域.每個卷控制器由兩個或多個引擎構成,這些引擎互為備份,保證系統運行的穩定性.存儲設備池中的磁盤完全由卷控制器管理,應用服務器能夠直接存取的是邏輯地址,物理存儲設備的變化對應用服務器訪問的邏輯地址沒有影響,物理存儲設備可以在應用服務器運行期間進行替換,為業務數據的持續運行提供保證.(2)改進的系統結構提供一個集中的文件和數據控制方法,實現文件訪問的平臺無關性.SAN文件系統是專為存儲網絡設計,通過SAN文件元信息控制器而不是服務器管理管理文件訪問細節.SAN文件系統提供了統一的名字空間和管理,應用服務器作為SAN文件系統的客戶,通過SAN文件系統獲得文件信息,實現異構系統的文件共享,不同的操作系統平臺可以對同一個數據文件的訪問.為防止SAN文件系統構成整個存儲系統的瓶頸,設計了一個服務器構成的集群作為SAN文件系統元數據控制器,同時通過在客戶端緩存文件元數據信息,提供給應用服務器直接訪問存儲文件的能力,使應用服務器可以類似訪問本地文件系統一樣訪問SAN上的文件.改進系統結構如圖2所示.5基于sa的系統sa文中介紹了存儲虛擬化內容