虚拟存储类型详解

2009-08-18 22:11:56

云计算

虚拟化 采用虚拟存储技术，用户可以将存储设备分割成一些“虚拟磁盘”，在需要存储容量时，可将这些虚拟磁盘分配给服务器，当用户在用完之后，再将它们返还给存储池，如何共享该存储池，如何简化存储空间的扩充过程，看一看如今流行的虚拟存储。

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城市历史数据容量巨大，而且每天都在产生新的数据，这就要对这些海量数据进行存储，开展存储基础设施建设。

存储基础设施要求存储系统的管理处于集中控制之下，同时允许分布于不同地理位置的主机能够访问集中管理的数据，用户不必考虑存储设备的布局方式、采用何种存储系统以及存储资源如何配置。存储基础设施应该支持存储协议的自由转换，实现从异构主机到异构存储系统的透明访问。支持24×7 小时的、高性能的数据访问；只允许有访问权限的用户才能访问相应的数据；支持数据保护、恢复和可视化管理；由于系统故障或者存储系统重新配置所进行的数据迁移不改变用户访问数据的方式；当用户请求新的存储需求或要求访问权限调整时，不会中断其他用户的数据访问。

下面具体分析虚拟存储、存储区域网络（Storage Area Network，SAN）和网络附属存储（Network Attached Storage，NAS）。

传统的磁盘系统使用率低下，造成资源严重浪费。只有80%的容量分配给文档和数据，而为满足增长需求，20%的容量永不分配、被保留起来。分配给文档容量的20%～30%也会被浪费掉，因为某些文档并不增长，预留的容量永远不会被使用。也就是说，40%～50%的磁盘容量从没被利用起来。很多存储硬件和软件厂商为灾难备份做实时拷贝，需要双倍的容量满足应用操作。

采用虚拟存储技术，用户可以将存储设备分割成一些“虚拟磁盘”，在需要存储容量时，可将这些虚拟磁盘分配给服务器，当用户在用完之后，再将它们返还给存储池；在多机种服务器环境中实现集中化存储，装有不同操作系统的不同服务器可以与一个庞大的集中化存储池连接，同时共享该存储池；简化存储空间的扩充过程，在系统运行中迅速扩充虚拟磁盘。虚拟存储如图6.3 所示。

虚拟存储类型

虚拟存储技术在对数据进行存储时，通过对软技术间接达到对物理存储设备的管理和控制。换句话说，人们对虚拟存储系统进行的各种操作都会被镜像到另一个物理存储系统上，用户不必关心真正的物理设备是什么、在哪里。在使用传统的存储技术来保存数据时，每当对计算机系统增加新的存储设备时，都必须重新对整个计算机系统的参数进行一些合适的设置，而每次的新设置都需要多次关机、开机操作，在这频繁的开关过程中就有可能导致系统中的部分数据不能被继续使用，从而中断业务的连续性。

针对这种存储的弊病，虚拟存储技术特意简化了对数据存储管理的复杂性，降低了存储管理成本。在虚拟存储环境中，无论网络后端的物理设备发生什么变化，服务器及其应用系统看到的存储设备的逻辑镜像都是不变的，这样，用户将不必关心底层物理环境的复杂性，只需管理基于异构平台的存储空间，所有的存储管理操作，如系统升级、建立、扩充存储空间、分配虚拟磁盘、改变磁盘阵列（RAID）等就变得非常方便。另外，虚拟存储允许一个用户共享不同供应厂商的存储设备，允许多用户共享同一个存储网络，因此，用户很容易地增加存储容量和在设备间移动数据。可见，虚拟存储技术其实只是一种逻辑存储技术，这种存储技术对数据的管理是智能的、有效的；利用该技术，用户可以直接对数据存储空间进行管理和控制，而不是对当前计算机系统所使用的物理存储硬件进行管理和控制。

