詳解云存儲中的虛擬化技術(shù)構(gòu)成及應(yīng)用

云存儲 是在云計算（cloud computing）概念上延伸和發(fā)展出來的一個新的概念，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能的一個系統(tǒng)。 當(dāng)云計算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲和管理時，云計算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲設(shè)備，那么云計算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成為一個云存儲系統(tǒng)，所以云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)。

何謂存儲虛擬化

存儲領(lǐng)域國際權(quán)威機(jī)構(gòu)SNIA（存儲網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會）給出了存儲虛擬化（STorage VirtualizatiON）的定義：通過將存儲系統(tǒng)/子系統(tǒng)的內(nèi)部功能從應(yīng)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(xiàn)獨(dú)立于應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)的存儲與數(shù)據(jù)管理.存儲虛擬化技術(shù)將底層存儲設(shè)備進(jìn)行抽象化統(tǒng)一管理，向服務(wù)器層屏蔽存儲設(shè)備硬件的特殊性，而只保留其統(tǒng)一的邏輯特性，從而實(shí)現(xiàn)了存儲系統(tǒng)的集中、統(tǒng)一、方便的管理。

與傳統(tǒng)存儲相比，虛擬化存儲的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：磁盤利用率高，傳統(tǒng)存儲技術(shù)的磁盤利用率一般只有30-70%,而采用虛擬化技術(shù)后的磁盤利用率高達(dá)70-90%;存儲靈活，可以適應(yīng)不同廠商、不同類別的異構(gòu)存儲平臺，為存儲資源管理提供了更好的靈活性；管理方便，提供了一個大容量存儲系統(tǒng)集中管理的手段，避免了由于存儲設(shè)備擴(kuò)充所帶來的管理方面的麻煩；性能更好，虛擬化存儲系統(tǒng)可以很好地進(jìn)行負(fù)載均衡，把每一次數(shù)據(jù)訪問所需的帶寬合理地分配到各個存儲模塊上，提高了系統(tǒng)的整體訪問帶寬。

虛擬化存儲有多種分類方法，從大的方面可以分為：根據(jù)在I/O路徑中實(shí)現(xiàn)虛擬化的位置不同進(jìn)行分類；根據(jù)控制路徑和數(shù)據(jù)路徑的不同進(jìn)行分類。根據(jù)在I/O路徑中實(shí)現(xiàn)虛擬化的位置不同，虛擬化存儲可以分為主機(jī)的虛擬存儲、網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲、存儲設(shè)備的虛擬存儲。根據(jù)控制路徑和數(shù)據(jù)路徑的不同，虛擬化存儲分為對稱虛擬化與不對稱虛擬化。

隨著一些專注于集群存儲業(yè)務(wù)的廠商，比如PaNASas、Isilon、龍存科技等在中國市場的快速發(fā)展，集群存儲技術(shù)的應(yīng)用會更加普及。雖然集群存儲在處理非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)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間內(nèi)完全取代傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲方式，SAN和NAS仍會有用武之地。 需要強(qiáng)調(diào)的是，虛擬化是實(shí)現(xiàn)云計算遠(yuǎn)景目標(biāo)的一項(xiàng)核心技術(shù)，因?yàn)樵朴嬎惚旧砭褪且粋€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(tǒng)構(gòu)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(shè)備，元數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)傳輸都是通過IP網(wǎng)絡(luò)來完成。這種虛擬化存儲系統(tǒng)主要有四類不同的存儲設(shè)備。

客戶端： 客戶端向外為客戶提供各種應(yīng)用服務(wù)，如萬維網(wǎng)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、文件服務(wù)、科學(xué)計算等。 客戶端上運(yùn)行存儲代理軟件，提供網(wǎng)絡(luò)虛擬設(shè)備供應(yīng)用程序讀寫訪問。

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

元數(shù)據(jù)服務(wù)器：云存儲系統(tǒng)的 元數(shù)據(jù)服務(wù)器（MDS）管理著整個系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)和對象數(shù)據(jù)的布局信息，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的資源分配和網(wǎng)絡(luò)虛擬磁盤的地址映射。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存儲系統(tǒng)的配置和運(yùn)行。另外，MDS通過冗余管理軟件來實(shí)現(xiàn)普通存儲節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)冗余關(guān)系。

