虛擬存儲類型詳解

城市歷史數(shù)據(jù)容量巨大，而且每天都在產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，這就要對這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，開展存儲基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

　　存儲基礎(chǔ)設(shè)施要求存儲系統(tǒng)的管理處于集中控制之下，同時允許分布于不同地理位置的主機(jī)能夠訪問集中管理的數(shù)據(jù)，用戶不必考慮存儲設(shè)備的布局方式、采用何種存儲系統(tǒng)以及存儲資源如何配置。存儲基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該支持存儲協(xié)議的自由轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)從異構(gòu)主機(jī)到異構(gòu)存儲系統(tǒng)的透明訪問。支持24×7 小時的、高性能的數(shù)據(jù)訪問；只允許有訪問權(quán)限的用戶才能訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)；支持?jǐn)?shù)據(jù)保護(hù)、恢復(fù)和可視化管理；由于系統(tǒng)故障或者存儲系統(tǒng)重新配置所進(jìn)行的數(shù)據(jù)遷移不改變用戶訪問數(shù)據(jù)的方式；當(dāng)用戶請求新的存儲需求或要求訪問權(quán)限調(diào)整時，不會中斷其他用戶的數(shù)據(jù)訪問。

　　下面具體分析虛擬存儲、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）和網(wǎng)絡(luò)附屬存儲（Network Attached Storage，NAS）。

　　傳統(tǒng)的磁盤系統(tǒng)使用率低下，造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)。只有80%的容量分配給文檔和數(shù)據(jù)，而為滿足增長需求，20%的容量永不分配、被保留起來。分配給文檔容量的20%～30%也會被浪費(fèi)掉，因?yàn)槟承┪臋n并不增長，預(yù)留的容量永遠(yuǎn)不會被使用。也就是說，40%～50%的磁盤容量從沒被利用起來。很多存儲硬件和軟件廠商為災(zāi)難備份做實(shí)時拷貝，需要雙倍的容量滿足應(yīng)用操作。

　　采用虛擬存儲技術(shù)，用戶可以將存儲設(shè)備分割成一些“虛擬磁盤”，在需要存儲容量時，可將這些虛擬磁盤分配給服務(wù)器，當(dāng)用戶在用完之后，再將它們返還給存儲池；在多機(jī)種服務(wù)器環(huán)境中實(shí)現(xiàn)集中化存儲，裝有不同操作系統(tǒng)的不同服務(wù)器可以與一個龐大的集中化存儲池連接，同時共享該存儲池；簡化存儲空間的擴(kuò)充過程，在系統(tǒng)運(yùn)行中迅速擴(kuò)充虛擬磁盤。

　　虛擬存儲類型

　　虛擬存儲技術(shù)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲時，通過對軟技術(shù)間接達(dá)到對物理存儲設(shè)備的管理和控制。換句話說，人們對虛擬存儲系統(tǒng)進(jìn)行的各種操作都會被鏡像到另一個物理存儲系統(tǒng)上，用戶不必關(guān)心真正的物理設(shè)備是什么、在哪里。在使用傳統(tǒng)的存儲技術(shù)來保存數(shù)據(jù)時，每當(dāng)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)增加新的存儲設(shè)備時，都必須重新對整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行一些合適的設(shè)置，而每次的新設(shè)置都需要多次關(guān)機(jī)、開機(jī)操作，在這頻繁的開關(guān)過程中就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)不能被繼續(xù)使用，從而中斷業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

　　針對這種存儲的弊病，虛擬存儲技術(shù)特意簡化了對數(shù)據(jù)存儲管理的復(fù)雜性，降低了存儲管理成本。在虛擬存儲環(huán)境中，無論網(wǎng)絡(luò)后端的物理設(shè)備發(fā)生什么變化，服務(wù)器及其應(yīng)用系統(tǒng)看到的存儲設(shè)備的邏輯鏡像都是不變的，這樣，用戶將不必關(guān)心底層物理環(huán)境的復(fù)雜性，只需管理基于異構(gòu)平臺的存儲空間，所有的存儲管理操作，如系統(tǒng)升級、建立、擴(kuò)充存儲空間、分配虛擬磁盤、改變磁盤陣列（RAID）等就變得非常方便。另外，虛擬存儲允許一個用戶共享不同供應(yīng)廠商的存儲設(shè)備，允許多用戶共享同一個存儲網(wǎng)絡(luò)，因此，用戶很容易地增加存儲容量和在設(shè)備間移動數(shù)據(jù)。可見，虛擬存儲技術(shù)其實(shí)只是一種邏輯存儲技術(shù)，這種存儲技術(shù)對數(shù)據(jù)的管理是智能的、有效的；利用該技術(shù)，用戶可以直接對數(shù)據(jù)存儲空間進(jìn)行管理和控制，而不是對當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所使用的物理存儲硬件進(jìn)行管理和控制。

　　從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，主要包括基于主機(jī)的虛擬存儲、基于存儲設(shè)備的虛擬存儲和基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲三種虛擬存儲方法。

