存储虚拟化应用及分析

杨鹏川

摘 要：虚拟存储（Storage Virtualization），就是把多个存储介质模块（如硬盘、RAID）通过一定的手段集中管理起来，所有的存储模块在一个存储池中得到统一管理。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来，为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统，就称之为虚拟存储。

关键词：存储；虚拟化；统一管理

1 引言

全球存储工业协会（Storage Network Industry Association，简SNIA）的《SNIA词典》中对虚拟化的定义是： 为了达到提供有用抽象概念的目的，而将一种或多种（后台）服务或功能与附加（前台）功能相集成的活动。通常，虚拟化可以隐藏一些后台复杂性，或将新的功能增加到或集成到现有后台服务。通俗的讲，存储虚拟化是指把多个物理上独立存在的存储体通过软件或硬件的手段集中管理起来，形成一个逻辑上的虚拟存储单元供主机访问。这个虚拟逻辑单元的存储容量是它所集中管理的各物理存储体的存储容量之和，而它的访问带宽则在一定程度上接近各个物理存储体的访问带宽之和。

2 主流存储虚拟化技术

存储虚拟化技术因各个存储供应商的理念不同，而实现方式不同。目前，主流的存储虚拟化技术主要分为三大类，分别是：基于主机的存储虚拟化技术、基于SAN网络的存储虚拟化技术和基于存储控制器的存储虚拟化技术，其中，基于SAN网络的存储虚拟化技术又可以分为两中实现方式--带内和带外。下面对这几种存储虚拟化技术的实现进行说明。

2.1 基于主机的存储虚拟化功能实现

基于主机（应用服务器）上的存储虚拟化一般通过运行存储管理软件（逻辑卷管理器，LVM）加以实现。管理软件的作用就是向系统输出一个单独的虚拟存储设备（或者可以说一个虚拟存储池），事实上这个虚拟的存储设备后台有若干个独立的存储设备组成，只不过在系统看来他们是一个有机的整体。通过这种模式，用户不需要直接去控制管理这些独立的物理存储设备。当存储空间不够的时候，管理软件会从空闲的磁盘空间中映像更多的空间输出给系统，而系统看来它所使用的虚拟存储设备的空间在动态的增加，并没有影响到它的

使用。由此可见，基于主机的虚拟化可以使系统在存储空间调整过程中仍然保持在线状态。另外一个优势体现在， 通过虚拟可以实现主机上存储设备并行使用。

2.2 基于SAN网络的存储虚拟化功能实现

基于SAN网络的存储虚拟化技术是实现存储虚拟化的一个发展方向。与基于主机存储虚拟化不同，基于SAN网络的存储虚拟化功能是在SAN网络层完成的。具体的存储虚拟功能的实现可以在交换机或存储虚拟化服务器中进行。

依据虚拟化引擎的位置不同，存储虚拟化技术分为带内（in-band）和带外（out-of-band）两大类。如果引擎工作在数据的访问通道上，例如访问主机、存储以或光纤交换机上，那么就成为带内虚拟技术，否则就是带外虚拟技术。

2.2.1 带内存储虚拟化实现方式

所谓带内虚拟化，常常也称作对称虚拟，是虚拟化引擎应用在应用服务器和存储的数据通路上的实现方式。在标准的设置中，在存储虚拟化服务器上运行的虚拟软件允许控制数据和需存储的实际数据在相同的数据通路内传递。存储虚拟化服务器接受来自主机的数据请求，随后存储虚拟化服务器会在其后台的存储设备中搜索数据（被请求的数据可能分布于多个存储设备中）。当数据被找到后，存储虚拟化服务器将数据传送给主机，完成一次完整地请求响应。在用户看来，带内虚拟化存储虚拟化服务器好像是直接附属在主机上的一个存储设备（或子系统）。

基于带内的存储虚拟化功能实现还有另外一种表现方式，目前在某些型号SAN网络交换机上内置了一个小型的SAN应用服务器板卡，在这个板卡上安装存储虚拟软件用于代替外置的存储虚拟化服务器。

2.2.2 带外存储虚拟化实现方式

所谓带外虚拟化，又叫做不对称虚拟，是在数据通路外的存储虚拟化服务器上实现的虚拟功能。控制数据和存储数据在不同的数据通路上传输。一般情况下，存放在使用单独通路连接到应用服务器的元数据服务器上，而存储数据在另外的通路中传递（或者直接通过存储网络在服务器和存储设备间传递）。通道外方式的设计是通过从数据流中分割管理信息，避免通道中结构所产生的内在运行问题。在通道外结构中，有一个叫做元数据服务器的单独硬件，它存有虚拟化存储的逻辑-物理关系信息，向每一个服务器传送信息，分配I/O指令这种数据传送通过一个独立的网络完成，，它与数据交流使用的光纤通道分开，这即是通道外模式。元数据服务器和主机之间的传输通常是通过装在主机上的接口程序来实现的，这台主机与修改后的、对指令重新分配的I/O驱动器共同工作。由于主机直接将虚拟化存储指令分配到目的设备上，I/O运行不再受到增加等待时间或带宽的制约。这样，通道外方式理论上更适合于高性能应用。它还避免了通道内自有的数据完整性问题。带外虚拟减少了网络中的数据流量。但是一般需要在主机端安装代理软件。

