網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化又成為了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題，但同網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域所存在的許多其他問(wèn)題一樣，眾說(shuō)紛紜，沒(méi)有較為統(tǒng)一的看法，其中也不乏概念上的混淆。從另一個(gè)側(cè)面來(lái)看，也表明了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)尚處在快速發(fā)展時(shí)期，有很多問(wèn)題還值得人們?cè)趯?shí)踐中進(jìn)一步去探討。本文所提及的存儲(chǔ)虛擬化，僅涉及與網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)相關(guān)的范疇。

“存儲(chǔ)虛擬化”并不是近期才提出的一個(gè)新概念，它是伴隨著大型計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)較為經(jīng)典的概念，但隨著網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的興起，在新的領(lǐng)域中，存儲(chǔ)虛擬化又被賦予了全新的解讀，不過(guò)從存儲(chǔ)的核心功能來(lái)看，其本質(zhì)是具有延續(xù)性的。

存儲(chǔ)虛擬化的概念

從廣義的角度看，存儲(chǔ)具有兩大特性: 其一，它是具有存取數(shù)據(jù)功能的載體; 其二，它具有可管理性。

存儲(chǔ)虛擬化是物理存儲(chǔ)的邏輯表示方法，是在服務(wù)器與存儲(chǔ)之間設(shè)置的一個(gè)抽象層，服務(wù)器被綁定到邏輯抽象層上。于是，無(wú)論何時(shí)如果需要都可以改變所連接的物理存儲(chǔ)，典型的如陣列的替換、層次化存儲(chǔ)等，而不會(huì)影響應(yīng)用對(duì)這個(gè)存儲(chǔ)的訪問(wèn)。存儲(chǔ)虛擬化也正是緊緊圍繞著這兩個(gè)主要方面展開的。

從狹義的角度看，存儲(chǔ)是具有兩個(gè)訪問(wèn)通道的實(shí)體，數(shù)據(jù)通道和管理通道就是對(duì)此的簡(jiǎn)單描述。二者在物理上可以是聚合的，也可以是分離的，而存儲(chǔ)虛擬化就相應(yīng)地發(fā)生在這兩個(gè)通道上。

在理論上可以認(rèn)為，相對(duì)于原存儲(chǔ)實(shí)體，新的存儲(chǔ)實(shí)體在數(shù)據(jù)和管理通道上所進(jìn)行的任何非恒等的轉(zhuǎn)換，都是一種存儲(chǔ)虛擬化方法。概括地講，所謂存儲(chǔ)虛擬化可以簡(jiǎn)單地描述為: 新存儲(chǔ)實(shí)體對(duì)原存儲(chǔ)實(shí)體的存儲(chǔ)資源(如存儲(chǔ)的讀寫方式、連接方式、存儲(chǔ)的規(guī)格或結(jié)構(gòu)等)和存儲(chǔ)管理(如統(tǒng)一、分散管理)進(jìn)行變化和轉(zhuǎn)換的過(guò)程稱為存儲(chǔ)虛擬化。

存儲(chǔ)虛擬化的技術(shù)分類

一般認(rèn)為存儲(chǔ)虛擬化是有所特指的，大致可以從以下兩大類來(lái)劃分:

存儲(chǔ)資源的虛擬化

● 存儲(chǔ)的規(guī)格或結(jié)構(gòu)

從早期的磁盤分區(qū)到現(xiàn)在具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的磁盤陣列，對(duì)存儲(chǔ)規(guī)格或結(jié)構(gòu)的虛擬化始終作為一種最基本的虛擬化形式而不斷發(fā)展，這是存儲(chǔ)虛擬化的一個(gè)最為基本的特性之一——可分性。

屬于這一類的存儲(chǔ)虛擬化產(chǎn)物有: RAID、虛擬網(wǎng)絡(luò)磁盤等，在可以預(yù)見的未來(lái)，這類存儲(chǔ)虛擬化方式將伴隨著人們對(duì)塊存儲(chǔ)的需求，以及對(duì)存儲(chǔ)安全性與性能的不懈追求仍將長(zhǎng)期存在，并且適度發(fā)展。

在結(jié)構(gòu)虛擬化方面，設(shè)備冗余和資源空洞是兩個(gè)完全不同的類型，設(shè)備冗余可以實(shí)現(xiàn)同步、異步鏡像等，而資源空洞主要采用寫時(shí)分配的技術(shù)，在提高資源利用率方面表現(xiàn)更為突出，它能夠使得呈現(xiàn)給主機(jī)的邏輯卷遠(yuǎn)大于實(shí)際的物理存儲(chǔ); 而快照技術(shù)更是實(shí)現(xiàn)了源和快照依賴于相同的存儲(chǔ)資源，形成一種典型的一個(gè)虛擬多個(gè)的方式。

● 讀寫方式

到目前為止，存儲(chǔ)的讀寫方式可以歸納為四種主要形式: 塊讀寫方式、文件讀寫方式、對(duì)象讀寫方式和鍵值搜索讀寫方式，四種形式依次遞進(jìn)(如圖示意)，對(duì)存儲(chǔ)的抽象層次不斷提高，使得應(yīng)用(程序等)對(duì)存儲(chǔ)的依賴程度逐漸降低，存儲(chǔ)的智能性不斷提升，進(jìn)而也就不同程度地實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與應(yīng)用的分離。在本質(zhì)上，也就逐步實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，處于不活躍地位的存儲(chǔ)與處于活躍地位的計(jì)算之間的分離，而歸根結(jié)底，其源動(dòng)力來(lái)自于人們對(duì)數(shù)據(jù)共享效率不斷提高的需求。

