FusionCompute存储虚拟化

存储虚拟化相关概念及技术

FC中存储的基本概念

存储资源：存储资源表示物理存储设备，例如IP-SAN、FC -SAN、NAS等
存储设备：存储设备表示存储资源中的管理单元，类似LUN、 FusionStorage存储池、NAS共享目录等
数据存储：数据存储表示虚拟化平台中可管理、操作的存储逻辑单元

FC存储虚拟化架构

从下往上看，SAN和本地存储等块设备连接到服务器上后，经过设备驱动层和通用块层，对主机呈现一个磁盘设备。
创建文件系统的过程，就是主机对存储设备格式化的过程。对于虚拟化来说，文件系统提供了文件级的抽象操作，虚拟机磁盘就是放在文件系统中的文件。
从上往下看，虚拟机磁盘在使用时，由磁盘驱动挂载给虚拟机，并通过QEMU管理起来。当用户执行读写操作时，前端驱动会截获并转发给QEMU进程，并转换为用户态驱动的读写操作，最后写入磁盘文件中。

VIMS虚拟集群存储文件系统

VIMS是一种高性能的集群文件系统，让多个虚拟机共同访问一个整合的集群式存储池。
VIMS可以跨越多个存储服务器实现虚拟化。（存储热迁移、DRS、HA等可以实现）

VIMS分布式锁

一个VIMS卷同时被多个CNA节点挂载，因此每个CNA节点都可以访问VIMS卷上的文件。为保证多节点读写同一文件的数据一致性，VIMS需要实现分布式文件锁。
大致原理:
例如两个节点同时需要访问VIMS卷上的文件，那么VIMS节点号较小的节点1就会成为master（资源管理者），可以对卷上的文件进行读写。节点2就会放弃去访问，直到master对该卷上的文件访问完毕后，节点2再进行访问。

VIMS心跳

VIMS存在两种心跳，磁盘心跳和网络心跳
磁盘心跳用于检测主机是否可以正常读写共享存储
网络心跳用于检测主机间网络通信是否正常

FC磁盘技术

存储虚拟化中，我们知道所有的用户存储都是以文件的形式呈现的。
常见的磁盘文件类型
普通磁盘：普通磁盘创建时大小与虚拟磁盘大小相同，并将文件所有位置填0，占用空间较大，置备时间较长。适用于对IOPS要求较高的场景
普通延迟置零磁盘：普通延迟置零卷创建时大小与虚拟磁盘大小相同，但不会进行填0操作，占用空间较大，置备时间较普通卷短。再首次写入前做写0操作。
精简磁盘：精简磁盘创建时大小为0，精简磁盘创建时含少量元数据信息，大小一般为几十K，创建时间均非常短。随着用户写入数据，精简磁盘的大小与实际占用空间将逐步增加。
差分磁盘：基于已有的父盘来创建，存放相对于父盘的差异数据。差分盘不能脱离父盘存在，如果父盘修改，则差分盘失效。

从数据安全性角度看
持久化-持久化磁盘即数据可以永久保存，快照中不包含该磁盘，修改信息会立刻并永久写入磁盘
非持久化-非持久化磁盘即数据不永久保存，当写入数据时，产生一个差分盘用于存放虚拟机运行过程中改写的数据。当虚拟机关机时，将差分盘中的数据删除。

存储虚拟化功能原理

快照

快照-保存虚拟机当前状态信息，包括磁盘内容、内存、寄存器数据。通常用于在执行高危操作之前。
FC支持普通快照、一致性快照（快照创建时会将虚拟机当前未保存的缓存数据先保存，再创建快照）和内存快照（快照创建时会保存虚拟机当前内存中的数据）。

快照原理

创建快照-创建快照会创建一个差分磁盘文件，该磁盘文件与源磁盘文件存放同一目录下。源磁盘文件会转为只读，新写入的数据存放在差分磁盘文件中。

回滚快照-删除差分盘文件中的数据

删除快照-系统会整合源磁盘和差分盘中的数据，形成新的磁盘文件。

链接克隆

多台不同的链接克隆虚拟机共用一个系统母盘，另外为每个虚拟机创建一个差分盘，将每个差分盘挂载给独立的虚拟机使用。通常应用于需要大量发放拥有相同数据的虚拟机，且对性能要求不高的场景。

链接克隆一个母卷可以链接多个差分卷形成多个虚拟机磁盘。但是对母卷性能要求高。

存储热迁移

FusionSphere当中对虚拟机磁盘提供了冷迁移和热迁移两种方案
冷迁移指在虚拟机关机状态下进行，将磁盘文件从一个存储移动到另外一个存储
热迁移指在业务不中断的情况下，进行磁盘文件的迁移。
热迁移涉及到写时重定向技术：
在目的数据存储端创建一个差分盘。虚拟机在运行过程中产生的业务数据写入到差分盘当中，而原磁盘文件变为只读模式。
同时将源卷当中的数据块以此读出并合并到目的端的差分盘当中
最后去除目的端快照对源卷的依赖，将差分盘修改为动态盘，使它可以独立运行。完成迁移。

存储资源裸设备映射（RDM）

RDM绕过了Hypervisor，将虚拟机下发的SCSI指令直接透传，使虚拟机可以直接操控物理设备。
适用于需要高性能存储的应用。
兼容SAN存储。
（不支持链接克隆、存储瘦分配、磁盘在线/离线扩容 、存储增量快照 、iCache 、存储热迁移、存储QoS、磁盘备份、虚拟机转为模板等）

存储扩容

FC提供虚拟卷（磁盘）扩容和数据存储扩容
对于磁盘扩容是支持现在状态下扩容的，对于普通的磁盘，会将数据区域进行扩容并做写零操作。对于普通延时置零的盘，会将数据区域扩容并预先占住空间。对于精简的盘，仅做数据区域的扩容。
对数据存储进行扩容有两种实现方式，一种是通过添加另外的物理卷到的数据存储中，另一种是通过对物理卷进行扩容然后再扩容数据存储。

数据存储扩容的原理

在扩容的时候，将新增的存储空间映射到节点的虚拟块设备上，然后完成虚拟块设备的扩容，再将新增的存储空间分段添加到文件系统当中（更新文件系统中的元数据），这样节点数据存储的扩容就完成了。
（由于虚拟块设备的信息都是保存在节点内存中，则当其它节点发现数据存储空间有变化时，则需要更新虚拟块设备信息，完成扩容虚拟块设备）