存储虚拟化

辑卷， 并为存储网络上的每一台主机指定对每一个逻辑卷的访问 对称结构 （ｙ ｒｅ ｉ） Ｓ ｍ ａｔ ｃ 虚拟存储， ｒ 又称为带内 （ － ａ ｄ 权限 （ Ｉ Ｂｎ ） ｎ 可写、 可读、 禁止访问） 。当主机要访问某个逻辑卷时， 首 虚拟化存储， 如图ｌ 所示 ， 它是在数据通路中插入虚拟存储层， 先要访问虚拟化存储控制器，读取逻辑卷信息和访问权限， 即 然后
持异构平 台，例 如 Ｃ Ｖ 只能支持 特定版本的 Ｌ ｕ ＬＭ ｉ ｘ平 台。 ｎ
基于存储设备的虚拟化
上的任何位 置都可 以实现存 储虚拟化 。根据虚拟化层 次所
处位置不 同，存储虚拟化技 术可以分为以下几类 ：
基于存储设备的虚拟化，也称为基于存储控制器的虚拟化。 它是在存储设备的适配器、 控制器上实现虚拟化功能。目 前很多
基 Ｈ — Ｘ Ｓ ｌ ｉ平台的 Ｖ ｒ ａ ｏ ｍｅＭａ ａ ｅ Ｖ Ｖ 和 模块 。如果没有 第三方的虚拟软件 ， 于存储设备 的虚拟化 经常 Ｐ Ｕ ｏａ ｓ ｒ ｅｉ ｓＶ ｌ ｎ ｇｒ（ｘ Ｍ） ｔ ｕ
对于包含多厂商存 支持 Ｆ ｅＢ Ｄ平台的Ｖ ｎ ｍ。有些平台还拥有支持集群的卷管 只能提供一种不完全的存储虚拟化解决方案。 ｒｅ Ｓ ｉｕ Ａ 这种方法的运行效果不是很好， 并且这 理器 ，Ｆ ｉｕ 平台下的 Ｃ Ｖ （ｌｓ ｒＬ Ｍ） Ｃｕｔ Ｖ 储设备的Ｓ Ｎ存储系统 ， ￣Ｌｎ ｘ Ｉ Ｌ Ｍ Ｃｕｔ Ｖ ， ｌ ｅ Ｅ ＭＳ ｅ ｓｒ 这 和Ｓ Ｎ的Ｓ Ｍ等 ，它们 采用 的是对称结 构的构架 ， Ｕ Ｖ 机群 中的任 种设备 的规模 往往 是有 限的且无法进行级联 ， 使得 具有 特定 配 何一个节点都可以进行存储资源的虚拟化管理操作。
服务器环境上 。
由于基于主机的虚拟化是在操作系统级别上完
成虚拟化工 作，因而不需要任何硬件支持 ， 也不影
响现有存储系统的基本架构，该方法最容易实现，
成本最低。因此一般来说， 卷管理器级别的虚拟化
具有容易实现，开销低， 性能好等特点， 并且也给
用户提供 了一定的便 利。
目前已经有成熟的基于主机的虚拟化软件产 品， 这些软件一般提供了便于操作的图形化管理界 面， 可以方便地用于存储虚拟化管理。 从这个意义
件的主机或控制器独立地接入存储网络， 对网络进行管理， 存储 虚拟化的开销较小， 扩展性强等。同时这种结构还避免了系统单 数据和控制命令分别走两个不同通路 应用服务器节点的ＩＯ ／ 请 点故障和瓶颈。
６ 用 育 培２７ ８中 教 同 ０ ０４
基于虚拟化软件的移植性比较差， 难于应用在异构
路的各种层次上实现。 根据虚拟化层在存储网络体系结构中的实 级处理等等）来提高访问速度、消除热点数据分布、 增加系统稳 现位置 ， 对称式虚拟化存储可以分为三种：基于主机的虚拟化、 定性、延长磁盘使用寿命等，同时对称虚拟存储提供对前端主机 基于存储设备的虚拟化和基于网络的虚拟化， 这三种虚拟化的实 完全透明的服务，对异构平台具有 良 好的适应能力。 现各有优缺点。
上看 ， 基于服务器 的存储虚拟化是一种性价 比较高
的方法， 但是这种级别的虚拟化方案往往具有扩展 性差， 不支持异构平台等特点。 对于支持集群的虚 拟化方案来说 ，为了保证元数据的一致性和完整
理论上讲 ，在文件 系统 完成 了地址 解析 之后 ，Ｉｏ 径 ／路
性， 各主机间往往需要频繁通信以及采用锁机制， 导致性能下降， 可扩展性也较差。而且，由于其往往采用对称结构， 使其很难支
非对称式虚拟存储技术
而非对称式虚拟存储结构在异构环境下需要为不同主机实现
不同的代理， 增加了系统的复杂性和用户投资。 但在非对称性虚
