分布式存储设备管理的优化方法研究

朱丽霞，李 凡

（1．南瑞集团有限公司，江苏 南京211000；2．南京基石数据技术有限责任公司，江苏 南京210093）

0 引 言

随着大数据技术和云计算技术的推广应用，虚拟化的计算技术已经比较成熟，但是虚拟化的数据存储在技术上跟虚拟化计算相比却没有较大的改进。为了满足大规模的应用快速开发和快速部署的需要，所需要的存储容量在不停地增加，所需的成本也在增加，扩展方面面临新的挑战，运维的复杂程度不断增加，无法满足SLA服务等级协议的要求。软件定义存储技术的出现，使得存储的管理简单化，降低了数据中心的运营成本，并且可以满足SLA服务等级协议的要求。

1 数据存储面临的问题

目前数据中心的存储体系结构大部分还是依赖硬件，当存储容量需求增大时，就要新增更多的存储硬件，但当存储容量需求减少时，之前新增的存储硬件又会闲置，造成资源浪费。对于临时性的容量需求没有很好的解决方案。增加新的存储硬件，意味着投入成本就会增加。硬件数量增多后，硬件运维管理的复杂程度也会增加，造成总体成本不断增加。即使存储硬件系统的性能更强，容量更大，但这种方式极不灵活，无法快速应对需求的变化。

（1）为适应SLA要求而进行的调整过程非常复杂

存储硬件的资源调度和日常管理很不灵活，难以支撑不断变化的应用服务等级。数据中心在建设的前期，需要对系统进行大量的规划工作，满足性能和容量的要求，同时能够适应不同的应用服务，但这种配置规划是静态固定的。每当有新的应用需要存储空间时，需要将这些应用映射到固定的存储池中。当应用需求发生变化时，存储也要随着发生改变，虚拟机可能需要迁移到新的存储逻辑单元或者卷中。这时，又需要对系统重新开始进行费时费力的规划，并且投入更多的资金。更加糟糕的是，当系统出现故障时，很难对故障进行排查。

（2）总投入成本过高，扩展昂贵

由于存储调配的不灵活性，用户在实际使用时会配置超出实际需要的存储量，作为后备资源，这样存储的利用率和投资回报率就会较低。超出需要的配置会导致实际分配的资源无法尽可能地被利用，同时剩余的资源不能被有效的重新分配或共享。当容量不足时，用户只能重新购买新的存储设备，这也是相当大的一部分成本投入。如果需要大规模的升级存储系统，需要支付昂贵的升级费用，或者彻底更换新的硬件，结果就是在不断重复的购买昂贵设备。

2 软件定义存储

基于软件定义的存储技术会给数据中心的存储带来更加经济和高效率的运行和维护方式。这种创新的方式将改变存储的分配、调度和管理。软件定义存储从应用的角度出发，不再按照存储磁盘阵列的角度。软件定义存储和软件定义的数据中心可以实现更加高效敏捷的环境，提供高速、易用、经济的解决方案。

软件定义存储的核心理念在于，存储利用虚拟化的软件程序来进行管理，主要架构分为两层，虚拟数据层和驱动控制层。

（1）虚拟数据层，即对物理存储资源进行虚拟化，将其抽象成一个逻辑上的存储池，这个池为虚拟机服务，可以灵活的使用和管理。数据层可支持各种类型的存储设备，如虚拟磁盘、磁盘阵列、老式磁带、光盘存储系统或者其他设备。在虚拟数据层，所有的物理存储被划分为虚拟磁盘，作为系统底层物理基础架构。使用虚拟卷和虚拟SAN，存储基础架构为虚拟数据层提供存储容量、性能、服务等功能，并且通过算法自动调配服务的级别。

（2）驱动控制层，作为虚拟数据层和应用层之间的桥梁，遵循管理上的策略，实现自动化管理存储、分配资源的功能。根据不同应用程序的需要，分配不同的容量给应用，满足应用程序的性能和数据要求，驱动控制层同时管理各种不同类型的存储。在驱动控制层，不管是磁盘阵列、云端存储还是普通服务器的存储，都被视为通用的存储基础架构，驱动控制层采用通用的管理方式。驱动控制层采用管理策略来定义不同的存储类别，当应用的需求发生变化时，管理策略也会随之更新，驱动管理层自动根据策略来调整资源，虚拟机应用方不会受到任何的中断。

最后，使用虚拟化管理软件来管理所有虚拟机、应用程序、系统资源。存储功能完全软件化，管理软件获取所有虚拟机的信息，如CPU、内存、存储、网络等信息，管理各个应用程序的运行情况，如CPU使用率、内存占用率、存储使用率等。根据这些信息，虚拟化管理软件统一调配存储资源，在各个应用之间平衡。

3 优化思路

软件定义存储改变了传统的存储管理模式，传统方式从存储硬件到上层应用，以磁盘阵列为主，软件定义存储以应用为主，根据上层应用的需求，选择适当的下层存储。

按照软件定义存储的优化思路，首先需要将各种不同类型的存储虚拟化。要求虚拟存储提供高性能的存储，快速的读写响应，可以灵活的进行扩展。针对虚拟机应用对存储的需求，分析目前已有各种类型的存储的利用情况，对已有的资源按照容量、性能、可靠性等指标进行等级划分，将数据中心现有的各种类型的存储资源整合成为统一的存储资源池，以便于虚拟机的应用程序调用。在混合存储体系结构中，虚拟存储网络会将连接的HDD和SSD统一虚拟化为一个存储池，提供分布式的共享数据存储，将底层的存储应用虚拟化，为用户的应用程序提供软件定义存储。普通磁盘提供数据的存储，SSD可提供更快速度、更高性能的数据存储。

虚拟卷是连接虚拟机和存储之间的重要一环，虚拟卷是软件定义存储的基本单元。站在存储的角度上，所有的操作和策略配置都绑定在虚拟卷上。站在虚拟化软件的角度上，虚拟卷就是一个虚拟机文件，现有的架构和流程不变。虚拟卷能够感知虚拟机的数据操作，并将其转发给存储执行。虚拟卷是一种虚拟磁盘容器，独立于底层的物理存储，是数据管理的基本单元。存储容器是虚拟存储池，背后可跨多个不同类型、不同厂商的存储设备，提供虚拟资源管理，访问控制等功能。存储是独立的，与硬件设备无关。开发者还可以在现有存储功能上进行自定义开发，通过软件定义的方式，开发更多创新的存储功能。

4 结 论

软件定义存储提供了高效、快速、经济的存储解决方案，将存储服务的虚拟化充分利用起来，对存储物理资源进行抽象化处理，形成虚拟的存储池，可以根据实际的需要进行动态分配。这种方式整合了资源，全面降低了存储基础架构的成本和运维的复杂程度。随着软件定义存储技术的发展，其优势势必会在未来数据中心的建设中发挥重要作用。