　　（1）基于主機(jī)的虛擬存儲類型

　　基于主機(jī)的虛擬存儲依賴于代理或管理軟件，它們安裝在一個或多個主機(jī)上，實(shí)現(xiàn)存儲虛擬化的控制和管理。由于控制軟件是運(yùn)行在主機(jī)上，這就會占用主機(jī)的處理時間。因此，這種方法的可擴(kuò)充性較差，實(shí)際運(yùn)行的性能不是很好。由于可能導(dǎo)致不經(jīng)意間越權(quán)訪問到受保護(hù)的數(shù)據(jù)，基于主機(jī)的虛擬存儲方法有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。這種方法要求在主機(jī)上安裝適當(dāng)?shù)目刂栖浖?，因此一個主機(jī)的故障可能影響整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的完整性。軟件控制的存儲虛擬化還可能由于不同存儲廠商軟硬件的差異而帶來不必要的互操作開銷，所以這種方法的靈活性也比較差。但是，由于不需要任何附加硬件，基于主機(jī)的虛擬化方法最容易實(shí)現(xiàn)，其設(shè)備成本最低。使用這種方法的供應(yīng)商趨向于成為存儲管理領(lǐng)域的軟件廠商，而且目前已經(jīng)有成熟的軟件產(chǎn)品。

　?。?）基于存儲設(shè)備的虛擬存儲類型

　　由于依賴于提供相關(guān)功能的存儲模塊，對于包含多個廠商存儲設(shè)備的存儲系統(tǒng)，這種方法的運(yùn)行效果并不是很好。依賴于存儲供應(yīng)商的功能模塊將會在系統(tǒng)中排斥簡單的硬盤組（Just a Bunch of Disks，JBODS）和簡單存儲設(shè)備的使用，因?yàn)檫@些設(shè)備并沒有提供虛擬存儲的功能，即這種方法要求最終將鎖定某一家單獨(dú)的存儲供應(yīng)商。不過，在存儲系統(tǒng)中，這種方法較容易實(shí)現(xiàn)，容易和某個特定存儲供應(yīng)商的設(shè)備相協(xié)調(diào)，所以更容易管理，同時它對用戶或管理人員都是透明的。但是，由于缺乏足夠的軟件支持，這就使得解決方案更難以客戶化和監(jiān)控。

　?。?）基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲類型

　　基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化方法是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)虛擬存儲功能，具體包括基于互聯(lián)設(shè)備、基于交換機(jī)和基于路由器3 種方式。

　?、倩诨ヂ?lián)設(shè)備的方法

　　在對稱的方式下，控制信息和數(shù)據(jù)在同一條通道上，互聯(lián)設(shè)備可能成為瓶頸，但是多重設(shè)備管理和負(fù)載平衡機(jī)制可以減緩瓶頸的矛盾。同時，在多重設(shè)備管理環(huán)境中，當(dāng)一個設(shè)備發(fā)生故障時，也比較容易支持服務(wù)器實(shí)現(xiàn)故障接替。但是，這將產(chǎn)生多個存儲孤島，因?yàn)橐粋€設(shè)備僅控制與它所連接的存儲系統(tǒng)。非對稱式虛擬存儲比對稱式更具有可擴(kuò)展性，這是由于數(shù)據(jù)和控制信息的路徑是分離的。這種方法能夠在專用服務(wù)器操作系統(tǒng)上運(yùn)行，并具有基于主機(jī)方法的諸多優(yōu)勢。許多廠商提供了附加的功能模塊來改善系統(tǒng)的整體性能，但要更高的硬件成本。但由于它仍然需要一個運(yùn)行在主機(jī)上的代理軟件或基于主機(jī)的適配器，任何主機(jī)的故障或不適當(dāng)?shù)闹鳈C(jī)配置都可能導(dǎo)致訪問到不被保護(hù)的數(shù)據(jù)。同時，還存在異構(gòu)操作系統(tǒng)之間的互操作問題。

　?、诨诮粨Q機(jī)的方法

　　這種方法把虛擬存儲的功能模塊嵌入于交換機(jī)的固件中或者放在附屬于交換機(jī)的單獨(dú)的服務(wù)器上。由于并不要求在每臺主機(jī)上都運(yùn)行虛擬存儲功能軟件，基于交換機(jī)的存儲虛擬化系統(tǒng)以軟件方式提供管理功能模塊，這種方法不存在上述方式可能遇到的安全性問題，在異構(gòu)環(huán)境中也能提供更多的互操作性，但交換機(jī)仍然是一個瓶頸。

　　③基于路由器的方法

　　這種方法是在路由器固件上實(shí)現(xiàn)虛擬存儲功能。供應(yīng)商通常也提供運(yùn)行在主機(jī)上的附加軟件來進(jìn)一步增強(qiáng)存儲管理能力。在這種方法中，路由器被放置于每個主機(jī)到存儲網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通道中，用來截取網(wǎng)絡(luò)中任何一個從主機(jī)到存儲系統(tǒng)的命令。由于路由器潛在地為每臺主機(jī)服務(wù)，大多數(shù)控制模塊存在于路由器的固件中，相對于上述兩種方式，這種方法的性能更好、效果更佳。由于不依賴于在每個主機(jī)上運(yùn)行的代理服務(wù)器，這種方法具有更好的安全性。當(dāng)連接主機(jī)到存儲網(wǎng)絡(luò)的路由器出現(xiàn)故障時，仍然可能導(dǎo)致主機(jī)上的數(shù)據(jù)不能被訪問。但是只有聯(lián)結(jié)于故障路由器的主機(jī)才會受到影響，其他主機(jī)仍然可以通過其他路由器訪問存儲系統(tǒng)，同時路由器的冗余也可以支持動態(tài)多路徑。由于路由器經(jīng)常作為協(xié)議轉(zhuǎn)換的橋梁，這種方法也可以在異構(gòu)操作系統(tǒng)和多供應(yīng)商存儲環(huán)境之間提供互操作。