可以看出，存儲(chǔ)讀寫方式的演進(jìn)，在客觀上也對(duì)存儲(chǔ)規(guī)格和結(jié)構(gòu)的發(fā)展提出了要求，但存儲(chǔ)讀寫方式的演進(jìn)并不依存于存儲(chǔ)規(guī)格和結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，塊讀寫方式和文件讀寫方式都將繼續(xù)占據(jù)主流的地位，而其他兩種方式由于受到應(yīng)用模式和存儲(chǔ)發(fā)展等某些關(guān)鍵技術(shù)的制約，仍將處于產(chǎn)品的緩慢發(fā)展和研究的相對(duì)快速發(fā)展的矛盾過(guò)程中?？梢灶A(yù)見，隨著對(duì)象文件系統(tǒng)、對(duì)象操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)網(wǎng)格以及搜索引擎和數(shù)據(jù)安全等技術(shù)的不斷發(fā)展，基于對(duì)象讀寫方式和鍵值搜索讀寫方式的存儲(chǔ)設(shè)備、存儲(chǔ)系統(tǒng)、存儲(chǔ)服務(wù)將成長(zhǎng)為主流方式。

● 連接方式

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的連接方式主要有Fibre Channel(FC)、InfiniBand(IB)、IP三種。三種方式各具特色，但總的來(lái)說(shuō)，F(xiàn)C設(shè)備在高端存儲(chǔ)系統(tǒng)采用較多; IB設(shè)備的高帶寬和高吞吐率在高性能計(jì)算領(lǐng)域有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，但經(jīng)歷了Intel、微軟放棄支持和戴爾、IBM與Sun宣布支持的一落一起之后，IB的發(fā)展還不明朗; 在性能和標(biāo)準(zhǔn)的制約下，IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)長(zhǎng)時(shí)間在中低端市場(chǎng)徘徊，但由于無(wú)處不在的IP網(wǎng)絡(luò)和其極具誘惑力的價(jià)格，近乎無(wú)限的延伸擴(kuò)展能力，以及傳輸標(biāo)準(zhǔn)和正在快速提升的硬件性能，可以預(yù)見IP存儲(chǔ)的市場(chǎng)將會(huì)作為企業(yè)存儲(chǔ)解決方案的主要選擇之一。

不同的存儲(chǔ)連接方式，也對(duì)應(yīng)著不同的存儲(chǔ)特性，存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)可以以融合多種連接方式(包括上述三種方式)的優(yōu)勢(shì)，更好地滿足應(yīng)用的需求。

存儲(chǔ)管理的虛擬化

● 集中管理

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)發(fā)展到今天，出現(xiàn)了很強(qiáng)的旨在體現(xiàn)集中管理的聚合趨勢(shì)，大型存儲(chǔ)系統(tǒng)和超大型的存儲(chǔ)系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，高性能、高可用、高數(shù)據(jù)安全性和大容量成為其主要的發(fā)展目標(biāo)。但伴隨而來(lái)的是存儲(chǔ)管理的復(fù)雜性也一升再升，不同的存儲(chǔ)系統(tǒng)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效地級(jí)聯(lián)(管理方面)，甚至這一現(xiàn)象也出現(xiàn)在同一廠商的系列產(chǎn)品中，進(jìn)而也使得存儲(chǔ)資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效地管理和使用，復(fù)雜的管理和相應(yīng)的高管理成本都阻礙了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的發(fā)展。

面對(duì)這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，統(tǒng)一存儲(chǔ)管理標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題愈顯突出，這也是制約存儲(chǔ)虛擬化、乃至于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵癥結(jié)所在。

● 分散管理

在使用存儲(chǔ)的某些特定場(chǎng)合，所虛擬出的資源應(yīng)具有一定的獨(dú)立管理特性。

● 性能的動(dòng)態(tài)調(diào)整

在共享網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況下，虛擬出的多個(gè)設(shè)備其間的性能可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)或可動(dòng)態(tài)配置。

存儲(chǔ)虛擬化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類

在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域，實(shí)行存儲(chǔ)虛擬化的手段大致可以從兩方面考慮: 一方面，按虛擬化模塊在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中的位置劃分為三類: 基于主機(jī)、基于網(wǎng)絡(luò)和基于存儲(chǔ)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化是發(fā)展的潮流，這一點(diǎn)，IBM與EMC的觀點(diǎn)是相同的; 另一方面，按虛擬化管理模塊相對(duì)于數(shù)據(jù)通道的位置，劃分為帶內(nèi)(In-Band)和帶外(out-of-band)管理。

In-Band虛擬化模塊(引擎)位于主機(jī)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通道上，因?yàn)槲挥跀?shù)據(jù)讀寫的關(guān)鍵路徑上，所以既有安全性高、實(shí)現(xiàn)容易、對(duì)主機(jī)要求低等優(yōu)點(diǎn)，又有擴(kuò)展性差、易形成單點(diǎn)故障等明顯的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，這通常利用Cache技術(shù)來(lái)優(yōu)化性能。

與In-Band不同的是，Out-of-Band虛擬化模塊位于主機(jī)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通道之外，通過(guò)其它的網(wǎng)絡(luò)連接方式與主機(jī)系統(tǒng)通信。于是，在每個(gè)主機(jī)服務(wù)器上，都需要安裝客戶端軟件或者特殊的主機(jī)適配卡驅(qū)動(dòng)，相比In-Band方式，這種方式的系統(tǒng)可擴(kuò)展性很強(qiáng)，虛擬化模塊不會(huì)在數(shù)據(jù)通道上成為單故障點(diǎn)，但其實(shí)施難度比較大。