網絡存儲怎么樣虛擬化-網絡運維

2020-05-06 17:03 作者：艾銻無限 瀏覽量：

“存儲虛擬化”并不是近期才提出的一個新概念，它是伴隨著大型計算機的產生、發展而出現的一個較為經典的概念，但隨著網絡存儲的興起，在新的領域中，存儲虛擬化又被賦予了全新的解讀。

一段時間以來，存儲虛擬化又成為了網絡存儲領域的一個熱門話題，但同網絡存儲領域所存在的許多其他問題一樣，眾說紛紜，沒有較為統一的看法，其中也不乏概念上的混淆。從另一個側面來看，也表明了網絡存儲尚處在快速發展時期，有很多問題還值得人們在實踐中進一步去探討。本文所提及的存儲虛擬化，僅涉及與網絡存儲相關的范疇。

“存儲虛擬化”并不是近期才提出的一個新概念，它是伴隨著大型計算機的產生、發展而出現的一個較為經典的概念，但隨著網絡存儲的興起，在新的領域中，存儲虛擬化又被賦予了全新的解讀，不過從存儲的核心功能來看，其本質是具有延續性的。

存儲虛擬化的概念
從廣義的角度看，存儲具有兩大特性: 其一，它是具有存取數據功能的載體; 其二，它具有可管理性。

存儲虛擬化是物理存儲的邏輯表示方法，是在服務器與存儲之間設置的一個抽象層，服務器被綁定到邏輯抽象層上。于是，無論何時如果需要都可以改變所連接的物理存儲，典型的如陣列的替換、層次化存儲等，而不會影響應用對這個存儲的訪問。存儲虛擬化也正是緊緊圍繞著這兩個主要方面展開的。

從狹義的角度看，存儲是具有兩個訪問通道的實體，數據通道和管理通道就是對此的簡單描述。二者在物理上可以是聚合的，也可以是分離的，而存儲虛擬化就相應地發生在這兩個通道上。
在理論上可以認為，相對于原存儲實體，新的存儲實體在數據和管理通道上所進行的任何非恒等的轉換，都是一種存儲虛擬化方法。概括地講，所謂存儲虛擬化可以簡單地描述為: 新存儲實體對原存儲實體的存儲資源（如存儲的讀寫方式、連接方式、存儲的規格或結構等）和存儲管理（如統一、分散管理）進行變化和轉換的過程稱為存儲虛擬化。
存儲虛擬化的技術分類

一般認為存儲虛擬化是有所特指的，大致可以從以下兩大類來劃分:

存儲資源的虛擬化
● 存儲的規格或結構
從早期的磁盤分區到現在具有復雜結構的磁盤陣列，對存儲規格或結構的虛擬化始終作為一種最基本的虛擬化形式而不斷發展，這是存儲虛擬化的一個最為基本的特性之一——可分性。
屬于這一類的存儲虛擬化產物有: RAID、虛擬網絡磁盤等，在可以預見的未來，這類存儲虛擬化方式將伴隨著人們對塊存儲的需求，以及對存儲安全性與性能的不懈追求仍將長期存在，并且適度發展。
在結構虛擬化方面，設備冗余和資源空洞是兩個完全不同的類型，設備冗余可以實現同步、異步鏡像等，而資源空洞主要采用寫時分配的技術，在提高資源利用率方面表現更為突出，它能夠使得呈現給主機的邏輯卷遠大于實際的物理存儲; 而快照技術更是實現了源和快照依賴于相同的存儲資源，形成一種典型的一個虛擬多個的方式。

● 讀寫方式

到目前為止，存儲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、對象讀寫方式和鍵值搜索讀寫方式，四種形式依次遞進（如圖示意），對存儲的抽象層次不斷提高，使得應用（程序等）對存儲的依賴程度逐漸降低，存儲的智能性不斷提升，進而也就不同程度地實現存儲與應用的分離。在本質上，也就逐步實現了在計算機系統中，處于不活躍地位的存儲與處于活躍地位的計算之間的分離，而歸根結底，其源動力來自于人們對數據共享效率不斷提高的需求。

