詳解云存儲中的虛擬化技術(shù)構成及應用

云存儲 是在云計算（cloud computing）概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新的概念，是指通過(guò)集群應用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統等功能，將網(wǎng)絡(luò )中大量各種不同類(lèi)型的存儲設備通過(guò)應用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對外提供數據存儲和業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)功能的一個(gè)系統。 當云計算系統運算和處理的核心是大量數據的存儲和管理時(shí)，云計算系統中就需要配置大量的存儲設備，那么云計算系統就轉變成為一個(gè)云存儲系統，所以云存儲是一個(gè)以數據存儲和管理為核心的云計算系統。

何謂存儲虛擬化

存儲領(lǐng)域國際權威機構SNIA（存儲網(wǎng)絡(luò )工業(yè)協(xié)會(huì )）給出了存儲虛擬化（STorage VirtualizatiON）的定義：通過(guò)將存儲系統/子系統的內部功能從應用程序、計算服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )資源中進(jìn)行抽象、隱藏或隔離，實(shí)現獨立于應用程序、網(wǎng)絡(luò )的存儲與數據管理.存儲虛擬化技術(shù)將底層存儲設備進(jìn)行抽象化統一管理，向服務(wù)器層屏蔽存儲設備硬件的特殊性，而只保留其統一的邏輯特性，從而實(shí)現了存儲系統的集中、統一、方便的管理。

與傳統存儲相比，虛擬化存儲的優(yōu)點(diǎn)主要體現在：磁盤(pán)利用率高，傳統存儲技術(shù)的磁盤(pán)利用率一般只有30-70%,而采用虛擬化技術(shù)后的磁盤(pán)利用率高達70-90%;存儲靈活，可以適應不同廠(chǎng)商、不同類(lèi)別的異構存儲平臺，為存儲資源管理提供了更好的靈活性；管理方便，提供了一個(gè)大容量存儲系統集中管理的手段，避免了由于存儲設備擴充所帶來(lái)的管理方面的麻煩；性能更好，虛擬化存儲系統可以很好地進(jìn)行負載均衡，把每一次數據訪(fǎng)問(wèn)所需的帶寬合理地分配到各個(gè)存儲模塊上，提高了系統的整體訪(fǎng)問(wèn)帶寬。

虛擬化存儲有多種分類(lèi)方法，從大的方面可以分為：根據在I/O路徑中實(shí)現虛擬化的位置不同進(jìn)行分類(lèi)；根據控制路徑和數據路徑的不同進(jìn)行分類(lèi)。根據在I/O路徑中實(shí)現虛擬化的位置不同，虛擬化存儲可以分為主機的虛擬存儲、網(wǎng)絡(luò )的虛擬存儲、存儲設備的虛擬存儲。根據控制路徑和數據路徑的不同，虛擬化存儲分為對稱(chēng)虛擬化與不對稱(chēng)虛擬化。

隨著(zhù)一些專(zhuān)注于集群存儲業(yè)務(wù)的廠(chǎng)商，比如PaNASas、Isilon、龍存科技等在中國市場(chǎng)的快速發(fā)展，集群存儲技術(shù)的應用會(huì )更加普及。雖然集群存儲在處理非結構化數據方面優(yōu)勢十分明顯，但從目前情況看，集群存儲不太可能在短時(shí)間內完全取代傳統的網(wǎng)絡(luò )存儲方式，SAN和NAS仍會(huì )有用武之地。 需要強調的是，虛擬化是實(shí)現云計算遠景目標的一項核心技術(shù)，因為云計算本身就是一個(gè)能提供虛擬化和高可用性的新一代計算平臺。從目前的市場(chǎng)情況看，服務(wù)器虛擬化已經(jīng)是如火如荼，而存儲虛擬化的發(fā)展相對慢一些。

虛擬化存儲的系統構成

云存儲中的一種典型存儲方式為分布式存儲。在這種方式中，一般采用帶外虛擬化的方式管理存儲設備，元數據管理和數據傳輸都是通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )來(lái)完成。這種虛擬化存儲系統主要有四類(lèi)不同的存儲設備。

客戶(hù)端： 客戶(hù)端向外為客戶(hù)提供各種應用服務(wù)，如萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)、數據庫、文件服務(wù)、科學(xué)計算等。 客戶(hù)端上運行存儲代理軟件，提供網(wǎng)絡(luò )虛擬設備供應用程序讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)。

配置管理服務(wù)器： 配置管理服務(wù)器用來(lái)進(jìn)行系統的配置和管理。通過(guò)Internet、Telnet或其它接口登陸云存儲平臺，以遠程的方式配置和管理整個(gè)存儲系統。

元數據服務(wù)器：云存儲系統的 元數據服務(wù)器（MDS）管理著(zhù)整個(gè)系統的元數據和對象數據的布局信息，負責系統的資源分配和網(wǎng)絡(luò )虛擬磁盤(pán)的地址映射。在MDS上部署的全局虛擬化存儲管理軟件和集群管理軟件可管理整個(gè)存儲系統的配置和運行。另外，MDS通過(guò)冗余管理軟件來(lái)實(shí)現普通存儲節點(diǎn)之間的數據冗余關(guān)系。

