詳解云存儲中的虛擬化技術構成及應用

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，是指通過集群應用、網(wǎng)格技術或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問功能的一個系統(tǒng)。 當云計算系統(tǒng)運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備，那么云計算系統(tǒng)就轉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

存儲領域國際權威機構SNIA（存儲網(wǎng)絡工業(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)的內部功能從應用程序、計算服務器、網(wǎng)絡資源中進行抽象、隱藏或隔離，實現(xiàn)獨立于應用程序、網(wǎng)絡的存儲與數(shù)據(jù)管理.存儲虛擬化技術將底層存儲設備進行抽象化統(tǒng)一管理，向服務器層屏蔽存儲設備硬件的特殊性，而只保留其統(tǒng)一的邏輯特性，從而實現(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)點主要體現(xiàn)在：磁盤利用率高，傳統(tǒng)存儲技術的磁盤利用率一般只有30-70%,而采用虛擬化技術后的磁盤利用率高達70-90%;存儲靈活，可以適應不同廠商、不同類別的異構存儲平臺，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，避免了由于存儲設備擴充所帶來的管理方面的麻煩；性能更好，虛擬化存儲系統(tǒng)可以很好地進行負載均衡，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路徑中實現(xiàn)虛擬化的位置不同進行分類；根據(jù)控制路徑和數(shù)據(jù)路徑的不同進行分類。根據(jù)在I/O路徑中實現(xiàn)虛擬化的位置不同，虛擬化存儲可以分為主機的虛擬存儲、網(wǎng)絡的虛擬存儲、存儲設備的虛擬存儲。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，集群存儲技術的應用會更加普及。雖然集群存儲在處理非結構化數(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完全取代傳統(tǒng)的網(wǎng)絡存儲方式，SAN和NAS仍會有用武之地。 需要強調的是，虛擬化是實現(xiàn)云計算遠景目標的一項核心技術，因為云計算本身就是一個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，服務器虛擬化已經是如火如荼，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備，元數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)傳輸都是通過IP網(wǎng)絡來完成。這種虛擬化存儲系統(tǒng)主要有四類不同的存儲設備。

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

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

元數(shù)據(jù)服務器：云存儲系統(tǒng)的 元數(shù)據(jù)服務器（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，負責系統(tǒng)的資源分配和網(wǎng)絡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)的配置和運行。另外，MDS通過冗余管理軟件來實現(xiàn)普通存儲節(jié)點之間的數(shù)據(jù)冗余關系。

對象存儲節(jié)點：每個存儲節(jié)點都是獨立的存儲設備，負責對象數(shù)據(jù)的存儲、備份、遷移和恢復，并負責監(jiān)控其他存儲設備的運行狀況和資源情況。同時，存儲節(jié)點上運行著虛擬化存儲管理軟件，并存儲了應用程序所需的數(shù)據(jù)。

虛擬化存儲的三層模型

根據(jù)云存儲系統(tǒng)的構成和特點，可將虛擬化存儲的模型分為三層：物理設備虛擬化層、存儲節(jié)點虛擬化層、存儲區(qū)域網(wǎng)絡虛擬化層。三層虛擬化存儲模型大大降低了存儲管理的復雜度，有效地封裝了底層存儲設備的復雜性和多樣性，使系統(tǒng)具備了更好的擴展性和靈活性。用戶只需將存儲設備添加到存儲池中并進行簡單配置，就可以創(chuàng)建虛擬卷，而不必關注系統(tǒng)中單個設備的物理存儲容量和存儲介質的屬性，從而實現(xiàn)統(tǒng)一的存儲管理。

物理設備虛擬化層：主要用來進行數(shù)據(jù)塊級別的資源分配和管理，利用底層物理設備創(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、性能權重和可靠性等級。按需分配的存儲設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)塊的映射和轉發(fā)。

存儲節(jié)點虛擬化層：可實現(xiàn)存儲節(jié)點內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)點范圍內的統(tǒng)一的虛擬存儲池。這個虛擬化層由存儲節(jié)點虛擬模塊在存儲節(jié)點內部實現(xiàn)，對下管理按需分配的存儲設備，對上支持存儲區(qū)域網(wǎng)絡虛擬化層。

存儲區(qū)域網(wǎng)絡虛擬化層：可實現(xiàn)存儲節(jié)點之間的資源分配和管理，集中地管理所有存儲設備上的存儲池，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器上實現(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。

廣泛的應用

虛擬化技術已經在存儲領域得到 廣泛的應用。

各個存儲設備廠商紛紛推出了自己的虛擬化存儲產品。令人矚目的是，華為提供了企業(yè)級虛擬化存儲服務，推出了針對云計算的虛擬機和網(wǎng)絡存儲服務器的虛擬機，以及VTL虛擬帶庫和VIS產品。同時，華為在云存儲系統(tǒng)中也大量應用了虛擬化技術，實現(xiàn)了 元數(shù)據(jù)服務器的虛擬化VMDS,對象存儲服務器的虛擬化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)中已經開始了大規(guī)模應用。這些應用包括：

數(shù)據(jù)中心：應用虛擬化技術提供計算和存儲服務中心、網(wǎng)絡管理中心、災難恢復中心、IT資源租賃中心等服務。

電信行業(yè)：隨著產業(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架構的成本，另一方面提高IT架構的可用性。虛擬化技術正是解決這一問題有效辦法。

銀行證券保險行業(yè)：利用虛擬化進行容災，采取兩地三中心方案，即生產中心、同城災備中心、異地災備中心。同城災備中心負責一般性災難的防范，異地災備中心用來防范大范圍的災難。利用虛擬化技術，可以在統(tǒng)一的虛擬化基礎架構中，實現(xiàn)跨 數(shù)據(jù)中心的虛擬化管理。

政府信息系統(tǒng)：政府數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的建設正受到前所未有的重視。系統(tǒng)利用先進的存儲虛擬化技術，建立統(tǒng)一、標準、共享的數(shù)據(jù)資源存儲平臺，能夠有效地管理龐大、繁多、復雜的數(shù)據(jù)及相關的設備，提高資源利用率，并建立起全面的數(shù)據(jù)安全保障體系。