虚拟化iSCSI SAN：实现虚拟化基础架构的灵活、可扩展的

1、 1iSCSI SAN:SAN 协议,可为各种规模的企业提供出众的性能和优 iSCSI 协议还实现了突破性的虚拟存储设计,可以与 等服务器虚拟化技术的高级设计并行。各种规模的企业都在使用 iSCSI 和高 SAN 资源来响应其虚拟化服务器环IT 基础架构。IT 技术趋势之一。将服务器硬件和软件作为独立的基础架构组件来进 VMware Infrastructure 中实施的整合和控制解决方案 50%来应对服务器蔓延和利用不足的挑战。虚拟化基础架构还可以简 VMware 虚拟化技术实现了 x86服务器,包括硬件、操作系统、应用程序和配置,集成到便携式虚拟机套件中。 2假设具有足够的处理器、内存和磁

2、盘存储器,只要一个运行服务 器虚拟化软件的硬件系统就可以支持多个客户虚拟机。通过使用 相同的操作系统程序来创建系统请求,该系统将按照与物理环境 完全相同的方式处理应用程序和数据。唯一不同的是该操作系统 现在是在虚拟化系统环境中运行的虚拟化客户操作系统。 虚拟机文件可以从一个服务器硬件平台透明地迁移到另一个服务 器硬件平台,使得管理员能够根据应用程序工作负载的变化分配 和转移物理服务器资源。由此创建的可扩展、高弹性、灵活的服 务器环境实现了资源利用率提高、 IT 灵活性改善和运行费用降 低。存储虚拟化目前,大多数 IT 专业人士都将存储虚拟化定义为允许离散存储 系统作为单个资源运行的技术。由于服

3、务器虚拟化最近取得的进 展,存储虚拟化的概念被进一步提升为在存储硬件和逻辑数据卷 之间创建抽象层的方法。假设具备充分的协议支持(如同 iSCSI,设计中的虚拟化存储 产品将允许在多个(且不同的物理存储资源之间实现数据卷定 位和分段,这些资源包括存储系统、 RAID 群组、磁盘类型以及 控制器。存储虚拟化不仅有助于提高性能和可扩展性,还可以在 不中断正在使用数据的操作系统和应用程序的情况下实现数据卷 从一个资源集到另一个资源集的透明迁移;由此形成的可扩展、 高弹性、灵活的存储环境提高了存储利用率并大幅度降低了运行 费用。VMWARE INFRASTRUCTURE 对于企业级存储网络的要求 在 V

4、Mware Infrastructure 3 环境中,多个物理服务器联网到协作 的计算资源集中(请参见图 1。每个 x86 标准服务器并非运行 标准的 Linux 或 Windows® 操作系统,而是运行 VMware ESX Server ,这个经过生产实践的强健的虚拟化层将处理器、内 存、存储器和联网资源抽象到多个虚拟机中。 VMware Infrastructure 套件允许多个 x86 物理服务器整合为一个汇集了处 理器、内存、磁盘和联网容量的资源池。虚拟机也被部署为了 资源池,而非特定机。 图 1:使用 SAN 存储的 ESX 群集SAN 架构虚拟化 iSCSI SANVM

5、ware VirtualCenter 实现集中式管理、运行自动化、资源优 化,以及基于 VMware 基础架构的 IT 环境高度可用性。 在 VMware 环境内,虚拟机的配置参数、操作系统、数据集和 应用程序都封装在一系列 文件内, 由 VMWare vStorage Virtual Machine File System (VMFS 文件系统管理。 VMFS 是一种高 性能的群集文件系统,允许多个 ESX 服务器同时访问同一台虚 拟机的存储器。它可以实现基于虚拟化的分布式服务,例如运行中虚拟机的动态迁移、故障虚拟机在 另一台物理服务器以及群 集或不同物理服务器之间的虚拟机上的自动重启。该架

6、构几乎能够运行任何客户操作系统、其应用程序以及其数 据,而无需修改群集中任何物理服务器。随着需求的增长,可以 将更多的服务器资源无中断地添加到 ESX 服务器群集,并且能 够均衡当前的工作负载,以利用新增的资源。3 4有效的 VMware 部署取决于存储,也就是 SAN,的共享存取。 SAN 帮助确保每个 ESX 服务器几乎可同时存取任何虚拟机的数 据集,实现了立即重新托管虚拟机;从而消除了将虚拟机文件、 应用程序和数据从一个 ESX 服务器复制到另一个服务器所需的 耗时过程。SAN 可以支持 VMware vCenter Server(以前称为 VirtualCenter 具有的强大功能,包