對象存儲節點(diǎn)：每個(gè)存儲節點(diǎn)都是獨立的存儲設備，負責對象數據的存儲、備份、遷移和恢復，并負責監控其他存儲設備的運行狀況和資源情況。同時(shí)，存儲節點(diǎn)上運行著(zhù)虛擬化存儲管理軟件，并存儲了應用程序所需的數據。

虛擬化存儲的三層模型

根據云存儲系統的構成和特點(diǎn)，可將虛擬化存儲的模型分為三層：物理設備虛擬化層、存儲節點(diǎn)虛擬化層、存儲區域網(wǎng)絡(luò )虛擬化層。三層虛擬化存儲模型大大降低了存儲管理的復雜度，有效地封裝了底層存儲設備的復雜性和多樣性，使系統具備了更好的擴展性和靈活性。用戶(hù)只需將存儲設備添加到存儲池中并進(jìn)行簡(jiǎn)單配置，就可以創(chuàng )建虛擬卷，而不必關(guān)注系統中單個(gè)設備的物理存儲容量和存儲介質(zhì)的屬性，從而實(shí)現統一的存儲管理。

物理設備虛擬化層：主要用來(lái)進(jìn)行數據塊級別的資源分配和管理，利用底層物理設備創(chuàng )建一個(gè)連續的邏輯地址空間，即存儲池。根據物理設備的屬性和用戶(hù)的需求，存儲池可以有多個(gè)不同的數據屬性，例如讀寫(xiě)特征、性能權重和可靠性等級。按需分配的存儲設備作為一個(gè)邏輯卷管理器，可以從存儲池中分配邏輯卷，動(dòng)態(tài)地分配存儲資源，并管理數據塊的映射和轉發(fā)。

存儲節點(diǎn)虛擬化層：可實(shí)現存儲節點(diǎn)內部多個(gè)存儲池之間的資源分配和管理，將一個(gè)或者多個(gè)按需分配的存儲池整合為在存儲節點(diǎn)范圍內的統一的虛擬存儲池。這個(gè)虛擬化層由存儲節點(diǎn)虛擬模塊在存儲節點(diǎn)內部實(shí)現，對下管理按需分配的存儲設備，對上支持存儲區域網(wǎng)絡(luò )虛擬化層。

存儲區域網(wǎng)絡(luò )虛擬化層：可實(shí)現存儲節點(diǎn)之間的資源分配和管理，集中地管理所有存儲設備上的存儲池，以組成一個(gè)統一的虛擬存儲池。這個(gè)虛擬化層由虛擬存儲管理模塊在虛擬存儲管理服務(wù)器上實(shí)現，以帶外虛擬化方式管理虛擬存儲系統的資源分配，為虛擬磁盤(pán)管理提供地址映射、查詢(xún)等服務(wù)。

廣泛的應用

虛擬化技術(shù)已經(jīng)在存儲領(lǐng)域得到 廣泛的應用。

各個(gè)存儲設備廠(chǎng)商紛紛推出了自己的虛擬化存儲產(chǎn)品。令人矚目的是，華為提供了企業(yè)級虛擬化存儲服務(wù)，推出了針對云計算的虛擬機和網(wǎng)絡(luò )存儲服務(wù)器的虛擬機，以及VTL虛擬帶庫和VIS產(chǎn)品。同時(shí)，華為在云存儲系統中也大量應用了虛擬化技術(shù)，實(shí)現了 元數據服務(wù)器的虛擬化VMDS,對象存儲服務(wù)器的虛擬化VOSN,以及數據容器的虛擬化，等等。

虛擬化存儲在各種行業(yè)中已經(jīng)開(kāi)始了大規模應用。這些應用包括：

數據中心：應用虛擬化技術(shù)提供計算和存儲服務(wù)中心、網(wǎng)絡(luò )管理中心、災難恢復中心、IT資源租賃中心等服務(wù)。

電信行業(yè)：隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 電信行業(yè)面臨兩方面的挑戰，一方面降低IT架構的成本，另一方面提高IT架構的可用性。虛擬化技術(shù)正是解決這一問(wèn)題有效辦法。

銀行證券保險行業(yè)：利用虛擬化進(jìn)行容災，采取兩地三中心方案，即生產(chǎn)中心、同城災備中心、異地災備中心。同城災備中心負責一般性災難的防范，異地災備中心用來(lái)防范大范圍的災難。利用虛擬化技術(shù)，可以在統一的虛擬化基礎架構中，實(shí)現跨 數據中心的虛擬化管理。

政府信息系統：政府數據存儲系統的建設正受到前所未有的重視。系統利用先進(jìn)的存儲虛擬化技術(shù)，建立統一、標準、共享的數據資源存儲平臺，能夠有效地管理龐大、繁多、復雜的數據及相關(guān)的設備，提高資源利用率，并建立起全面的數據安全保障體系。