虛擬存儲技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

虛擬存儲技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

1數(shù)據(jù)安全的互操作性在過去的10年里，存儲技術(shù)發(fā)展了從最初的嵌入式存儲系統(tǒng)（pmdstream）到直接存儲系統(tǒng)（randstream）和網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)（sun）的相對應(yīng)性。信息資源的快速增長對存儲系統(tǒng)的可靠性和擴展提出了更高的要求，而且信息資源共享的重要性也越來越重要。由于缺乏統(tǒng)一的標準,不同存儲設(shè)備廠商的產(chǎn)品之間缺乏互操作性,使得用戶很可能被某一廠商“鎖定”,不能實現(xiàn)不同廠商存儲設(shè)備之間的自由選擇;同時信息和數(shù)據(jù)也很難實現(xiàn)在不同存儲設(shè)備間的充分共享.存儲虛擬化技術(shù)的提出,為解決這些問題提供了一種良好的解決方案.2存儲輔助虛擬存儲存儲虛擬化(storagevirtualization)按照一定的虛擬存儲體系結(jié)構(gòu)將不同的物理存儲設(shè)備(如RAID、JBOD、磁帶庫等)通過不同的接口協(xié)議(如SCSI、ISCSI、IFCP等)整合成一個虛擬的存儲池,為用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù),實現(xiàn)資源共享.通過虛擬化實現(xiàn)物理存儲設(shè)備和服務(wù)器所見的存儲設(shè)備視圖分開,提供一個統(tǒng)一的邏輯存儲空間給服務(wù)器,服務(wù)器所能看到的是一個邏輯的存儲空間,而不知道實際物理存儲設(shè)備的位置、路徑和每個設(shè)備的具體特點.存儲虛擬化還能動態(tài)地改變邏輯空間到物理存儲設(shè)備的映射,不需要改動任何服務(wù)器程序設(shè)置和應(yīng)用設(shè)置.存儲虛擬化實現(xiàn)對物理存儲進行透明訪問.存儲系統(tǒng)可以在3個層次上實現(xiàn)存儲虛擬化:(1)基于主機的虛擬存儲:這種實現(xiàn)方法又稱為邏輯卷管理,將磁盤上的物理塊和邏輯單元號(LUN)被映射成邏輯卷號.服務(wù)器或主機看到的是一個虛擬的邏輯卷空間.基于主機的存儲管理軟件,在系統(tǒng)和應(yīng)用級上,實現(xiàn)多機間存儲共享、存儲資源管理和數(shù)據(jù)復(fù)制等任務(wù).(2)基于存儲設(shè)備的虛擬存儲:運行在磁盤陣列固件中的程序能把多個磁盤陣列映射成一個連續(xù)的邏輯磁盤空間.這種實現(xiàn)對服務(wù)器的性能影響最小.基于存儲設(shè)備的虛擬方法目前最常見的是虛擬磁盤.虛擬磁盤是指把多個物理磁盤按照一定的方式組織起來形成一個標準的虛擬邏輯設(shè)備.(3)基于存儲網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn):基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化由網(wǎng)絡(luò)本身來實現(xiàn),目前最常見的是光纖通道網(wǎng)絡(luò),這種虛擬化就是由光纖通道交換機、路由器等實現(xiàn).基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化可分為對稱結(jié)構(gòu)(In-Band)和非對稱結(jié)構(gòu)(Out-Band)兩種,結(jié)構(gòu)如圖1所示.在分布式存儲網(wǎng)絡(luò)中,存儲虛擬化為存儲設(shè)備的管理帶來了極大的方便,實現(xiàn)了邏輯設(shè)備與硬件設(shè)備的充分隔離.3服務(wù)器的虛擬化存儲區(qū)域網(wǎng)(SAN)是一種分布式的存儲技術(shù),是存儲系統(tǒng)模型的最新發(fā)展,有望解決數(shù)據(jù)爆炸性發(fā)展所帶來的難題.存儲區(qū)域網(wǎng)是連接主機和存儲設(shè)備的網(wǎng)絡(luò),在多臺主機和存儲設(shè)備之間,存儲區(qū)域網(wǎng)能提供任意兩個端口之間的通信信道.存儲區(qū)域網(wǎng)有不同于計算機局域網(wǎng)的協(xié)議堆棧和物理設(shè)備.SAN虛擬化根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)可以分為基于專用服務(wù)器、基于交換機和基于路由器三種方式.