非对称结构 （ ｓｍ ｅｒ ） Ａ ｙ ｍ ｔｃ 虚拟存储， ｉ 又称带外 （ｕ ０－ 拟存储结构中， ０ ｔ ｆ 一 存储数据在专用的数据通道上传输，因此减少了 ｂｎ ） ａ ｄ 虚拟存储， 如图２ 所示，其方法是： 将装有虚拟化存储软 网络延迟， 增加了带宽的可升级性， 从而提高了系统性， 另外， 其
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获得元数 依据命令的性质－作用不同，网络存储系统除数据通路之 ｝ 求先通过控制通路访问专用的元数据服务器或控制器， ｂ 外，还存在另外一个通路，称为控制通路。根据虚拟化存储的 ｌ 据和数据视图后再直接通过数据通路获得需要的数据。 拓扑结构， Ａ 的虚拟化存储可以分为对称结构 （ ｍ ｅ ｉ ＳＮ Ｓ ｍｔ ）和 ｙ ｒ ｃ
换过程 中起核心作用 。 由虚 度，同时使得管理变得简单，对应用和操作系统都是透明的，可
拟化存储控制器内嵌的存 以提供并发访问的串行化， 是目前存储行业中功能丰富且完善的
储管理系统将存储池中的 Ｓ Ｎ虚拟存储的实施技术。 Ａ 物理硬盘虚拟为逻辑存储 两种结构的 比较
单元 （ Ｕ ， Ｌ Ｎ） 并进行端口 对称虚拟存储结构的控制流和数据流都要经过虚拟化服务器 映射 （ 指定某一个Ｌ Ｎ能 的处理 ，由于所有数据都流经虚拟存储的控制交换设备， Ｕ 导致命 被哪些端口所见） ，主机将 令的读写延迟大大增加， 性能损失较大。而且， 控制虚拟存储控 各 自可见的存储单元映射 制设备很容易成为系统的ＩＯ瓶颈； ／ 如使用多个设备 ， 则设备问 为操作系统可识别的盘符。 的管理和通信也会比较
例如用户能够很容易对逻辑卷的数据进行复制、 镜像以及数 因此， 存储虚拟化不仅仅简化了存储管理的复杂性 ， 降低了
用。
Ｓ ａｓ ｏ）功能等。 理存储设备 ， 用户所管理的存储空间也不是具体的物理存储设备。 据 交互 ，在虚拟设备级别上实现 了快 照 （ｎ ｐｈ ｔ
还提高了存储效率， 降低了存储投资的费 带） 即不必关心底层物理设备的容量、 ， 类型和特性等， 而只需要 存储管理和运行成本，
见 的存储资源需求 …… 满足用户对存储资源 的空间需求。
在网络存储系统中， 虚拟化存储就是要解决管理人员所面临 有效整合异构的存储设备 的一系列复杂问题。 虚拟存储屏蔽了具体物理设备，能把不同类型、 不同特性的 从而实现了 所谓存储虚拟化是将实际的物理存储实体与存储的逻辑表示 异构存储资源整合成一个统一的存储空间加以利用， 分离开来， 应用服务器只与分配给它们的逻辑卷 （ 或称虚卷）打 对存储资源的充分利用和有效规划。 交道，而不用关心其数据是在哪个物理存储实体上。
管理和使用是经过虚拟存储层映射， 来对具体物理设备进行管理 分，虚拟化技术能够有效提高虚 拟磁盘 的性能。 和使用的。
提供 一些 更高级的功能
从用户的角度来看， 用户所看到的是存储空间不是具体的物 用户可随意使用存储空间而不用关注物理存储硬件 （ 磁盘 、磁 把注意力集中在其存储容量及安全模式的需求上。
在主机服务器节点和存储设备之间插入运行有虚拟化管理软件的 再通过存储网络访问实际的存储设备中的数据。在此过程中， 主 虚拟化控制器。 虚拟化管理软件对存储设备和服务器主机进行配 机只会识别到逻辑卷 ，而不会直接识别到物理硬盘。 置和管理，存储数据和控制信息使用同一条通路。
非对称存储技术通过把数据和控制信息路径分隔开来， 不会 虚拟化存储控制器位于主机与存储设备之间， 在二者数据交 在原有的数据通路上增加多余设备 ， 因此不会影响数据的读写速
非对称结构 （ｓｍ ｅ ｉ Ａｙｍｔｃ ｒ）两种实现模 型。
在非对称式虚拟存储中， 每一台主机和元数据服务器 （ 虚拟
化存储控制器）均连接到磁盘阵列， 其中主机的数据路径通过存
储网络直接到达磁盘阵列， 虚拟化存储控制器对存储网络上连接
两种结构模型
对称式虚拟存储技术