對象存儲節(jié)點(diǎn)：每個存儲節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的存儲設(shè)備，負(fù)責(zé)對象數(shù)據(jù)的存儲、備份、遷移和恢復(fù)，并負(fù)責(zé)監(jiān)控其他存儲設(shè)備的運(yùn)行狀況和資源情況。同時，存儲節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行著虛擬化存儲管理軟件，并存儲了應(yīng)用程序所需的數(shù)據(jù)。

虛擬化存儲的三層模型

根據(jù)云存儲系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)，可將虛擬化存儲的模型分為三層：物理設(shè)備虛擬化層、存儲節(jié)點(diǎn)虛擬化層、存儲區(qū)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(fù)雜度，有效地封裝了底層存儲設(shè)備的復(fù)雜性和多樣性，使系統(tǒng)具備了更好的擴(kuò)展性和靈活性。用戶只需將存儲設(shè)備添加到存儲池中并進(jìn)行簡單配置，就可以創(chuàng)建虛擬卷，而不必關(guān)注系統(tǒng)中單個設(shè)備的物理存儲容量和存儲介質(zhì)的屬性，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的存儲管理。

物理設(shè)備虛擬化層：主要用來進(jìn)行數(shù)據(jù)塊級別的資源分配和管理，利用底層物理設(shè)備創(chuàng)建一個連續(xù)的邏輯地址空間，即存儲池。根據(jù)物理設(shè)備的屬性和用戶的需求，存儲池可以有多個不同的數(shù)據(jù)屬性，例如讀寫特征、性能權(quán)重和可靠性等級。按需分配的存儲設(shè)備作為一個邏輯卷管理器，可以從存儲池中分配邏輯卷，動態(tài)地分配存儲資源，并管理數(shù)據(jù)塊的映射和轉(zhuǎn)發(fā)。

存儲節(jié)點(diǎn)虛擬化層：可實(shí)現(xiàn)存儲節(jié)點(diǎn)內(nèi)部多個存儲池之間的資源分配和管理，將一個或者多個按需分配的存儲池整合為在存儲節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的統(tǒng)一的虛擬存儲池。這個虛擬化層由存儲節(jié)點(diǎn)虛擬模塊在存儲節(jié)點(diǎn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，對下管理按需分配的存儲設(shè)備，對上支持存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)虛擬化層。

存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)虛擬化層：可實(shí)現(xiàn)存儲節(jié)點(diǎn)之間的資源分配和管理，集中地管理所有存儲設(shè)備上的存儲池，以組成一個統(tǒng)一的虛擬存儲池。這個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(xiàn)，以帶外虛擬化方式管理虛擬存儲系統(tǒng)的資源分配，為虛擬磁盤管理提供地址映射、查詢等服務(wù)。

廣泛的應(yīng)用

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

各個存儲設(shè)備廠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(jī)和網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器的虛擬機(jī)，以及VTL虛擬帶庫和VIS產(chǎn)品。同時，華為在云存儲系統(tǒng)中也大量應(yīng)用了虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 元數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)容器的虛擬化，等等。

虛擬化存儲在各種行業(yè)中已經(jīng)開始了大規(guī)模應(yīng)用。這些應(yīng)用包括：

數(shù)據(jù)中心：應(yīng)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(zāi)難恢復(fù)中心、IT資源租賃中心等服務(wù)。

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

銀行證券保險行業(yè)：利用虛擬化進(jìn)行容災(zāi)，采取兩地三中心方案，即生產(chǎn)中心、同城災(zāi)備中心、異地災(zāi)備中心。同城災(zāi)備中心負(fù)責(zé)一般性災(zāi)難的防范，異地災(zāi)備中心用來防范大范圍的災(zāi)難。利用虛擬化技術(shù)，可以在統(tǒng)一的虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)跨 數(shù)據(jù)中心的虛擬化管理。

政府信息系統(tǒng)：政府?dāng)?shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的建設(shè)正受到前所未有的重視。系統(tǒng)利用先進(jìn)的存儲虛擬化技術(shù)，建立統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、共享的數(shù)據(jù)資源存儲平臺，能夠有效地管理龐大、繁多、復(fù)雜的數(shù)據(jù)及相關(guān)的設(shè)備，提高資源利用率，并建立起全面的數(shù)據(jù)安全保障體系。