2.3 基于存储设备的存储虚拟化实现方式

存储虚拟化也可以在存储设备内部或存储子系统内部加以实现。比如说磁盘阵列就是通过磁盘阵列内部的控制系统进行的虚拟，同时也可以在多个磁盘阵列间构建一个存储池。这种基于存储设备或存储子系统的虚拟通过特定的算法或者映射表把逻辑存储单元映射到物理设备之上。最终实现的就是逻辑卷独立于其所属的存储设备。根据采用的方案不同，RAID、镜像、盘到盘的复制以及基于时间的快照都采用了此类虚拟化。通过虚拟化，虚拟磁带库、虚拟光盘库等都得以在存储子系统中加以实现。

3 厂商产品介绍

很多公司提供存储虚拟化产品，根据上节中现有技术的分类与分析，各类存储虚拟化技术的提供厂商如下：

3.1 基于主机的存储虚拟化产品

Symantec公司的 Storage Foundation

3.2 基于SAN网络的存储虚拟化产品

（1）带内产品

IBM公司的SAN VolumeController（SVC）

DataCore公司的SANsymphony

FalconStor公司的IPStor

（2）带外产品

EMC公司的Invista

LSI公司的StoreAge Storage Virtualization Manager（SVM）

Incipient公司的Network Storage Platform

3.3 基于SAN 网络的存储虚拟化产品

Hitachi Data Systems 的Universal Storage Platform（统一存储平台）

4 应用收益

使用存储虚拟化技术可以带来经济、建筑、能源、管理等多方面的效益，从单位的需求与自身特点来看，云计算项目中存储虚拟化涉及的目标应该主要包含以下5点：

4.1 提高存储设备的利用率

通过存储虚拟化技术，可以建立存储池，将所有可用的存储设备（可跨越地理位置或生产商）作为一个存储池进行管理，可以实现存储资源的高效利用，多余的容量可以分配给需要的服务器和应用程序。存储虚拟化使磁盘使用率提高，优化了存储资源；统一的存储管理减少了人为错误；无缝磁盘扩展提高了效率；通过分层存储池可施行成本控制。

4.2 降低用户访问数据的复杂性

通过存储虚拟化，各业务系统的管理员不用再花费精力和时间去关心存储环境中底层物理环境的复杂性，也不用再去关心设备异构与否。他们只需在应用层面上直接提出自己的需求，并通过虚拟化的手段实现：系统需要多大的存储空间满足现在和将来的存储量需求？存储的效率如何？存储资源的利用率怎样？为存储而支付的成本是多少？

4.3 实现异构存储整合

存储虚拟化可将xx集团现有的各存储系统进行统一管理变成现实；可以为需要存储容量的服务器或应用分配未被使用的存储容量，对容量可以进行无缝扩展，以满足应用需求，实现存储的集中管理。此外，用户可以继续选择完善的存储技术来满足不断增长的需要——无论是哪个厂商的存储设备都可以无缝集成到企业的基础存储架构中。

4.4 实现分级（层）存储

面对日益增长的海量数据，大部分企业目前所部署的存储容量已经使传统存储解决方案无法满足IT机构对灵活性、经济有效性和易于管理性的需求，因此未来的存储解决方案必须支持众多可分层的不同存储系统，以满足不同类型数据的独特需求，从而实现完整的生命周期管理。IDC的研究结果显示，在今后的两年里，将分层存储的理念变成能为IT管理人员使用的现实将是存储硬件和软件行业的一个重要目标。

4.5 减轻数据维护人员的负担

自动备份、复制和其他服务将消除很多人工亲自干预的机会。这些人工干预往往属于―人力密集型的任务，造成很高的管理成本。比如个业务系统的管理员每天需要查看备份情况、需要检查容灾数据同步情况等，需要占用很多的时间用于重复性的工作。存储虚拟化技术既增加了存储系统的可靠性，又使得IT技术人员从繁重的管理操作中解脱出来，转为从事其他工作。因此，存储虚拟化将显著提高企业的技术投资回报，取得良好的效益。

5 结束语

如何选择正确的、适合单位需求的存储虚拟化架构是一件复杂的事，可以从以下几方面进行考虑：（1）产品是否已经可用；（2）虚拟化是否影响性能；（3）存储虚拟化应该在网络还是在阵列中完成；（4）实行了存储虚拟化后，要将其移除的困难性；（5）是否有存储不应放到存储虚拟化的保护伞之下；（6）虚拟机的数量对存储有何影响。只有从单位自身的条件和需求出发，才能建设起实用的虚拟化架构。

[参考文献]

[1]徐梦，宗坤.虚拟存储技术的研究及其应用[J].计算机与信息技术，2010，（1）.

[2]柏新才，吴学智，马宁.虚拟存储技术及应用分析[J].舰船电子公程， 2008，（5）.