存储虚拟化技术的研究

2018.10

1概述

随着存储技术的快速发展和IT 规模的不断扩展,

信息系统或数据中心大多数也经历了直接附加存储和网络存储。诸多主流存储设备充斥其中,造成存储异构,存储系统的故障无法有效地修复:采用数据备份只能解决数据的逻辑错误,解决不了磁盘阵列的硬件故障;而要解决硬件故障要求必须是同一厂商同一系列的具有拷贝功能的高端磁盘阵列中卷拷贝技术,造成存储成本居高不下。因此,研究存储虚拟化技术就显得非常重要。

2虚拟化技术

从广义上来说,虚拟化技术是通过对系统中软硬件资源的聚集整合、分时复用、部分或全部模拟等方法来进行系统资源管理,进而构造单虚拟化或多虚拟计算环境的技术。简言之,利用虚拟化技术可以扩大硬件容量、简化软件的配置过程、降低虚拟机的操作系统对底层硬件的依赖性、多程序或者多操作系统能做到同时运行在独立的空间而相互不影响等等,多虚拟机运行在物理服务器上,共享硬件资源,进而提高了资源的利用效率。对于用户来说屏蔽了复杂的系统结构,进一步简化了操作,并且降低了工作量。虚拟化技术以其良好的封装性、透明性、可扩展性等被广泛地应用在计算机系统结构的各个层次。尤其是虚拟化技术在硬件方面的应用尤为广泛。

硬件虚拟化主要是通过封装系统资源,隐藏或屏蔽真实的、复杂的硬件环境,降低操作系统与硬件资源之间的耦合度,依据操作系统和应用需求模拟或抽象出一个完整的计算平台或计算系统。硬件虚拟化技术实现了在一台物理机上运行多个虚拟机,并且虚拟机之间可以相互独立运行不同的操作系统。

3存储虚拟化技术与原理

一个完整存储系统须包含两个层面的含义:作为信

息数据的临时存放或永久存放介质,须保证数据的完整性、安全性且能被用户有效的访问,简言之,存储技术是为用户提供存储数据的解决方案。存储技术作为IT 技术发展的第三个阶段中重要的技术带动着整个IT 技术产业增长,存储方案主要经历了磁盘、磁带、磁盘阵列、网络存储系统和存储虚拟技术。3.1存储系统的发展

在网络存储技术出现之前主要是DAS 即直接附加

存储,即存储设备直接连接到计算机上,CPU 发出存取指令,主机系统对整个存储系统实行绝对控制,此存储方案解决的主要是单个计算机的存储功能。但这种存储系统数据共享困难、可扩展性差。

网络存储主要是NVR 和SAN。随着视频监控的快速发展,NVR 主要应用在那些前端IP 摄像头数量比较少、监控点和监控中心不远、存储容量又相对较小的小规模或小企业的高清视频监控系统。随着人们对高清视频监控系统对视频质量以及实时回放等要求越来越高,伴随着光纤通道技术和千兆以太网技术的逐步成熟和发展,使得越来越多的高清视频监控系统广泛采用SAN 存储。SAN 存储系统是指对设备进行整合,通过多台服务器共享同样的存储设备,把存储设备从服务器上分离出来,实行数据的集中管理,实现了并发接收和并发保存,存储方案具有良好的可扩展性,包括IP-SAN 和作者简介：刘素娇(1982-),女,助教,硕士,研究方向:计算机网络及云计算。收稿日期：2018-07-10

存储虚拟化技术的研究

刘素娇

（河南护理职业学院，河南安阳455000）

摘

要:随着大数据时代的来临以及人工智能、云计算的飞跃式发展，数据呈现指数级的爆炸式增长。已有的存储系统和技术已不能满足人们对数据的安全性、系统的可扩展性以及高效管理等性能的需求，迫切需要有高稳定性、高扩展性、易维护的高性能存储系统和技术的支撑，存储技术面临着新的挑战。在此背景下主要从虚拟化技术、存储系统的发展以及存储虚拟化技术的概念、关键技术和分类进行研究关键词:存储；虚拟化技术；存储虚拟化技术

