虛擬存儲(chǔ)技術(shù)及其應(yīng)用

虛擬存儲(chǔ)技術(shù)及其應(yīng)用

摘要：本文首先分析了存域網(wǎng)(SAN)技術(shù)的不足，介紹了新一代虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的相關(guān)概念及其優(yōu)勢(shì)。重點(diǎn)分析了虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的三種實(shí)現(xiàn)方法：在服務(wù)器端的虛擬存儲(chǔ)、在存儲(chǔ)設(shè)備端實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)及在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)。最后介紹了基于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的兩種應(yīng)用實(shí)例：基于通道內(nèi)虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的SDD和基于通道外虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的VSM，并對(duì)它們作了簡要比較。

關(guān)鍵詞：存域網(wǎng)(SAN)SDDVSM

1引言

當(dāng)前，伴隨著電視臺(tái)的數(shù)字化進(jìn)程，很多電視臺(tái)已逐步建立起非線性后期制作網(wǎng)、數(shù)字新聞制播網(wǎng)及硬盤播出系統(tǒng)，臺(tái)內(nèi)大量音視頻資料的存儲(chǔ)與共享是亟待解決的問題，其關(guān)鍵是海量數(shù)據(jù)（TB級(jí)）的存儲(chǔ)、共享、發(fā)布和管理問題。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)無疑為我們提供了一個(gè)很好的選擇。

存域網(wǎng)（StorageAreaNetwork，SAN）是一種以Gbit/s帶寬實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器之間的通訊，結(jié)合了I/O通道技術(shù)、LAN模型、大容量存儲(chǔ)器特點(diǎn)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SAN和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的根本區(qū)別在于SAN消除了服務(wù)器吞吐能力的瓶頸，當(dāng)前，SAN已成為數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。SAN采用光纖通道（FibreChannel，F(xiàn)C）技術(shù)作為協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)C側(cè)重于數(shù)據(jù)快速可靠傳輸，同時(shí)兼容各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以最大帶寬實(shí)現(xiàn)傳輸。在數(shù)字視頻領(lǐng)域，SAN不但承擔(dān)著視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、交換、共享、轉(zhuǎn)移，而且控制著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的登記、查詢、維護(hù)、刪除等。

SAN是電視臺(tái)視頻網(wǎng)絡(luò)的主干，處于整個(gè)視頻網(wǎng)絡(luò)的核心地位。

第一代SAN系統(tǒng)出現(xiàn)之初，的確為我們解決了視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與共享問題。但其仍采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)操作，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由交換機(jī)與集線器構(gòu)成；將傳統(tǒng)規(guī)范的硬件應(yīng)用于新的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中；應(yīng)用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)達(dá)到TB級(jí)，網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)（視頻工作站）很多時(shí)將會(huì)出現(xiàn)以下問題：

1）帶寬處理能力小且分散，無法滿足更多站點(diǎn)的訪問。

2）擴(kuò)展性、升級(jí)能力差。

3）穩(wěn)定性、安全性差。

為解決上述問題，人們開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)——虛擬存儲(chǔ)（VirtualSrorage）技術(shù)，并已經(jīng)在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中獲得了應(yīng)用。

2虛擬存儲(chǔ)技術(shù)概述

虛擬存儲(chǔ)技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。早在20世紀(jì)70年代，為了克服內(nèi)存容量小成本高而不適應(yīng)大型程序應(yīng)用需要的矛盾，人們開發(fā)了虛擬內(nèi)存技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及相關(guān)信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)存儲(chǔ)的需求越來越大，單個(gè)大容量磁盤已不能適應(yīng)應(yīng)用的需要，虛擬存儲(chǔ)技術(shù)又有進(jìn)一步的發(fā)展，如在操作系統(tǒng)下將一組硬盤捆綁成帶區(qū)集（STRIP）作為單個(gè)邏輯存儲(chǔ)單元供主機(jī)訪問；磁盤冗余陣列（RAID）技術(shù)將多個(gè)物理磁盤通過一定的邏輯關(guān)系集合起來，成為一個(gè)大容量的虛擬磁盤。從某種意義上講，SAN本身也是虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用。

21虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的概念

所謂虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，是指把多個(gè)物理上獨(dú)立存在的存儲(chǔ)體通過軟件或硬件的手段集中管理起來，形成一個(gè)邏輯上的虛擬存儲(chǔ)單元供主機(jī)訪問。這個(gè)虛擬邏輯單元的存儲(chǔ)容量是它所集中管理的各物理存儲(chǔ)體的存儲(chǔ)容量之和，而它的訪問帶寬則在一定程度上接近各個(gè)物理存儲(chǔ)體的訪問帶寬之和。虛擬存儲(chǔ)實(shí)際上是邏輯存儲(chǔ)，是一種智能、有效地管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式。虛擬存儲(chǔ)克服了物理存儲(chǔ)的局限，它可以把物理設(shè)備變成完全不同的邏輯鏡像，呈現(xiàn)給用戶，既充分利用了物理設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，如高性能、高可用，又打破了物理設(shè)備本身不可克服的局限性。從用戶角度看，使用存儲(chǔ)空間而不是使用物理存儲(chǔ)硬件，管理存儲(chǔ)空間而不是管理物理存儲(chǔ)部件，這就是虛擬存儲(chǔ)的概念。

22虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

虛擬存儲(chǔ)技術(shù)不僅可以提高主機(jī)訪問存儲(chǔ)設(shè)備的性能，同時(shí)對(duì)于存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展是非常方便的，可以保護(hù)原有投資，實(shí)現(xiàn)不影響正常數(shù)據(jù)訪問的前提下的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)為實(shí)際應(yīng)用帶來的好處主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）虛擬存儲(chǔ)技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存儲(chǔ)部分的重要指標(biāo)——單個(gè)邏輯單元的存儲(chǔ)容量和訪問帶寬相對(duì)單個(gè)物理存儲(chǔ)體大大提高，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特別是視頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要。

2）在虛擬存儲(chǔ)環(huán)境下，無論后端物理存儲(chǔ)體是什么設(shè)備，服務(wù)器及其應(yīng)用系統(tǒng)看到的都是其熟悉的存儲(chǔ)設(shè)備的邏輯鏡像。即使物理存儲(chǔ)體發(fā)生變化，其邏輯鏡像也不發(fā)生變化，應(yīng)用系統(tǒng)無需關(guān)心后端存儲(chǔ)，只需專注于管理存儲(chǔ)空間，使得存儲(chǔ)管理變得輕松簡單，便于靈活配置。

3）虛擬存儲(chǔ)是一種智能化的系統(tǒng)，它允許客戶以透明有效的方式在磁盤或磁帶上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使客戶的存儲(chǔ)系統(tǒng)容納更多的數(shù)據(jù)，也使更多的用戶可以共享同一個(gè)系統(tǒng)。

3虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式

隨著越來越多的廠商發(fā)展各自的技術(shù)，虛擬存儲(chǔ)技術(shù)在視頻網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都有所應(yīng)用，目前，實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)主要有如下幾種方式。

31在服務(wù)器端的虛擬存儲(chǔ)

這是虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的一種相對(duì)簡單的實(shí)現(xiàn)形式，是用軟件手段實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示。這類虛擬存儲(chǔ)的Management，VSM），其工作原理如圖6所示。其虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備像網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)普通主機(jī)一樣接入FC交換機(jī)，主機(jī)通過FC交換機(jī)向存儲(chǔ)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。內(nèi)嵌于虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備中的管理軟件對(duì)物理硬盤以RAID組為單位進(jìn)行條帶化，即把一組RAID硬盤組虛擬為一個(gè)邏輯存儲(chǔ)單元，并將虛擬化信息在系統(tǒng)中每臺(tái)主機(jī)開機(jī)時(shí)傳給它們。每臺(tái)主機(jī)根據(jù)它從虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備中得到的虛擬化配置信息直接對(duì)虛擬邏輯單元進(jìn)行訪問。各個(gè)主機(jī)在訪問存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，不再經(jīng)過虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備，而是直接使所有存儲(chǔ)設(shè)備并發(fā)工作，從而擴(kuò)大了訪問帶寬。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，主機(jī)無需虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備的服務(wù)，直至下一次啟動(dòng)。

43兩種結(jié)構(gòu)的比較

431帶寬

在SDD方式中，由虛擬存儲(chǔ)控制設(shè)備HSTD對(duì)物理存儲(chǔ)體進(jìn)行RAID處理，而VSM方式中，虛擬存儲(chǔ)控制器僅對(duì)物理存儲(chǔ)體進(jìn)行物理配置，RAID處理由物理存儲(chǔ)體自身完成。SDD所能提供的單個(gè)虛擬存儲(chǔ)單元的最大訪問帶寬約為350MB/s，VSM所能提供的相應(yīng)帶寬為200MB/s左右。

432擴(kuò)展性能

在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方面，SDD方式在系統(tǒng)規(guī)模較小時(shí)比較方便，只需增加主機(jī)、硬盤陣列和交換機(jī)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，除增加主機(jī)、硬盤陣列和交換機(jī)外，還應(yīng)增加虛擬控制設(shè)備以保證帶寬或增加大容量存儲(chǔ)陣列以保證存儲(chǔ)容量的要求。而VSM方式則表現(xiàn)出線性增長的形式，隨著存儲(chǔ)容量和主機(jī)數(shù)量的增加，只需線性地增加主機(jī)、硬盤陣列、交換機(jī)和虛擬控制設(shè)備的數(shù)量。

在系統(tǒng)升級(jí)方面，因SDD方式采用軟硬結(jié)合的方式進(jìn)行虛擬控制，集成度較高，升級(jí)相對(duì)困難；VSM方式采用軟件方式進(jìn)行虛擬控制，系統(tǒng)開放性好，升級(jí)相對(duì)簡單。

433安全性

SDD的RAID是在盤塔之間做RAID，這樣當(dāng)一個(gè)盤塔發(fā)生故障，整個(gè)RAID也不會(huì)出問題，大大提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。而VSM只是對(duì)物理存儲(chǔ)體在RAID組一級(jí)進(jìn)行配置，存儲(chǔ)體的安全性能沒有提高?！?/p>

參考文獻(xiàn)

［1］王愛英·計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)·清華大學(xué)出版社，北京，1995年

［2］胡道元·計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)·清華大學(xué)出版社，北京，1996年