7、括 VMotion 技术,该技术可无中断实现主 动虚拟机的在线迁移;以及分布式资源调度(DRS 技术,它是 基于可根据情况变化调整的规则持续平衡资源池内的虚拟机工作 负载。当负载增加时, VMware DRS自动分配额外的资源,并利 用 VMware VMotion 实现虚拟机在资源池内主机之间的透明迁 移,以确保满足服务级别协议。 VMware 高可用性(HA 监控 群集内 ESX 服务器是否正常运行,当某一台 ESX 服务器出现故 障时,将会在群集内的另一个服务器上重新托管并重启受故障影 响的虚拟机。 VMware HA 让整个虚拟化 IT 环境具有统一的高可 用性,而没有依赖于操作系统或

8、特定应用程序的故障转移解决方 案所需的费用和复杂性。除了网络存储的要求以外,虚拟化环境还提高了对高性能、高可 用性、高弹性存储的需求,以满足汇集工作负载的需要。随着越 来越多的关键应用程序、生产工作负载和数据资产整合在相对较 少的资源内,对于存储资产的高性能、无中断可扩展性和持续可 用性的需求也越来越高。在构建虚拟化 IT 基础架构时,专为任务关键型部署设计的 企业级存储是基本要求。特别是,应部署定制的存储架构,包括镜像内存写缓存、完 全冗余热插拔组件、联机热备用磁盘、环境监控以及具有 RAID 保护的企业级磁盘驱动器。另外,还需要存储控制器 和 I/O 通道故障切换等高级可用性功能,以保证即

9、使在组件 故障时也能存取数据。此外,还应该考虑评估在该存储系统内启用的数据保护软件 功能。假设基于 SAN 的基本工具均可以使用且已启用, SAN 内的存储整合可以实现一致的数据保护和灾难恢复应 用。节省空间、非侵入式的基于快照的时间点备份以及基于 阵列的高效复制工具应视为虚拟化环境下存储基础架构的基 本要求。目前具有在虚拟化环境中应用这些工具的多个用 例,其中包括灾难恢复、虚拟机的联机备份与快速恢复、对 丢失或损坏的数据文件的简单提取、利用用于生产和临时用 途的快照和克隆快速自动配置虚拟机和数据集,以及针对企 业数据资产的无服务器磁带与磁盘的备份和恢复。在进行部署之前,应该先对存储平台进行全

10、面评估,从而不仅反 映出其稳健性和功能设置,还反映出其使用寿命内的总拥有成 本,还应特别考虑在性能和容量方面所需的系统增长。虚拟化 iSCSI SANESX 服务器和 ISCSI随着 VMware Infrastructure 3 的出现, iSCSI 启动器集成到 ESX 内核中,从而可实现直接从 ESX 服务器对 iSCSI 存储的本地存 取。可以提供硬件启动器(QLogic QLA405x、 QLA406x 和软 件启动器。其中软件启动器支持网卡分组(对多个接口间的单 个逻辑连接进行多路复用 。而硬件启动器包括对多路服用和 从 SAN 启动的支持。通过消除对基于光纤信道的高成本、复杂的

11、SAN 部署的需求, iSCSI 支持可以增强中小企业中成熟 VMware 基础架构部署的潜 力。基于 iSCSI 的 SAN 的购置、实施和运行成本实际上低于基 于光纤信道的 SAN,从而有助于消除采用服务器虚拟化技术的 经济壁垒。此外,基于 iSCSI 的高级系统架构还有助于显著改 变客户对于中端市场和企业级部署的期望,虽然这一点尚未得 到广泛认可。将 iSCSI 协议接口添加到传统存储系统设计中没有充分利用 iSCSI 协议的潜力,因而不会充分解决当今 IT 管理员所面临 的存储管理挑战。即使引入 iSCSI,使用传统存储系统的存储 管理员也需要具备与配置及调谐存储阵列、 RAID 几何

12、结构与 数据布局注意事项、应用程序工作负载分析、强制数据迁移 以及复杂系统升级等相关的专业知识。ISCSI 如何实现虚拟化 SAN存储虚拟化可以简化自动配置和持续管理,提高存储利用率, 提供无限的容量与性能可扩展性,以及实现数据集在控制器和 存储层中的在线迁移。通过将基于网络的存储整合到一个可实现容量和性能(如同在 Dell EqualLogic 环境中一样 任意增长的简单、灵活的整合存储池中,存储虚 拟化成为简化虚拟化 IT 基础架构的关键促成因素。先前,在 SAN 环境中对存储虚拟化技术的采用有限,主要用 于需要在线数据迁移工具以在异构存储环境之间进行在线数据 迁移的企业级数据中心。这种外

13、接式附件设计实现了异构存储 和数据移动,但没有简化配置管理。大多数此类设计已经作为 存储区域网络中的外部设备得到实施。这些设备通常让已经很 复杂的环境变得更加复杂,因为它们在 SAN 中引入了更多的 管理点,掩盖了附加阵列的增值功能,并且使整合 SAN 存储 池的性能和可扩展性局限于托管后台存储的单个网关。而在 iSCSI 范围内,更为简单的设计方案让存储虚拟化的保证更容 易实现。最高级的存储虚拟化技术能够虚拟化存储设备级别的存储。通 过将多个控制器汇集到协作的资源集中,也就是通过虚拟化控 制器中磁盘间的卷以及 SAN 中存储系统间的卷,该方法有助于 实现可扩展的性能和容量,并减少整理管理需求