可以看出，存儲讀寫方式的演進，在客觀上也對存儲規格和結構的發展提出了要求，但存儲讀寫方式的演進并不依存于存儲規格和結構的發展。

在相當長的一段時間內，塊讀寫方式和文件讀寫方式都將繼續占據主流的地位，而其他兩種方式由于受到應用模式和存儲發展等某些關鍵技術的制約，仍將處于產品的緩慢發展和研究的相對快速發展的矛盾過程中。可以預見，隨著對象文件系統、對象操作系統、存儲網格以及搜索引擎和數據安全等技術的不斷發展，基于對象讀寫方式和鍵值搜索讀寫方式的存儲設備、存儲系統、存儲服務將成長為主流方式。
● 連接方式
網絡存儲的連接方式主要有Fibre Channel（FC）、InfiniBand（IB）、IP三種。三種方式各具特色，但總的來說，FC設備在高端存儲系統采用較多; IB設備的高帶寬和高吞吐率在高性能計算領域有相當的優勢，但經歷了 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的發展還不明朗; 在性能和標準的制約下，IP網絡存儲長時間在中低端市場徘徊，但由于無處不在的IP網絡和其極具誘惑力的價格，近乎無限的延伸擴展能力，以及傳輸標準和正在快速提升的硬件性能，可以預見IP存儲的市場將會作為企業存儲解決方案的主要選擇之一。

不同的存儲連接方式，也對應著不同的存儲特性，存儲虛擬化技術可以以融合多種連接方式（包括上述三種方式）的優勢，更好地滿足應用的需求。

存儲管理的虛擬化
● 集中管理
網絡存儲發展到今天，出現了很強的旨在體現集中管理的聚合趨勢，大型存儲系統和超大型的存儲系統不斷出現，高性能、高可用、高數據安全性和大容量成為其主要的發展目標。但伴隨而來的是存儲管理的復雜性也一升再升，不同的存儲系統之間無法實現有效地級聯（管理方面），甚至這一現象也出現在同一廠商的系列產品中，進而也使得存儲資源無法實現有效地管理和使用，復雜的管理和相應的高管理成本都阻礙了網絡存儲的發展。

面對這一現實問題，統一存儲管理標準問題愈顯突出，這也是制約存儲虛擬化、乃至于網絡存儲工業發展的關鍵癥結所在。
● 分散管理
在使用存儲的某些特定場合，所虛擬出的資源應具有一定的獨立管理特性。
● 性能的動態調整
在共享網絡帶寬的情況下，虛擬出的多個設備其間的性能可動態調節或可動態配置。
存儲虛擬化系統的結構分類
在網絡存儲領域，實行存儲虛擬化的手段大致可以從兩方面考慮: 一方面，按虛擬化模塊在網絡存儲中的位置劃分為三類: 基于主機、基于網絡和基于存儲設備節點，基于網絡的虛擬化是發展的潮流，這一點，IBM與EMC的觀點是相同的; 另一方面，按虛擬化管理模塊相對于數據通道的位置，劃分為帶內(In-Band)和帶外(out-of-band)管理。

In-Band虛擬化模塊（引擎）位于主機和存儲節點之間的數據通道上，因為位于數據讀寫的關鍵路徑上，所以既有安全性高、實現容易、對主機要求低等優點，又有擴展性差、易形成單點故障等明顯的結構缺點，這通常利用 Cache技術來優化性能。

與In-Band不同的是，Out-of-Band虛擬化模塊位于主機和存儲節點之間的數據通道之外，通過其它的網絡連接方式與主機系統通信。于是，在每個主機服務器上，都需要安裝客戶端軟件或者特殊的主機適配卡驅動，相比In-Band方式，這種方式的系統可擴展性很強，虛擬化模塊不會在數據通道上成為單故障點，但其實施難度比較大。
技術現狀和問題分析

由于數據量的激增，使得在存儲領域里各種問題愈顯突出:
1. 存儲系統間的互操作性差
新增存儲設備與原有存儲設備之間互操作性差，相近的管理功能需要獨立管理，從而帶來了重復投入和人力成本，這也是很多用戶寄希望于存儲虛擬化的主要原因。企業購買的存儲設備越來越多，管理成本投入也在等比增加。而由于不同廠商的存儲產品有不同的特性，所以，為了適應企業自身的業務發展需要，通常都需要多種類型的存儲設備。有些在存儲介質、存儲管理等方面的差異非常大，也經常出現購買多廠商存儲設備的現象，從而造成企業的存儲環境愈發復雜。由于管理標準不兼容的問題，這些設備的管理系統也很難整合，給企業存儲管理帶來昂貴的成本。
存儲虛擬化目標是整合高、中、低端存儲設備，磁盤、磁帶、光盤設備，以及FC、IB、Ethernet（IP）等不同連接方式的設備，在統一管理的標準下，實現存儲系統之間良好的互操作性。
2. 存儲資源利用率不高

