浅谈存储虚拟化技术
摘要：本文主要就虚拟存储化技术的概念、主要特点、相关技术、虚拟存储
化的作用以及怎样认识虚拟存储化作了有关的描述与解析。
关键词：存储虚拟化 技术
计算机存储技术经历了从单个的磁盘、磁带、RAID到存储网络系统的发展
历程,这一路走来似乎缓慢而艰辛,随着存储数据的不断增长,对存储空间的迫切
需求推动着存储虚拟化技术不断向前。
1、什么是存储虚拟化
存储虚拟化:可以理解为把硬件资源抽象化,用虚拟形式来展示它们。虚拟化
能够把物理的存储系统从数据驱动的具体工作中解放出来,从而使用户能够随意
地按实际需要对有限的存储资源进行分配。虚拟化可以将多个物理存储资源池合
成一个虚拟的存储资源,再对其实施集中管理或者以逻辑方式将其分成多个虚拟
机。
存储虚拟化技术是通过把物理层资源抽象化,从而将一个灵活的、逻辑的数
据存储空间展现在用户面前。最基础的存储虚拟化实现是在主机层,通过计算机
操作系统的逻辑卷管理器能够很便捷的为应用系统和用户分配存储容量。
2、存储虚拟化的主要特点
(1)虚拟存储为大容量存储系统集中管理提供了一个手段,由网络中的一个环
节（如服务器）进行统一管理,从而避免了由于扩充存储设备为管理带来的麻烦。
(2)对于视频网络系统虚拟存储最值得一提的特点是:大幅度提高存储系统整
体访问的带宽。多个存储模块组成了当前的存储系统,而虚拟存储系统能够很好
地实现负载平衡,把每次数据访问所需占用的带宽十分合理地分配到各个存储模
块上,这样整个视频网络系统的访问带宽就变大了。
(3)虚拟存储技术使得存储资源管理变得更加灵活,能够把不同类型的存储设
备集中管理统一分配使用,有效保障了用户以往对存储设备的投资。
(4)虚拟存储技术能够通过相关管理软件,为网络系统提供许多其它的功能,
现在比较流行的如无需服务器的远程镜像、数据快照等技术。
3、相关存储技术
现在虚拟存储的发展还没有一个统一的标准,从它的拓扑结构来看主要有两
种方式:即对称式与非对称式。对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备与存
储软件系统,交换设备集成为一个整体,内嵌在网络数据传输路径中;非对称式虚
拟存储技术是指虚拟存储控制设备独立于数据传输路径之外。而从它的实现原理
来看也有两种方式:即数据块虚拟与虚拟文件系统。
3.1 对称式虚拟存储具有以下主要特点
3.1.1 大容量高速缓存的应用,使数据传输速度明显提高
缓存是位于主机与存储设备之间的I/O路径上的中间介质被存储系统广泛采
用的。当主机向存储设备读取数据时,会先把与当前数据存储位置相关联的数据
读到缓存中,并将多次调用过的数据保留在缓存中;当主机读/写数据时,缓存这个
中间介质就能够大大提高读/写速度。
3.1.2 多端口并行技术,使I/O瓶颈消于无形
传统的存储设备中控制端口与逻辑盘之间关系就是一一对应,访问一块硬盘
只能通过一个特定的控制器端口。但在对称式虚拟存储设备中,SAN Appliance的
存储端口与LUN的关系是虚拟的,即多台主机可以通过多个存储端口(最多8个)
同时并发访问同一个LUN;在光纤通道100MB/带宽的大前提条件下,并行工作的
端口数量越多,数据带宽就越高。
3.1.3 逻辑存储单元为用户提供了高速的磁盘访问速度
在视频应用环境中,应用程序读写数据是以固定大小（512byte～1MB）的数
据块为单位的。但存储系统为了能保证应用程序的带宽需求,常常设计为传输
512byte大小以上的数据块时才能达到其最佳I/O性能。对称式虚拟存储系统为
主机提供了真正的超大容量、高性能的LUN,使数据传输速度得到有效提高,解除
了主机CPU的大工作量,有效提高了主机性能。
3.1.4 成对的HSTD系统的容错性能
HSTD是在对称式虚拟存储系统中数据进出的必经之地,存储池则是数据存
放地。由于存储池中的数据都有容错机制保障数据安全,因此用户当然关心HSTD
是否有容错保护。和许多大型存储系统一样,HSTD在成熟的对称式虚拟存储系
