詳解云存儲(chǔ)中的虛擬化技術(shù)構(gòu)成及應(yīng)用

云存儲(chǔ) 是在云計(jì)算（cloud computing）概念上延伸和發(fā)展出來的一個(gè)新的概念，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的一個(gè)系統(tǒng)。 當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲(chǔ)設(shè)備，那么云計(jì)算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成為一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)，所以云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。

何謂存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)領(lǐng)域國際權(quán)威機(jī)構(gòu)SNIA（存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會(huì)）給出了存儲(chǔ)虛擬化（STorage VirtualizatiON）的定義：通過將存儲(chǔ)系統(tǒng)/子系統(tǒng)的內(nèi)部功能從應(yīng)用程序、計(jì)算服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源中進(jìn)行抽象、隱藏或隔離，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)管理.存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)將底層存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行抽象化統(tǒng)一管理，向服務(wù)器層屏蔽存儲(chǔ)設(shè)備硬件的特殊性，而只保留其統(tǒng)一的邏輯特性，從而實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)的集中、統(tǒng)一、方便的管理。

與傳統(tǒng)存儲(chǔ)相比，虛擬化存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：磁盤利用率高，傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)的磁盤利用率一般只有30-70%,而采用虛擬化技術(shù)后的磁盤利用率高達(dá)70-90%;存儲(chǔ)靈活，可以適應(yīng)不同廠商、不同類別的異構(gòu)存儲(chǔ)平臺(tái)，為存儲(chǔ)資源管理提供了更好的靈活性；管理方便，提供了一個(gè)大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)集中管理的手段，避免了由于存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)充所帶來的管理方面的麻煩；性能更好，虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)可以很好地進(jìn)行負(fù)載均衡，把每一次數(shù)據(jù)訪問所需的帶寬合理地分配到各個(gè)存儲(chǔ)模塊上，提高了系統(tǒng)的整體訪問帶寬。

虛擬化存儲(chǔ)有多種分類方法，從大的方面可以分為：根據(jù)在I/O路徑中實(shí)現(xiàn)虛擬化的位置不同進(jìn)行分類；根據(jù)控制路徑和數(shù)據(jù)路徑的不同進(jìn)行分類。根據(jù)在I/O路徑中實(shí)現(xiàn)虛擬化的位置不同，虛擬化存儲(chǔ)可以分為主機(jī)的虛擬存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲(chǔ)、存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬存儲(chǔ)。根據(jù)控制路徑和數(shù)據(jù)路徑的不同，虛擬化存儲(chǔ)分為對(duì)稱虛擬化與不對(duì)稱虛擬化。

隨著一些專注于集群存儲(chǔ)業(yè)務(wù)的廠商，比如PaNASas、Isilon、龍存科技等在中國市場(chǎng)的快速發(fā)展，集群存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用會(huì)更加普及。雖然集群存儲(chǔ)在處理非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方面優(yōu)勢(shì)十分明顯，但從目前情況看，集群存儲(chǔ)不太可能在短時(shí)間內(nèi)完全取代傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式，SAN和NAS仍會(huì)有用武之地。 需要強(qiáng)調(diào)的是，虛擬化是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算遠(yuǎn)景目標(biāo)的一項(xiàng)核心技術(shù)，因?yàn)樵朴?jì)算本身就是一個(gè)能提供虛擬化和高可用性的新一代計(jì)算平臺(tái)。從目前的市場(chǎng)情況看，服務(wù)器虛擬化已經(jīng)是如火如荼，而存儲(chǔ)虛擬化的發(fā)展相對(duì)慢一些。

虛擬化存儲(chǔ)的系統(tǒng)構(gòu)成

云存儲(chǔ)中的一種典型存儲(chǔ)方式為分布式存儲(chǔ)。在這種方式中，一般采用帶外虛擬化的方式管理存儲(chǔ)設(shè)備，元數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)傳輸都是通過IP網(wǎng)絡(luò)來完成。這種虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)主要有四類不同的存儲(chǔ)設(shè)備。

客戶端： 客戶端向外為客戶提供各種應(yīng)用服務(wù)，如萬維網(wǎng)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、文件服務(wù)、科學(xué)計(jì)算等。 客戶端上運(yùn)行存儲(chǔ)代理軟件，提供網(wǎng)絡(luò)虛擬設(shè)備供應(yīng)用程序讀寫訪問。

配置管理服務(wù)器： 配置管理服務(wù)器用來進(jìn)行系統(tǒng)的配置和管理。通過Internet、Telnet或其它接口登陸云存儲(chǔ)平臺(tái)，以遠(yuǎn)程的方式配置和管理整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。

元數(shù)據(jù)服務(wù)器：云存儲(chǔ)系統(tǒng)的 元數(shù)據(jù)服務(wù)器（MDS）管理著整個(gè)系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)和對(duì)象數(shù)據(jù)的布局信息，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的資源分配和網(wǎng)絡(luò)虛擬磁盤的地址映射。在MDS上部署的全局虛擬化存儲(chǔ)管理軟件和集群管理軟件可管理整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置和運(yùn)行。另外，MDS通過冗余管理軟件來實(shí)現(xiàn)普通存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)冗余關(guān)系。