隨著企業的發展，數據量大幅增長，使得很多企業出現存儲預算超支現象，存儲設備的投入在生產投入中的比重逐漸加大，而50%到60%左右的存儲利用率對存儲資源又造成了巨大的浪費。相反地，存儲投入所帶來的收益卻并不高，因此，如何提高存儲資源利用率的問題，已成為很多企業的現實需求。從技術手段上講，存儲虛擬化在結構虛擬化方面的技術，可以很好地解決這一問題。它利用虛擬的邏輯卷來滿足應用的需求，利用虛擬化層將前端的邏輯卷映射到后端物理存儲介質上，而物理存儲介質的配備，則可根據實際需求量動態增長，從而實現較高的存儲利用率，至少可以提高到80%至90%以上。
3. 缺乏管理多介質的存儲系統

考慮到信息也有其產生、發展、變化和活躍到不活躍或消亡的發展規律，在不同時期，配以具有不同性能和安全性等特性的存儲，是完全符合信息擁有者利益的自然選擇。這需要在存儲系統的設計和管理上有統一的解決方案和技術支持，比如在同一存儲設備的管理范圍內，可以對不同特性的存儲加以管理，提供對用戶數據的活躍程度（或熱度）等特性的監控信息，并給出適當的調整方案建議。在技術上，支持數據的有效流動（提供本地或遠程鏡像、快照、支持增量備份，以及數據由高性能存儲向低性能存儲的遷移等等）。
4. 利益沖突和技術難度

各存儲廠商之間，由于對存儲虛擬化概念的不同理解，以及實現方法的不同，增加了用戶的選擇難度，這也在一定程度上制約著整個存儲市場的發展。
在對存儲虛擬化的理解方面，即便是主流的廠商也存在著較大的分歧: HDS與 HP的觀點和方法比較相似，而IBM與EMC更為接近; 再如，不同廠商對信息生命周期管理（ILM）有不同的理解，有的廠商將其解讀為只涉及到數據的存儲， 有的廠商將其具體劃為管理軟件等等。這些技術在認知上的分歧，使得廠商之間在標準的制定和實施方面需要更長的磨合過程，在這一過程中，勢必會出現產品或管理上的不兼容，而最終給用戶的選擇和使用帶來困惑。

對于存儲廠商來說，支持網絡存儲標準所帶來的長遠利益和維護現有產品市場的現實利益之間，目前的首選是后者。而廠商也急于進行標準化，因為標準的制定和實施的過程也意味著市場占有率等利益問題。從而可以預見，存儲標準得到普遍推行的時候就是存儲虛擬化最理想的發展時期。而在現有條件下的存儲虛擬化難度很大，要實現不同廠商之間產品的統一管理，只有在與廠商間建立戰略合作關系的情況下，才能更好地實現。

雖然網絡存儲行業的標準化還需要一段時間，但從主流廠商在新產品中，開始采用SMI規范所定義的管理協議這一情況來看，標準化過程勢在必行，從參與SNIA制定和實踐網絡存儲標準的廠商和研究機構的規模來看，一場具有決定性意義的變革正在悄然興起。
多樣化的發展態勢

從存儲的發生、發展過程來看，存儲虛擬化的過程始終伴隨其間，而不斷發展變化的是存儲虛擬化的層次和分布。從長遠來看，隨著存儲市場的不斷發展，存儲虛擬化將呈現層次不斷提高，隨應用需求等因素，其種類將呈現多樣化的發展態勢。
以存儲虛擬化技術為核心的企業解決方案
目前，EMC、IBM和SUN等公司都把目標瞄準了企業數據中心市場，紛紛推出了新的存儲虛擬化產品，幫助企業IT管理者計劃向虛擬化數據中心轉移，并承諾幫助企業降低成本和簡化業務流程，提供全方位的解決方案。

由于數據已經成為企業核心價值的載體，數據的保存和維護是企業投資、預算，以及成本核算的關鍵部分之一，承擔著維系企業命脈的作用，因此必須以相對完整的、可持續發展的，在投資回報率方面最優的方式來構建存儲系統，而企業的這些需求是一個多目標優化問題。在此前提下，存儲虛擬化是迄今為止的一個最佳選擇。
SMI-S標準化進程穩步推進

雖然標準化的結果勢必將使得網絡存儲市場的競爭更趨激烈，但標準化的進程卻絲毫沒有趨緩。在標準的制定過程中，技術和利益的較量始終在進行，同時IBM、EMC、HP等大型公司也分別在適當的時候推出了符合SMI-S規范或通過SNIA認證（SNIA-CTP測試）的產品，這些產品多數都集中在高端市場，而如Adaptec等公司也試驗性地推出了符合SMI-S規范的產品，但這更多地是著眼于未來的市場。
存儲管理軟件獨立發展