统中是成对配制的,每对HSTD之间是通过SAN Appliance内嵌的网络管理服务
保证缓存数据一致和提供相互通信的。
3.1.5 在SAN Appliance之上能够方便的连接交换设备,最终实现超大规模
Fabric结构的SAN
因为系统延续了标准的SAN结构,为系统之后的扩展和互连提供了技术保障,
所以在SAN Appliance之上能够方便的连接交换设备,最终实现超大规模Fabric
结构的SAN。
3.2 非对称式虚拟存储系统具有如下特点
(1)将不同物理硬盘阵列中的容量进行逻辑组合,实现虚拟的带区集,将多个
阵列控制器端口进行绑定,一定程度上将系统的可用带宽提高了。
(2)在交换机端口数量充足的情况下,可在一个网络内安装两台虚拟存储设备
用以实现Strip信息和访问权限的冗余。
3.3 数据块虚拟与虚拟文件系统
数据块虚拟存储方案可用于解决数据传输过程中的冲突和延时问题。在多交
换机组成的大型Fabric结构的SAN中,由于多台主机通过多个交换机端口读/写存
储设备,数据块冲突和延时问题非常突出。数据块虚拟存储方案采用虚拟的多端
口并行技术,为多台客户机提供了很高的带宽,尽可能减少了延时与冲突的发生。
对称式拓扑结构是数据块虚拟存储方案在实际应用中的表现形式。
虚拟文件系统存储方案适用于解决大规模网络系统中文件共享的安全机制
问题。通过对不同的站点赋予不同的访问权限,保证网络文件的安全。非对称式
拓扑结构是虚拟文件系统存储方案在实际应用中的表现形式。
4、存储虚拟化的作用
存储虚拟化是对存储设备等硬件资源进行抽象化,这种虚拟化使用户能够与
存储资源中大量的物理特性分离开来。从用户角度看,虚拟化的存储资源就如同
一个巨大的“存储池”,用户不会看到诸如磁盘、磁带等的存储部件,也不用关心数
据将经过哪一条路径又通往哪一个具体的存储设备。从管理角度来看,虚拟存储
池采用集中化的管理,并按照具体的需求把存储资源动态地分配给各个应用。尤
其是利用虚拟化技术把磁盘阵列模拟成磁带库,为应用提供像磁盘一样快的速度,
而容量却能像磁带库一样大的存储资源,这就是在当今企业存储系统中扮演着重
要角色的虚拟磁带库。
把存储资源虚拟成为“存储池”,更为了提高整体利用率,同时降低系统管理成
本,我们把许多零散的存储资源整合起来利用。与存储虚拟化相配套的资源分配
功能具有资源分割和分配作用,能够根据“服务水平协议”的要求对整合起来的存
储池进行划分,以最高的效率、最低的成本来满足各类不同应用在性能和容量等
方面的不同需求。
另外,存储虚拟化还能够提升存储系统的整体性能和可用性水平,“在单一的
控制界面动态地管理和分配存储资源”使这成为可能。还有通过将数据管理工作
纳入单一的自动化管理体系,存储虚拟化能够有效地缩小数据增长速度与企业数
据管理能力之间的差距。
5、认识存储虚拟化
存储虚拟化的出现并不是偶然的,也不是游离在服务器虚拟化、网络虚拟化、
桌面虚拟化等虚拟化技术之外的。存储虚拟化可分为存储设备层的虚拟化和服务
器层存储虚拟化。前者是指在存储设备的物理级别进行的虚拟化。而后者是在服
务器层进行的对Lun级别的存储虚拟化,即逻辑卷管理。一方面,服务器层的虚拟
化为存储设备层的虚拟化搭建了很好的平台。另一方面,假如存储设备本身没有
虚拟化能力,任何Raid级别或其他配置的调整等都可能会引起存储设备的停机,
并导致虚拟机停机的现象发生。这就是说,服务器层的虚拟化和存储设备层的虚
拟化只要能够更好地融合,就能将虚拟化的价值完美地释放出来。
6、结语
随着新一代数据中心的创新和业务环境的不断变化,存储虚拟化应紧跟服务
器虚拟化的发展步伐,合理利用有效的产品和方案,建设更加完整的、多层次的虚
拟化存储架构。而伴随需求的增长和技术的进步,存储虚拟化已被赋予新的内涵,
相信利用虚拟化技术可使存储的效率、可管理性明显提升,设备总体成本大幅下
降。其卓越的性能优势,将使存储虚拟化成为虚拟化技术发展的新焦点,并为它的
发展带来希望的春天。
参考文献
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