自动精简配置存储技术在民航信息系统中的应用

王 丽，林恩爱，王 欣

(1.北京中医药大学信息中心，北京 100029;2.中国民航信息集团公司运行中心，北京 100010)

0 引言

自动精简配置(Thin Provisioning)存储技术，是一种按需分配存储技术。长期以来，存储系统空间被分配出去以后，不管最终用户用了多少，其剩余的部分都无法再重新分配给别人。往往一开始为了往后的可能需求而设计很大的空间，但是最终的使用率却是很低，企业的管理者往往为了这些低使用率的存储花费大量的存储管理成本和使用成本。存储划分多了造成浪费，划分少了在实际生产系统中需要多次停机维护来增加存储，造成生产系统的无谓的停机时间，所以缺乏弹性一直是个困扰。自动精简配置存储技术就是为了解决这样的困境而产生的。这种技术在开始时，一次性给定用户足够空间，使用户看起来好像是划分了足够的空间给他，但是实际使用时存储系统是按需分配的，只有真正使用了才会在物理上占用存储阵列系统的空间，不使用就不实际占用，这样就解决了存储使用时的低效率问题，做到了物尽其用而不浪费。

目前，主流的存储厂商的存储产品基本都有自动精简配置功能。比如EMC VNX系列、NetApp的FAS系列、3PAR、HDS等。另外，VMware也提供了自动精简配置功能。

中国民航信息集团(简称“中国航信”)是国资委直属的大型民航保障企业，主要从事中国民航数据、订座、分销、离港、货运、结算等信息系统的开发和运营，民众每天的机票预订和民航的信息服务均由中国航信提供。使用超过了两千台硬件设备以及超过两个PB的存储。在民航信息系统“云计算”战略大规模推进的进程中，如此大规模的存储平台，在运维管理上势必需要更加合理高效的存储技术予以支撑，自动精简配置存储技术的出现，为简化民航信息系统的存储管理以及提高存储系统的使用率提供了高效的技术支撑。

本文以NetApp FAS系列存储的自动精简配置功能和VMware的存储自动精简配置功能为例，结合民航信息存储系统的特点，通过实验，分别介绍NAS自动精简配置存储技术、存储系统与VMware的自动精简配置功能的融合。

1 NAS自动精简配置存储技术

1.1 NAS以及NetApp存储结构简介

网络连接式存储(Network Attached Storage，NAS)，是一种通过IP以太网络互相连接的基于文件级别的存储访问方式。NetApp的NAS的文件称为volume。volume的划分基于物理磁盘组(RAID组的集合)之上，这个RAID组的集合称为aggregate。因此NetApp的存储系统自下而上的组织方式为:物理磁盘、RAID 组、aggregate、volume。

1.2 实验过程

本实验创建一个名为aggr1的aggregate，然后在aggr1上创建一个名为thin_nas的具有自动精简配置属性的volume，将这个volume通过NAS的方式映射给一台Windows主机的Z盘，然后在这个Windows主机上的Z盘写入2G的民航旅客数据。通过观察NetApp磁盘阵列上存储剩余空间的变化，来验证自动精简配置存储与普通存储的区别。

第一步，观察创建volume之前的aggr1的状态，初始状态时aggr1的剩余空间是848G。

第二步，创建一个名为thin_nas的具有自动精简配置属性的volume，并观察aggr1的剩余空间变化情况，发现剩余空间仍然是848G。也就是说，虽然被划分出去了2G的空间，但是由于还未被使用，所以从存储阵列上看，剩余空间没有任何变化。

第三步，通过NAS将该volume映射到Windows主机的Z盘下，并写入2G的民航旅客数据。重新观察aggr1的状态，发现aggr1的剩余空间的大小由之前的848G减少到了846G，正是所被占用的空间大小。

第四步，将这2G的数据删除，重新观察aggr1的剩余空间变化情况，发现剩余空间恢复到了848G。

以上4步的实验结果如表1所示。

表1 NAS自动精简配置实验记录

1.3 小结

可以看出，在NAS自动精简配置存储技术中，划分了存储空间并且映射给主机之后，并不会马上占用存储阵列的空间。只有当主机端真正写入数据之后，才会实际占用存储阵列的大小，并且是写多少占用多少。待数据删除之后，马上恢复存储空间大小。这与传统的即分即占的存储管理方式有着巨大的优越性。在传统的存储管理方式中，不管用户实际占有多少数据，只要划分出去多少，则该存储就被永久占有。在实际应用过程中，完全可以按照用户的需求一次性划分足够的存储给用户，在未真正使用之前，虽然用户看到了足够大的存储空间，但是由于还未使用，因此存储阵列端并没有真正占用，而是用多少占多少，从根本上杜绝了由于用户对存储空间预估不准而导致的存储浪费问题。

