深度分析雲存儲中虛擬化技術構成及應用

存儲領域國際權威機構SNIA(存儲網路工業協會)給出了存儲虛擬化(StorageVirtualization)的定義：「通過將存儲系統/子系統的內部功能從應用程式、計算伺服器、網路資源中進行抽象、隱藏或隔離， 實現獨立于應用程式、網路的存儲與資料管理」。 存儲虛擬化技術將底層存放裝置進行抽象化統一管理，向伺服器層遮罩存放裝置硬體的特殊性，而只保留其統一的邏輯特性，從而實現了存儲系統的集中、統一、方便的管理。

與傳統存儲相比，虛擬化存儲的優點主要體現在：磁片利用率高，傳統存儲技術的磁片利用率一般只有30-70%，而採用虛擬化技術後的磁片利用率高達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，提供了一個大型存放區系統集中管理的手段，避免了由於存放裝置擴充所帶來的管理方面的麻煩;性能更好，虛擬化存儲系統可以很好地進行負載均衡， 把每一次資料訪問所需的頻寬合理地分配到各個存儲模組上，提高了系統的整體訪問頻寬。

虛擬化存儲有多種分類方法，從大的方面可以分為：根據在I/O路徑中實現虛擬化的位置不同進行分類;根據控制路徑和資料路徑的不同進行分類。 根據在I/O路徑中實現虛擬化的位置不同，虛擬化存儲可以分為主機的虛擬存儲、網路的虛擬存儲、存放裝置的虛擬存儲。 根據控制路徑和資料路徑的不同，虛擬化存儲分為對稱虛擬化與不對稱虛擬化。

虛擬化存儲的系統構成

雲存儲中的一種典型存儲方式為分散式存儲。 在這種方式中，一般採用帶外虛擬化的方式管理存放裝置，中繼資料管理和資料傳輸都是通過IP網路來完成。 這種虛擬化存儲系統主要有四類不同的存放裝置。

用戶端：

用戶端向外為客戶提供各種應用服務，如萬維網服務、資料庫、檔服務、科學計算等。 用戶端上運行存儲代理軟體，提供網路虛擬裝置供應用程式讀寫訪問。

配置管理伺服器：

配置管理伺服器用來進行系統的配置和管理。 通過Internet、Telnet或其它介面登陸雲存儲平臺，以遠端的方式配置和管理整個存儲系統。

中繼資料伺服器：

雲存儲系統的中繼資料伺服器(MDS)管理著整個系統的中繼資料和物件資料的佈局資訊，負責系統的資源配置和網路虛擬磁片的位址映射。 在MDS上部署的全域虛擬化存儲管理軟體和集群管理軟體可管理整個存儲系統的配置和運行。 另外，MDS通過冗余管理軟體來實現普通存儲節點之間的資料冗余關係。

物件存儲節點：

每個存儲節點都是獨立的存放裝置，負責物件資料的存儲、備份、遷移和恢復，並負責監控其他存放裝置的運行狀況和資源情況。 同時，存儲節點上運行著虛擬化存儲管理軟體，並存儲了應用程式所需的資料。

虛擬化存儲的三層模型

根據雲存儲系統的構成和特點，可將虛擬化存儲的模型分為三層：物理設備虛擬化層、存儲節點虛擬化層、存放區域網路虛擬化層。

三層虛擬化存儲模型大大降低了存儲管理的複雜度，有效地封裝了底層存放裝置的複雜性和多樣性，使系統具備了更好的擴充性和靈活性。 使用者只需將存放裝置添加到存儲池中並進行簡單配置，就可以創建虛擬卷，而不必關注系統中單個設備的物理存儲容量和存儲介質的屬性，從而實現統一的存儲管理。

物理設備虛擬化層：

主要用來進行資料塊級別的資源配置和管理，利用底層物理設備創建一個連續的邏輯位址空間，即存儲池。 根據物理設備的屬性和使用者的需求，存儲池可以有多個不同的資料屬性，例如讀寫特徵、性能權重和可靠性等級。 按需分配的存放裝置作為一個邏輯卷管理器，可以從存儲池中分配邏輯卷，動態地分配存儲資源，並管理資料塊的映射和轉發。

存儲節點虛擬化層：

可實現存儲節點內部多個存儲池之間的資源配置和管理，將一個或者多個按需分配的存儲池整合為在存儲節點範圍內的統一的虛擬存儲池。 這個虛擬化層由存儲節點虛擬模組在存儲節點內部實現，對下管理按需分配的存放裝置，對上支援存放區域網路虛擬化層。

存放區域網路虛擬化層：

可實現存儲節點之間的資源配置和管理，集中地管理所有存放裝置上的存儲池，以組成一個統一的虛擬存儲池。 這個虛擬化層由虛擬存儲管理模組在虛擬存儲管理伺服器上實現，以帶外虛擬化方式管理虛擬存儲系統的資源配置，為虛擬磁片管理提供位址映射、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。

各個存放裝置廠商紛紛推出了自己的虛擬化存儲產品。 令人矚目的是，華為提供了企業級虛擬化存儲服務，推出了針對雲計算的虛擬機器和網路存儲伺服器的虛擬機器，以及VTL虛擬帶庫和VIS產品。 同時，華為在雲存儲系統中也大量應用了虛擬化技術，實現了中繼資料伺服器的虛擬化VMDS，物件存儲伺服器的虛擬化VOSN，以及資料容器的虛擬化，等等。

虛擬化存儲在各種行業中已經開始了大規模應用。 這些應用包括：

資料中心：應用虛擬化技術提供計算和存儲服務中心、網路管理中心、災害復原中心、IT資源租賃中心等服務。

電信行業：隨著產業的發展，電信行業面臨兩方面的挑戰，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：利用虛擬化進行容災，採取「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範，異地災備中心用來防範大範圍的災難。 利用虛擬化技術，可以在統一的虛擬化基礎架構中，實現跨資料中心的虛擬化管理。

政府資訊系統：政府資料存儲系統的建設正受到前所未有的重視。 系統利用先進的存儲虛擬化技術，建立統一、標準、共用的資料資源存儲平臺，能夠有效地管理龐大、繁多、複雜的資料及相關的設備，提高資源利用率，並建立起全面的資料安全保障體系。

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