存储虚拟化详解

这是个虚拟技术流行的时代。用过虚拟机吗？你为什么使用虚拟机技术？我想主要原因之一就是虚拟机技术为我们提供了一个虚拟的硬件环境，这个虚拟的硬件环境具有更好的可管理性。

 

存储虚拟化简介

 

存储虚拟化不是某个特定的产品，不是一种单一的技术，也不是一种存储架构。

 

存储虚拟化的三个要素是：

消费者：操作系统，应用程序，用户

服务者：虚拟存储资源

生产者：物理存储资源

 

通过存储虚拟化技术，人们把物理磁盘组成逻辑卷，以改进磁带利用率，消除与存储有关的宕机时间。

存储虚拟化使管理员能够在不同的操作系统和存储阵列之间移动数据（在应用程序和底层的物理存储之间增加了一个逻辑层）。

在多个访问路径上平衡I/O流量以改进访问性能。

复制数据到远程站点以实现高可用性。

将不重要的，过期的数据迁移到廉价存储且不改变用户和应用程序访问数据的方式。

 

虚拟存储与物理存储的比较

 

特性	物理存储	虚拟存储
尺寸	固定	按需
性能	固定	按需增强
可用性	决定于磁盘的可靠性	可通过镜像或RAID-5等技术加以增强
可管理性	弱，更换物理磁盘会导致宕机	强，可以消除宕机时间

 

虚拟存储技术可以虚拟哪些资源？

 

磁盘 磁盘虚拟由磁盘的固件来实现，负责逻辑块地址与物理盘的CHS（cylinder, head, and sector 柱面，磁头和扇区）地址的映射，通过磁盘虚拟技术，可以实现 Zone bit recording（在外圈磁道上分配更多的扇区）和 bad block revectoring（坏块重定向）等高级磁盘功能。

 

块 块虚拟化在存储虚拟化中应用的最广，也是最主要的部分，由卷管理软件，RAID控制器和NAS设备来实现。块虚拟化技术创建出 虚拟块设备，应用程序可以像使用物理磁盘一样使用这些虚拟块设备，由块虚拟化软件来负责虚拟块与物理块之间的映射。

 

磁带 磁带虚拟化可以在 介质级别， 磁带机级别或者 磁带库级别来实现。可以对磁带设备和介质资源重新进行整合以提供更好的存储性能，或者通过磁盘存储来虚拟磁带资源。提供备份集的可靠性和可管理性。

 

文件系统 文件系统的虚拟化通常由文件服务器或 NAS（Filer）来完成，应用程序可以通过 Network File System (NFS) 或Common Internet File System (CIFS)一类的协议，像访问本地文件系统一样访问远程的文件系统。

 

文件 文件虚拟化通常由 Hierarchical storage management (HSM)来实现，通过文件虚拟化技术，可以根据文件的重要程度和用户的访问需求，迁移到不同的存储位置，且保证用户或应用程序对文件的访问方式不变。

 

虚拟存储的实现位置

 

可以在阵列上实现存储虚拟化，将物理硬盘的存储空间加以整合，再根据需要划分成多个组，映射到LUN，供主机使用。

 

也可以在主机上实现存储虚拟化，将多个独立阵列，来自不同厂商的产品组合成虚拟存储设备，供主机使用。

 

还可以在网络中实现存储虚拟化，将多个独立阵列，来自不同厂商的产品组合成虚拟存储设备，供多个主机共享使用。

 

很多企业同时使用以上几种实现方式，未来的发展趋势是，存储虚拟化与实现位置无关，可以发生在存储架构的任何一个地方。

 

基于网络的存储虚拟化可以通过带内与带外两种方法来实现

 

带内架构也称为 对称虚拟化， 元数据与数据共用一条通道。在应用程序服务器和交换机之间设置虚拟服务器，数据和元数据都通过虚拟服务器传递，可以按照应用程序的要求来管理数据，但是虚拟服务器可能成为瓶颈，所以这种架构适用于中小型企业。

 

带外架构也称为 非对称虚拟化，元数据有单独的通道。虚拟服务器和应用服务器都直接连入SAN网络，并通过LAN连接在一起，只有元数据通过虚拟服务器传递。优点是数据的吞吐量不受影响，扩展性强。缺点是数据不能由虚拟引擎处理。

 

存储虚拟化的目的是为了满足应用程序对存储容量，存储系统性能和可用性的要求。

例如：

容量：增加虚拟存储设备所对应的物理磁盘，不会中断应用程序对虚拟存储设备的访问。

性能：同时读写多个物理磁盘的虚拟存储设备，其读写性能要比单个物理磁盘高很多。

可用性：采用镜像或RAID-5等手段，可以大大提升虚拟存储设备的可靠性。

 

存储管理所面对的挑战：

1，存储架构变得越来越复杂。

2，对存储空间的需求增长迅速，由存储系统所产生的开销越来越多。

3，存储系统中的物理设备无法满足应用程序的可用性需求。

存储虚拟化技术可以帮助企业解决上述难题。

 

存储虚拟化相关技术

 

卷 卷是由块级虚拟存储软件所创建的基本的虚拟存储对象，由一个或多个物理磁盘的全部或部分空间组成，对于操作系统来说，卷等同于物理盘。

 

LUN LUN(Logical Unit 逻辑单元) 是由磁盘阵列所创建的虚拟存储设备。阵列负责LUN与物理磁盘空间的映射。与卷管理软件所创建的卷类似。

 

卷要比LUN更加灵活的强大：

1，卷可以动态地创建，扩展，删除和重新配置。

2，卷可以跨越多个阵列而存在。

3，卷可以由多种不同的物理设备构成。

4，卷可以与LUN自由对应，可以比通常的LUN大很多或小很多。

 

实际上，更多的时候，卷和LUN通常是结合使用的。

 

分区 操作系统分区是物理磁盘或LUN的子组件，创建分区的目的是为了更加灵活地使用存储空间，不同的分区之上可以创建不同的文件系统。

 

配置块存储虚拟化的步骤：

1，配置性能或RAID级别等特点，将磁盘或LUN指定到逻辑组。

2，创建名为卷的虚拟设备。

3，操作系统在虚拟卷空间上创建文件系统。

 

常见RAID级别：

RAID-0，条带卷，提高性能，无冗余。

RAID-1，镜像。

RAID-5，带较验的条带卷，提高性能，有冗余。

RAID-0+1，先0后1，先条带后镜像。

RAID-1+0，先1后0，先镜像后条带，恢复方便。

 

存储虚拟化的在线管理：

1，调整尺寸，扩展或缩减卷的大小。

2，重新配置卷，需要把数据先备份到临时位置。

3，创建快照，快照用于备份，统计分析，实验，搬迁数据等用途。

4，快速重新同步，使用位图来记录镜像卷分离之后发生变化的块。

 

提高可用性的技术：

1，利用热备盘自动恢复受损的卷集（镜像卷或RAID-5卷）

2，DMP，动态多路径提供高性能及高可用性保证（AA或AP模式）。

3，卷复制，可以提高性能（将数据复制到其它站点，使站点中的服务器可以就近请求资源），提供灾难恢复功能。

4，集群，提供高可用性保证，提供容灾功能，可以实现脱机任务（off-host）

 

[完]

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