从系统的观点看，主要包括基于主机的虚拟存储、基于存储设备的虚拟存储和基于网络的虚拟存储三种虚拟存储方法。

(1)基于主机的虚拟存储类型

基于主机的虚拟存储依赖于代理或管理软件，它们安装在一个或多个主机上，实现存储虚拟化的控制和管理。由于控制软件是运行在主机上，这就会占用主机的处理时间。因此，这种方法的可扩充性较差，实际运行的性能不是很好。由于可能导致不经意间越权访问到受保护的数据，基于主机的虚拟存储方法有可能影响到系统的稳定性和安全性。这种方法要求在主机上安装适当的控制软件，因此一个主机的故障可能影响整个系统中数据的完整性。软件控制的存储虚拟化还可能由于不同存储厂商软硬件的差异而带来不必要的互操作开销，所以这种方法的灵活性也比较差。但是，由于不需要任何附加硬件，基于主机的虚拟化方法最容易实现，其设备成本最低。使用这种方法的供应商趋向于成为存储管理领域的软件厂商，而且目前已经有成熟的软件产品。

(2)基于存储设备的虚拟存储类型

由于依赖于提供相关功能的存储模块，对于包含多个厂商存储设备的存储系统，这种方法的运行效果并不是很好。依赖于存储供应商的功能模块将会在系统中排斥简单的硬盘组（Just a Bunch of Disks，JBODS）和简单存储设备的使用，因为这些设备并没有提供虚拟存储的功能，即这种方法要求最终将锁定某一家单独的存储供应商。不过，在存储系统中，这种方法较容易实现，容易和某个特定存储供应商的设备相协调，所以更容易管理，同时它对用户或管理人员都是透明的。但是，由于缺乏足够的软件支持，这就使得解决方案更难以客户化和监控。

(3)基于网络的虚拟存储类型

基于网络的虚拟化方法是在网络设备之间实现虚拟存储功能，具体包括基于互联设备、基于交换机和基于路由器3 种方式。

①基于互联设备的方法

在对称的方式下，控制信息和数据在同一条通道上，互联设备可能成为瓶颈，但是多重设备管理和负载平衡机制可以减缓瓶颈的矛盾。同时，在多重设备管理环境中，当一个设备发生故障时，也比较容易支持服务器实现故障接替。但是，这将产生多个存储孤岛，因为一个设备仅控制与它所连接的存储系统。非对称式虚拟存储比对称式更具有可扩展性，这是由于数据和控制信息的路径是分离的。这种方法能够在专用服务器操作系统上运行，并具有基于主机方法的诸多优势。许多厂商提供了附加的功能模块来改善系统的整体性能，但要更高的硬件成本。但由于它仍然需要一个运行在主机上的代理软件或基于主机的适配器，任何主机的故障或不适当的主机配置都可能导致访问到不被保护的数据。同时，还存在异构操作系统之间的互操作问题。

②基于交换机的方法

这种方法把虚拟存储的功能模块嵌入于交换机的固件中或者放在附属于交换机的单独的服务器上。由于并不要求在每台主机上都运行虚拟存储功能软件，基于交换机的存储虚拟化系统以软件方式提供管理功能模块，这种方法不存在上述方式可能遇到的安全性问题，在异构环境中也能提供更多的互操作性，但交换机仍然是一个瓶颈。

③基于路由器的方法

这种方法是在路由器固件上实现虚拟存储功能。供应商通常也提供运行在主机上的附加软件来进一步增强存储管理能力。在这种方法中，路由器被放置于每个主机到存储网络的数据通道中，用来截取网络中任何一个从主机到存储系统的命令。由于路由器潜在地为每台主机服务，大多数控制模块存在于路由器的固件中，相对于上述两种方式，这种方法的性能更好、效果更佳。由于不依赖于在每个主机上运行的代理服务器，这种方法具有更好的安全性。当连接主机到存储网络的路由器出现故障时，仍然可能导致主机上的数据不能被访问。但是只有联结于故障路由器的主机才会受到影响，其他主机仍然可以通过其他路由器访问存储系统，同时路由器的冗余也可以支持动态多路径。由于路由器经常作为协议转换的桥梁，这种方法也可以在异构操作系统和多供应商存储环境之间提供互操作。

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