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FC-SAN。

云存储是虚拟化技术在存储技术的进一步应用,作为存储资源的共享池,具有动态可伸缩的按需分配存储空间特性,实现了良好的可扩展性;云存储系统的故障隔离和镜像备份技术能够解决系统的各种故障,使得存储系统具有很强的容错性和容灾性,提高了系统的可用性和连续运行能力;云存储的灵活性,虚拟技术的应用不仅能满足用户动态的定制需求,而且通过复制虚拟机镜像或者基于基础镜像创建增量镜像的增量镜像技术,快速部署运行环境,即用户无需面对复杂的存储介质和日常的维护工作,只需支付一定的费用即可获得足够的、可随时访问的、独立的逻辑存储空间和强大的计算能力[1]。

3.2概念

存储虚拟化技术是一种对物理存储设备的聚集整合管理技术,通过对物理设备资源的集中化管理,用户只需使用虚拟化后的存储空间即可,无需关心存储设备的结构和运行机制,做到了把资源的逻辑映像与物理的存储分开。对用户来说,存储虚拟技术通过对具体的存储设备进行抽象,为用户提供统一的虚拟存储池,把对具体的存储控制与应用程序、用户的数据管理进行分离。虚拟存储首先屏蔽了物理设备复杂性,简化了存储管理,尤其是在异构环境的整合运用。其次,虚拟存储实行资源的优化分配和均衡负载,优化了存储资源管理,提高了设备的利用率[2]。简言之,存储虚拟化主要实现了统一化管理和灾备两大功能。发展至今,存储虚拟化技术不管是在大数据的存储还是云计算中的存储都展现了良好的性能。

3.3关键技术

存储虚拟化屏蔽了物理设备的复杂性,使用户无需关心存储设备的工作机制,也无需关心所需的数据是经过那条路径通过那个存储设备进行存取和读写,为用户提供存储资源的逻辑映像视图。要实现存储虚拟化涉及到以下关键技术:

(1)共享冲突与数据一致性。存储虚拟化的一个重要功能是数据共享,尤其是在云存储中更是如此。区别于普通文件系统的独占式访问,存储虚拟化要解决商业应用中操作系统和“数据仓库”之间共享数据的功能。还必须保证数据的不同拷贝应能在不同平台的应用程序间传输,此外必须解决不同服务器操作系统之间的存储共享和并行存储时的I/0访问冲突问题。

(2)异构的互操作性和兼容性。存储虚拟技术的优势的重要体现是设备间的互操作性变得简便,简化了不同操作系统和不同设备的异构环境中的系统管理和用户操作,实现真正意义上的存储设备的透明性[3]。(3)系统存储空间的动态扩展和用户的按需存储。要克服传统的以服务器或任务为中心的存储管理(资源利用率低),在不中断正常企业营业的情况下实现存储和规模的扩展,这就要求中心平台能自动发现、监测和管理任何厂商的SAN设备。均衡负载优化负载是解决存储虚拟方案中高效管理的关键技术。对于不同用户和应用程序的存储需求,可以实现存储资源的优化分配和基于各种策略为用户提供定制服务[4]。

(4)数据安全与容错策略。存储网络取代了传统的存储模式,大量数据是面向广域网,恶意攻击更为严重。所以在存储虚拟化技术的方案中要解决存储系统中身份认证和访问控制中的假冒或窃取的问题、数据在存储和传输中有可能被篡改或隐私泄露的安全隐患以及由于缺乏边界防护造成的越界访问等问题。

此外,要保障存储虚拟化技术中数据可用性也是一项关键技术,要求提供恢复点目标RPO(Recovery Point Objective)和标有恢复时间目标RTO(Recovery Time Objective)的值尽可能小,使得重要数据不丢失、关键业务不中断。

3.4存储虚拟化分类

虚拟化技术在存储中运用最早的是磁盘条带集(RAID),它主要是依据逻辑关系对多种物理磁盘进行整合以形成大容量的磁盘。随着数据爆炸式的增长和网络技术的日新月异,存储区域网络(SAN)应运而生。

依据实现层次进行划分:把专用卷管理软件嵌入到服务器上的主机服务器存储虚拟化、利用磁盘阵列上阵列控制器固件的存储设备虚拟化和在存储网络中采用专用管理设备的网络存储虚拟化。从存储虚拟化的实现原理来看,存储虚拟化又分为带内和带外两种[4]。针对不同的存储方案,目前比较常见的有IBM 利用的SVC(SAN卷控制器)存储方案,HDS(日立数据系统有限公司)利用采用通用存储平台(UPS)的磁盘阵列解决方案和EMC公司利用Invista网络存储虚拟解决方案[5]

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