虛擬存儲技術(shù)及其應(yīng)用

虛擬存儲技術(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技術(shù)的相關(guān)概念及其優(yōu)勢。重點分析了虛擬存儲技術(shù)的三種實現(xiàn)方法：在服務(wù)器端的虛擬存儲、在存儲設(shè)備端實現(xiàn)虛擬存儲及在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端實現(xiàn)虛擬存儲。最后介紹了基于虛擬存儲技術(shù)的兩種應(yīng)用實例：基于通道內(nèi)虛擬存儲技術(shù)的SDD和基于通道外虛擬存儲技術(shù)的VSM，并對它們作了簡要比較。

關(guān)鍵詞：存域網(wǎng)(SAN)SDDVSM

1引言

當(dāng)前，伴隨著電視臺的數(shù)字化進(jìn)程，很多電視臺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)，臺內(nèi)大量音視頻資料的存儲與共享是亟待解決的問題，其關(guān)鍵是海量數(shù)據(jù)（TB級）的存儲、共享、發(fā)布和管理問題。網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)無疑為我們提供了一個很好的選擇。

存域網(wǎng)（StorageAreaNetwork，SAN）是一種以Gbit/s帶寬實現(xiàn)計算機和存儲器之間的通訊，結(jié)合了I/O通道技術(shù)、LAN模型、大容量存儲器特點的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SAN和傳統(tǒng)計算機網(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，同時兼容各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以最大帶寬實現(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、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是電視臺視頻網(wǎng)絡(luò)的主干，處于整個視頻網(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)行存儲操作，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由交換機與集線器構(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)行存儲管理?；谏鲜鎏攸c，當(dāng)存儲數(shù)據(jù)達(dá)到TB級，網(wǎng)絡(luò)站點（視頻工作站）很多時將會出現(xiàn)以下問題：

1）帶寬處理能力小且分散，無法滿足更多站點的訪問。

2）擴展性、升級能力差。

3）穩(wěn)定性、安全性差。

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

2虛擬存儲技術(shù)概述

虛擬存儲技術(shù)是隨著計算機技術(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)。隨著計算機技術(shù)及相關(guān)信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對存儲的需求越來越大，單個大容量磁盤已不能適應(yīng)應(yīng)用的需要，虛擬存儲技術(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）作為單個邏輯存儲單元供主機訪問；磁盤冗余陣列（RAID）技術(shù)將多個物理磁盤通過一定的邏輯關(guān)系集合起來，成為一個大容量的虛擬磁盤。從某種意義上講，SAN本身也是虛擬存儲技術(shù)的應(yīng)用。

21虛擬存儲技術(shù)的概念

所謂虛擬存儲技術(shù)，是指把多個物理上獨立存在的存儲體通過軟件或硬件的手段集中管理起來，形成一個邏輯上的虛擬存儲單元供主機訪問。這個虛擬邏輯單元的存儲容量是它所集中管理的各物理存儲體的存儲容量之和，而它的訪問帶寬則在一定程度上接近各個物理存儲體的訪問帶寬之和。虛擬存儲實際上是邏輯存儲，是一種智能、有效地管理存儲數(shù)據(jù)的方式。虛擬存儲克服了物理存儲的局限，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，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，使用存儲空間而不是使用物理存儲硬件，管理存儲空間而不是管理物理存儲部件，這就是虛擬存儲的概念。

22虛擬存儲技術(shù)的優(yōu)勢

虛擬存儲技術(shù)不僅可以提高主機訪問存儲設(shè)備的性能，同時對于存儲容量的擴展是非常方便的，可以保護(hù)原有投資，實現(xiàn)不影響正常數(shù)據(jù)訪問的前提下的動態(tài)擴容。虛擬存儲技術(shù)為實際應(yīng)用帶來的好處主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）虛擬存儲技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存儲部分的重要指標(biāo)——單個邏輯單元的存儲容量和訪問帶寬相對單個物理存儲體大大提高，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）在虛擬存儲環(huán)境下，無論后端物理存儲體是什么設(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設(shè)備的邏輯鏡像。即使物理存儲體發(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，只需專注于管理存儲空間，使得存儲管理變得輕松簡單，便于靈活配置。

3）虛擬存儲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數(shù)據(jù)，使客戶的存儲系統(tǒng)容納更多的數(shù)據(jù)，也使更多的用戶可以共享同一個系統(tǒng)。

3虛擬存儲技術(shù)的實現(xiàn)方式

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

31在服務(wù)器端的虛擬存儲

這是虛擬存儲技術(shù)的一種相對簡單的實現(xiàn)形式，是用軟件手段實現(xiàn)的，如圖1所示。這類虛擬存儲的Management，VSM），其工作原理如圖6所示。其虛擬存儲控制設(shè)備像網(wǎng)絡(luò)中一臺普通主機一樣接入FC交換機，主機通過FC交換機向存儲設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。內(nèi)嵌于虛擬存儲控制設(shè)備中的管理軟件對物理硬盤以RAID組為單位進(jìn)行條帶化，即把一組RAID硬盤組虛擬為一個邏輯存儲單元，并將虛擬化信息在系統(tǒng)中每臺主機開機時傳給它們。每臺主機根據(jù)它從虛擬存儲控制設(shè)備中得到的虛擬化配置信息直接對虛擬邏輯單元進(jìn)行訪問。各個主機在訪問存儲系統(tǒng)時，不再經(jīng)過虛擬存儲控制設(shè)備，而是直接使所有存儲設(shè)備并發(fā)工作，從而擴大了訪問帶寬。在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中，主機無需虛擬存儲控制設(shè)備的服務(wù)，直至下一次啟動。

43兩種結(jié)構(gòu)的比較

431帶寬

在SDD方式中，由虛擬存儲控制設(shè)備HSTD對物理存儲體進(jìn)行RAID處理，而VSM方式中，虛擬存儲控制器僅對物理存儲體進(jìn)行物理配置，RAID處理由物理存儲體自身完成。SDD所能提供的單個虛擬存儲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擴展性能

在網(wǎng)絡(luò)擴展方面，SDD方式在系統(tǒng)規(guī)模較小時比較方便，只需增加主機、硬盤陣列和交換機；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，除增加主機、硬盤陣列和交換機外，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陣列以保證存儲容量的要求。而VSM方式則表現(xiàn)出線性增長的形式，隨著存儲容量和主機數(shù)量的增加，只需線性地增加主機、硬盤陣列、交換機和虛擬控制設(shè)備的數(shù)量。

在系統(tǒng)升級方面，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，升級相對困難；VSM方式采用軟件方式進(jìn)行虛擬控制，系統(tǒng)開放性好，升級相對簡單。

433安全性

SDD的RAID是在盤塔之間做RAID，這樣當(dāng)一個盤塔發(fā)生故障，整個RAID也不會出問題，大大提高了存儲系統(tǒng)的容錯能力。而VSM只是對物理存儲體在RAID組一級進(jìn)行配置，存儲體的安全性能沒有提高。▲

參考文獻(xiàn)

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

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