(1)基于專用服務(wù)器的SAN虛擬化.基于服務(wù)器的虛擬化將虛擬化層放在應(yīng)用服務(wù)器上.根據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)中流動的控制信息和數(shù)據(jù)信息所處通道是否相同,分為對稱結(jié)構(gòu)和非對稱結(jié)構(gòu)兩種.在對稱結(jié)構(gòu)中控制信息和數(shù)據(jù)信息處于同一通道;在非對稱結(jié)構(gòu)中控制信息和數(shù)據(jù)信息通道是分離的.(2)基于存儲路由器的SAN虛擬化.在專用服務(wù)器的虛擬化結(jié)構(gòu)中,對稱方式和非對稱方式都存在明顯缺點,專用服務(wù)器可能成為瓶頸,制約系統(tǒng)的性能.基于路由器的方法是在路由器上加載存儲虛擬化層,使得路由器具有智能,在進行協(xié)議解析和路徑路由的同時,可以開展虛擬化工作.虛擬化層不需要在應(yīng)用服務(wù)器上增加軟件模塊,減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性和對存儲環(huán)境的依賴性.控制信息和全局數(shù)據(jù)存放在多個路由器上,能解決專用路由器帶來的容錯和瓶頸問題.(3)基于交換機的SAN虛擬化.基于交換機的虛擬方法是把虛擬層模塊嵌入交換機的固件或放置附屬于交換機的服務(wù)器上,由交換機來完成虛擬化的功能.它不需要在每臺主機上安裝代理,因此不存在安全問題,在異構(gòu)環(huán)境中也能提供更多的互操作性,同時它的可擴展性也很好.4基于sa技術(shù)的系統(tǒng)共享和管理通過對目前存在的SAN虛擬技術(shù)的分析,文中提出了對SAN虛擬化的兩個改進,通過SAN卷管理器和SAN文件系統(tǒng),更好地實現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下對物理存儲設(shè)備的共享和管理.(1)存儲區(qū)域邏輯在一般情況下,服務(wù)器是和具體的設(shè)備映射的,通過SAN的卷管理器,服務(wù)器是和虛擬磁盤映射,從而形成一個虛擬層.通過卷管理器,形成了主機區(qū)域和磁盤區(qū)域.每個卷控制器由兩個或多個引擎構(gòu)成,這些引擎互為備份,保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性.存儲設(shè)備池中的磁盤完全由卷控制器管理,應(yīng)用服務(wù)器能夠直接存取的是邏輯地址,物理存儲設(shè)備的變化對應(yīng)用服務(wù)器訪問的邏輯地址沒有影響,物理存儲設(shè)備可以在應(yīng)用服務(wù)器運行期間進行替換,為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的持續(xù)運行提供保證.(2)改進的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供一個集中的文件和數(shù)據(jù)控制方法,實現(xiàn)文件訪問的平臺無關(guān)性.SAN文件系統(tǒng)是專為存儲網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,通過SAN文件元信息控制器而不是服務(wù)器管理管理文件訪問細節(jié).SAN文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的名字空間和管理,應(yīng)用服務(wù)器作為SAN文件系統(tǒng)的客戶,通過SAN文件系統(tǒng)獲得文件信息,實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的文件共享,不同的操作系統(tǒng)平臺可以對同一個數(shù)據(jù)文件的訪問.為防止SAN文件系統(tǒng)構(gòu)成整個存儲系統(tǒng)的瓶頸,設(shè)計了一個服務(wù)器構(gòu)成的集群作為SAN文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)控制器,同時通過在客戶端緩存文件元數(shù)據(jù)信息,提供給應(yīng)用服務(wù)器直接訪問存儲文件的能力,使應(yīng)用服務(wù)器可以類似訪問本地文件系統(tǒng)一樣訪問SAN上的文件.改進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示.5基于sa的系統(tǒng)sa文中介紹了存儲虛擬化內(nèi)容