對(duì)象存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)：每個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備，負(fù)責(zé)對(duì)象數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、備份、遷移和恢復(fù)，并負(fù)責(zé)監(jiān)控其他存儲(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行狀況和資源情況。同時(shí)，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行著虛擬化存儲(chǔ)管理軟件，并存儲(chǔ)了應(yīng)用程序所需的數(shù)據(jù)。

虛擬化存儲(chǔ)的三層模型

根據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)，可將虛擬化存儲(chǔ)的模型分為三層：物理設(shè)備虛擬化層、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)虛擬化層、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)虛擬化層。三層虛擬化存儲(chǔ)模型大大降低了存儲(chǔ)管理的復(fù)雜度，有效地封裝了底層存儲(chǔ)設(shè)備的復(fù)雜性和多樣性，使系統(tǒng)具備了更好的擴(kuò)展性和靈活性。用戶只需將存儲(chǔ)設(shè)備添加到存儲(chǔ)池中并進(jìn)行簡(jiǎn)單配置，就可以創(chuàng)建虛擬卷，而不必關(guān)注系統(tǒng)中單個(gè)設(shè)備的物理存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)介質(zhì)的屬性，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的存儲(chǔ)管理。

物理設(shè)備虛擬化層：主要用來進(jìn)行數(shù)據(jù)塊級(jí)別的資源分配和管理，利用底層物理設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)連續(xù)的邏輯地址空間，即存儲(chǔ)池。根據(jù)物理設(shè)備的屬性和用戶的需求，存儲(chǔ)池可以有多個(gè)不同的數(shù)據(jù)屬性，例如讀寫特征、性能權(quán)重和可靠性等級(jí)。按需分配的存儲(chǔ)設(shè)備作為一個(gè)邏輯卷管理器，可以從存儲(chǔ)池中分配邏輯卷，動(dòng)態(tài)地分配存儲(chǔ)資源，并管理數(shù)據(jù)塊的映射和轉(zhuǎn)發(fā)。

存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)虛擬化層：可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部多個(gè)存儲(chǔ)池之間的資源分配和管理，將一個(gè)或者多個(gè)按需分配的存儲(chǔ)池整合為在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)池。這個(gè)虛擬化層由存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)虛擬模塊在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，對(duì)下管理按需分配的存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)上支持存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)虛擬化層。

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)虛擬化層：可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間的資源分配和管理，集中地管理所有存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)池，以組成一個(gè)統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)池。這個(gè)虛擬化層由虛擬存儲(chǔ)管理模塊在虛擬存儲(chǔ)管理服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，以帶外虛擬化方式管理虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的資源分配，為虛擬磁盤管理提供地址映射、查詢等服務(wù)。

廣泛的應(yīng)用

虛擬化技術(shù)已經(jīng)在存儲(chǔ)領(lǐng)域得到 廣泛的應(yīng)用。

各個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備廠商紛紛推出了自己的虛擬化存儲(chǔ)產(chǎn)品。令人矚目的是，華為提供了企業(yè)級(jí)虛擬化存儲(chǔ)服務(wù)，推出了針對(duì)云計(jì)算的虛擬機(jī)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器的虛擬機(jī)，以及VTL虛擬帶庫和VIS產(chǎn)品。同時(shí)，華為在云存儲(chǔ)系統(tǒng)中也大量應(yīng)用了虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 元數(shù)據(jù)服務(wù)器的虛擬化VMDS,對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)器的虛擬化VOSN,以及數(shù)據(jù)容器的虛擬化，等等。

虛擬化存儲(chǔ)在各種行業(yè)中已經(jīng)開始了大規(guī)模應(yīng)用。這些應(yīng)用包括：

數(shù)據(jù)中心：應(yīng)用虛擬化技術(shù)提供計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)中心、網(wǎng)絡(luò)管理中心、災(zāi)難恢復(fù)中心、IT資源租賃中心等服務(wù)。

電信行業(yè)：隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 電信行業(yè)面臨兩方面的挑戰(zhàn)，一方面降低IT架構(gòu)的成本，另一方面提高IT架構(gòu)的可用性。虛擬化技術(shù)正是解決這一問題有效辦法。

銀行證券保險(xiǎn)行業(yè)：利用虛擬化進(jìn)行容災(zāi)，采取兩地三中心方案，即生產(chǎn)中心、同城災(zāi)備中心、異地災(zāi)備中心。同城災(zāi)備中心負(fù)責(zé)一般性災(zāi)難的防范，異地災(zāi)備中心用來防范大范圍的災(zāi)難。利用虛擬化技術(shù)，可以在統(tǒng)一的虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)跨 數(shù)據(jù)中心的虛擬化管理。

政府信息系統(tǒng)：政府?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)正受到前所未有的重視。系統(tǒng)利用先進(jìn)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，建立統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、共享的數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)平臺(tái)，能夠有效地管理龐大、繁多、復(fù)雜的數(shù)據(jù)及相關(guān)的設(shè)備，提高資源利用率，并建立起全面的數(shù)據(jù)安全保障體系。