2 VMware中应用存储自动精简配置

2.1 VMware的自动精简配置介绍

虚拟化是“云计算”的重要特征，为“云计算”提供主要的技术支撑。随着民航信息系统“云计算”平台建设的逐步推进，目前绝大部分的应用平台已经实现了虚拟化。VMware作为服务器虚拟化领域的领头产品，是中国航信服务器虚拟化的主力产品。

与存储阵列的自动精简配置类似，VMware启用自动精简配置功能后，创建虚拟磁盘时，不预先占用存储空间，而是随已占用的空间大小来增长，而达到按需分配的目的。

VMware的虚拟磁盘有3种格式，分别是 Thin Provisioning、Thick(也叫 Zeroedthick)和 Eagerzeroedthick。其中，Thin Provisioning与本文提到的概念一样，就是一种按需分配的格式，创建时虚拟磁盘不会占用所有需要的空间，而是根据实际使用逐步占用空间;Zeroedthick格式在创建虚拟磁盘时会分配给所有空间，但空闲空间只有在使用时才会被初始化;而Eagerzeroedthick在创建虚拟磁盘时会分配给所有空间并且进行初始化。

2.2 实验过程

本实验通过VMware分别创建一个不启用自动精简配置功能的虚拟机以及启用自动精简配置功能的虚拟机，通过观察NetApp存储阵列的剩余空间的变化，来验证两者的区别。

第一步，观察NetApp存储的初始剩余空间aggre1的状态，初始状态时aggr1的剩余空间是846G。

第二步，选择普通模式，创建一个8G大小的虚拟机，如图1所示。

图1 创建普通模式虚拟机

此时，观察存储阵列aggr1的状态，aggr1的剩余空间的大小由之前的846G减少到了838G，正是所被占用的空间大小。

第三步，恢复原样，选择自动精简配置模式，重新创建一个8G的虚拟机，如图2所示。

图2 创建自动精简配置模式虚拟机

此时，重新观察存储阵列aggr1的状态，可以发现，虽然创建了一个8G的虚拟机，但是由于选择了自动精简配置模式，因此没有真正地创建虚拟磁盘，只有使用时才会真正地占有空间，因此并没有实际占用空间。

以上三步的实验结果如表2所示。

表2 VMware自动精简配置实验记录

2.3 存储阵列和VMware自动精简配置的结合

存储阵列和VMware都提供了自动精简配置的功能，但是两者的角度不同。两者是否开启该功能的组合会导致不同的实际空间占用情况。仍以上面的场景为实验，在1个40GB的LUN存储中创建8GB的虚拟磁盘(vmdk)，假设这个8GB的虚拟磁盘在初始状态时只占用2G的磁盘空间。那么，在分别启用和关闭存储阵列和VMware的自动精简配置的状态下，会有如表3的空间占用情况。

表3 存储和虚机精简配置组合实验

从表3可以看出，只有当存储阵列和VMware都开启自动精简配置时(这种情况也叫thin in thin方式)，才会最大限度地节省存储的使用空间(只占用2G);只开启存储阵列的自动精简配置功能时，存储阵列将占用虚拟磁盘的空间(占用8G);如果不开启存储阵列的自动精简配置功能，则无论是否开启VM-ware的自动精简配置功能，存储阵列都将占用全部的LUN空间的大小(占用40G)。而虚拟磁盘的大小则完全取决于VMware是否开启自动精简配置功能。

2.4 小结

VMware虚拟化的自动精简配置技术使得在民航信息系统“云计算”时代，大规模推进服务器虚拟化的进程中，存储的利用率和使用效率得以大大提高，存储管理者无需再为超大规模的虚拟数据中心的精确存储容量预估而担心，利用VMware虚拟化的自动精简配置技术，可以实现真正的按需分配，使得存储的利用率得到最大的提高。存储阵列的自动精简配置功能和VMware的自动精简配置功能的结合，将会使得存储的利用率得到进一步的提高。

3 结束语

自动精简配置技术是一种按需分配的存储技术，这种新的存储技术使得在超大规模的民航信息系统中，极大提升了存储的利用率，使得对存储的管理变得更加高效，从而节约了大量的投资成本和管理成本。自动精简配置存储在民航信息系统中的应用，使得存储的呈现和存储的实际占用相分离，可以一次性为业务系统划分足够的存储空间，甚至大大超过实际的物理存储空间，而实际上却是真正使用时才会占用空间，从根本上解决了需要经常停机进行存储扩充的问题，使民航信息系统的业务连续性得以极大的提升，为民航信息系统的“云计算”战略的大规模推进提供了强大的技术支撑。

但是，需要注意的是，正是自动精简配置的极大的弹性机制，对传统的存储管理提出了另一个挑战。如果大部分用户的存储需求都不可控，以至于多个用户的存储需求在短时间内均达到了预分配时的承诺值，超出了实际的物理存储空间，则将导致存储系统不可用，这是个危险的情况。不过这种情况可以通过设置物理存储使用率的报警阈值并加强监控来予以避免。

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