隨著存儲系統管理的標準化，為存儲系統管理軟件的獨立發展提供了可能。目前，所有大型存儲及相關存儲廠商的高端產品中，都集成了基于開源項目（Peg asus項目、OpenWBEM項目，以及由IBM支持的Sblim開源項目等）開發的、通過SNIA認證的存儲管理軟件，其中主要包括: EMC、HP、IBM、HDS、AppIQ、ADIC、StorageTek（SUN控股子公司）、 Dell、Symantec、 Cisco和NetApp等存儲及相關廠商，另外，MicroSoft也進入了存儲管理軟件市場，與多家存儲管理軟件廠商的產品實現集成。

IP存儲異軍突起
由于歷史等因素，IP存儲一直沒有成為網絡存儲市場的主流，但近幾年的一系列重要事件為IP存儲的發展奠定了堅實的基礎，其中之一就是iSCSI標準的確立，另外千兆網卡、萬兆網卡的普及等為構建可用的IP存儲提供了技術上的保障。IP存儲在系統造價和環境兼容性方面的優勢始終是開拓市場的關鍵，加之并不遜色的性能表現也吸引了不少用戶的注意力，同時，相對簡單的系統開發技術也大大降低了技術門檻，使得許多看好網絡存儲市場的企業有進入這一行業的機遇。目前，IP存儲的市場定位仍以中低端市場為主，近些年，隨著許多大型存儲廠商，如IBM、EMC等開始開發中低端市場，IP存儲的優勢將會顯現，這一點在國內市場表現會比較明顯。

鏈接一:存儲虛擬化市場分析
角逐中端市場
高端存儲市場被少數大型企業如EMC、IBM、HDS、HP等所壟斷的局面很難動搖，而廣闊的中端市場，已成為眾多存儲廠商相互角逐的新賽場。目前，中端市場的發展遠未飽和，每個存儲企業都在謀求進入中端市場。而存儲用戶在眾多的存儲廠商中，也謀求尋找適合自身需求的存儲產品和解決方案，在這一市場中，相比傳統的存儲更省錢，并且更具靈活性的存儲產品和解決方案將最受歡迎。

低端市場有待開發
相比于中高端市場，傳統存儲（DAS等）仍占據大部分的低端市場，這與低端市場的多數企業對網絡存儲的認知度有關。另外，高成本投入的產品和解決方案，也是低端市場企業對存儲產品謹慎投資的主要原因之一，而作為以軟件和硬件的靈活配置見長的存儲虛擬化技術，開發低端存儲市場的價格優勢是其它網絡存儲技術無可企及的。

強強聯合，優勢互補
由于存儲管理的行業標準沒有普遍推行，因此，存儲廠商之間的合作是實現異構系統虛擬化的必由之路。也正因為如此，很多大型公司之間進行了不同領域、不同形式的合作，例如IBM最近推出的SAN卷控制器，通過擴展支持管理EMC磁盤存儲系統; HDS也推出TagmaStore平臺，可以實現對EMC生產的近乎全線產品實現虛擬化。

存儲服務市場更加廣闊
自從網絡普及之初，存儲服務就成為一種網絡環境中的存儲提供方式，目前很多網站提供的免費和收費郵箱就是一種最基本的與郵件服務相結合的存儲服務，而作為存儲服務的支撐技術——存儲虛擬化技術幾乎是必不可少的。

隨著存儲虛擬化技術的發展，存儲服務的質量將會不斷提高，而且隨著市場信用度的提高、服務市場的規范以及相關保障機制的不斷完善，人們對存儲服務的信賴程度將會越來越高，企業關鍵數據的委托管理等存儲服務業務將會成為一種重要的服務被人們普遍接受，就如同今天的人們信賴銀行一樣。

鏈接二:存儲虛擬化與ILM的關系
由于數據和存儲直接密不可分的關系，分析數據的發展變化特性非常必要，從某種程度上說，數據是存儲存在的根據。

存儲虛擬化是信息生命周期（ILM）的內在需求。數據產生后首先處于比較活躍的時期，處于這一時期的數據對企業而言具有很大的價值，而最活躍的時期通常會在隨后出現，這主要取決于數據的類型等因素。在數據的生命周期中，可能會出現幾個活躍期，伴隨數據活躍期的出現會產生大量相關數據，而數據歷經幾次活躍期后，會出現不同程度的衰減甚至被銷毀。IDC曾建議把數據分為5層，即: 重要數據、關鍵業務數據、可訪問的在線數據、近線數據和離線數據。對于數據擁有者而言，在數據所處的不同時期配以不同性能和特性的存儲是一種最為經濟的選擇。為了方便地實現數據的管理和遷移，存儲虛擬化技術便成為當之無愧的首選。

目前，SNIA正在為信息生命周期管理尋求一個標準，可以認為，在信息生命周期管理的助力下，存儲虛擬化技術和產品市場可以得到更大的發展。