的磁盘阵列进行虚拟化操作，将各存储阵列中的Ｌ ＵＮ虚拟为逻
的具体 物理组织结构 。
成系统瓶颈，降低系统
在对称式虚拟存储中， 所有的数据流都将经过虚拟化存储控 性能。 另外， 这种结构的 制器 ， 因此可以在虚拟化存储控制器上采用各种技术提高数据传 虚拟存储系统容易出现
一 一
一 面
～ 一 ～
输的速度。 如采用大容量高速缓存， 对写入数据进行缓存， 对读 服务器到存储设备的单点故障。因此对称虚拟存储结构在实际使 出数据进行预取 ， 合并小块命令减少磁盘寻道时间等等技术。 用中往往要做冗余配置。但是， 对称虚拟存储结构可方便采用各 对称式虚拟存储内嵌在数据通路上实现 ， 因此可以在数据通 种优化技术 （ 如大容量高速缓存、 数据分布、命令合并、 命令分
从专业 的角度来看 ， 拟存储是 介于物理 存储设备和用户之 虚
提 高网络存储 系统整体的访问速度
在存储层上可 以较好地进行 ＩＯ负载平衡 ， ／ 将用户 的ＩＯ请 ／
这样就提高了系统的整 间的一个中间层。 这个中间层屏蔽了具体物理存储设备 （ 磁盘、 磁 求合理地分配到各个具体的物理设备上， 带）的物理特性，呈现给用户的是逻辑设备。用户对逻辑设备的 体访问带宽。由于虚拟磁盘的存储空间采用了条带化方法进行划
当主机向存储设备写入数 复杂。 而且， 因为一个设 据时， 用户只需要将数据写 备仅控制与它所连接的
图１
入位置指定为 自己映射的 存储系统 ，采用带 内虚
盘符 （ Ｕ ， Ｌ Ｎ） 数据经过虚拟化存储控制器的高速并行端口，由 拟化无法跨设备虚拟化。 存储管理系统自动完成目标位置ＥＬ 到实际物理硬盘的转换。 因此对称虚拟存储结构 ｈ ＵＮ 在此过程中主机见到的只是虚拟逻辑单元，而不关心每个Ｌ Ｎ 容易造成网络拥塞而形 Ｕ
不同层次的实现
基于主机的虚拟化
存储设备 （ 如磁盘 阵列等 ）内部都有功能 较强 的处理器 ， 并带有
专门的嵌入式系统， 可以在存储子系统内部进行存储虚拟化的工
对外提供的磁盘 已经是虚拟化过的磁盘 ， 常见的如支持Ｒ Ｉ ＡＤ 基于主机 （ 或服务器）的虚拟化， 也称基于系统卷管理器的 作， 的磁盘阵列等。 这类存储子系统与前端主机基本无关， 对系统性 虚拟化， 其实现一般是通过逻辑卷管理 （ ｏ ｍ ｎ ｇ ｒ。 Ｖ ｌ ｅＭａ ａｅ） 逻 ｕ 容易管理， 同时它对用户或管理人员都是透明的。 辑卷管理为从物理存储映射到逻辑上的卷提供了一个虚拟层。 卷 能的影响很小， 由于受特定厂商的限制， 客户的选择权往往受到一定的局限。 管理在系统和应用级上实现多机间的共享存储、存储资源管理、 数据复制和数据迁移、远程备份和灾难恢复等任务。
管理软件有 Ｌｎ ｘ平 台下 的 Ｌ Ｍ、Ｌ Ｍ２ Ｖ ，以及 支持 ｉｕ Ｖ Ｖ 、Ｅ ＭＳ
正是 由于这个致命的缺陷， 使得基于存储控制器的虚拟化方案往 基于存储设备的存储虚拟化方法依赖于提供相关功能的存储
目前主流操作系统都有 自己的卷管理器 ， 如单机版 的虚 拟化 往不被认为是完整的虚拟化技术实现。
存储虚拟化
一文 ／ 舒继武
特点
虚 拟存储具有如下几个方面的特点 ：
何谓存储虚拟化
随着企业对存储需求的不断增长与存储系统的不断扩大， 存
简化储提供了一个简单而有效的存储系统管理。 用户可方
储设备多种多样， 存储网络系统与环境也越来越庞大与复杂，那 便地划分、扩展、缩小虚拟存储空间，只需要简单地更改配置就 用户将注意力集中在存储系统的 么， 如何简化存储设备的安装和配置？如何有效地管理和利用数 可在线增加新的物理存储设备。 类 目 众多的异构性存储设备？如何充分地利用众多存储资源而提高 容量和安全模式的需求上，而不必关心存储系统的硬件容量、 最大程度 利用率？如何使得存储资源的分配更加合理化？如何满足不可预 型或者其他物理磁盘的特性，提高存储资源的利用率，