14、。 DellEqualLogic PS 系列存储阵列是 “ 向外扩展 ” 架构设计的出色示 例。具有讽刺意味的是,尽管具有出众的简易性,但在基于光 纤信道的 SAN 环境中几乎不存在这种设计,这主要是因为光纤 信道网络部署内在的架构限制。5 光纤信道 SAN 中的设备是通过全球通用名称(WWN 连接到网 络中, WWN 是在设备硬件 /固件中专门指定并编码的物理端口地 址。 SAN 中的所有设备均指定了 WWN ,包括每台主机服务器中 的每个物理端口以及存储控制器中的每个物理端口。此外,在将 主机添加到 SAN 中时,主机与存储阵列之间的数据通道是静态 设置的。这其中包含了光纤信道 SAN 的

15、不灵活性。 SAN 的拓扑结构本身 难以硬编码到该环境中,使得基础架构内的更改变得繁琐、耗 时且容易出错。而主机、网络结构或存储层中的资源扩展加大 了整个基础架构中的更改,从而导致应用程序和基础架构的强 制停机。相反, TCP/IP 网络支持虚拟寻址和动态路由选择,因此通过网 络的路径不是静态定义的。凭借 DHCP 可以动态指定地址,或 通过地址代理可以虚拟化物理地址,从而使网络中的设备透明 地代表网络中的其他设备。如果可从网络中获知正被存取的资 源的 IP 地址,则请求存取的实体(例如 SAN 启动器在无需 事先获知这些路径或资源的物理地址的情况下便可以动态查找 资源。IP 地址代理有助于在

16、多个 EqualLogic 存储控制器之间实现存储 存取完全虚拟化。例如,在 EqualLogic 组中,每个成员阵列均 具有 3个主动物理千兆以太网端口;那么,包含 4个成员的组一 共有 12个主动以太网端口,因此可以提供 12 Gb/s 的峰值带宽。 而且每个以太网端口均被指定了一个 IP 地址。该组中的成员知 道并且协调使用这些 IP 地址和基本物理资源。 SAN 中所有主机对该组的外部存取是 通过组 IP 地址专门进行寻址的,而该 IP 地址是高于所有基 本成员 IP 地址的唯一 IP 地址。 SAN 基础架构中的附加主机 知道的唯一 IP 地址就是组 IP 地址。任何物理千兆以太网端

17、 口均可供 I/O 使用。防止 SAN 中的主机系统了解为其数据提供服务的存储的拓扑 结构至关重要,特别是在虚拟化服务器环境中。通过虚拟化 所有的物理 I/O 端口,可以创建灵活的存储公用设施。目前 可以池化 SAN 中的存储资产,从而实现一系列功能,最大程 度地提高存储利用率和效率并突破与单个存储控制器之间的 单一物理端到端连接的限制。主机无需知晓存储公用设施中保存数据的位置便可存取数据, 使得数据卷可以跨越控制器边界并利用多个控制器的组合资 源。控制器之间进行互相协调,以便平衡工作负载和优化存储 资源利用率。可以无缝实现存储基础架构中的更改,而不影响主机连接性或 数据存取。基于 iSCSI

18、 的基础架构可以无中断地进行扩展,还可 以自动应用更多的控制器和磁盘的资源,以便提高性能和容 量。在该公用设施中可以无缝集成多个存储层,从而为数据卷 中的数据自动布局提供基于数据卷存取模式的相应层。虚拟化 i S C S I S AN如上所述,灵活的存储架构在虚拟化服务器环境中特别具有吸引力,因为服务器与存储基础架构的向外扩展架构互相补充,从而提供端到端的虚拟化基础架构。通过共同部署, IT 管理员可以提供无中断的工作负载迁移并平衡所有的物理资源(存储和服务器资源,以及无需干预和调谐便可立即应用于已有的服务器和存储工作负载的在线资源扩展,从而实现特别适应业务需求变化的基础架构。DELL EQU

19、ALLOGIC 虚拟化 ISCSI SAN虚拟化的 iSCSI SAN 补充且从特性上相当于 VMware ESX 服务 器群。EqualLogic 虚拟化 iSCSI SAN (请参见图 2的基础是 PS 系列存 储阵列。每个阵列均完全冗余,并具有磁盘、多个高性能网络接 口、具有镜像电池备份缓存的冗余控制器以及其他高级功能。这 些磁盘可通过 RAID(RAID 10、 RAID 50 或 RAID 5和热备份 功能自动加以保护。现有多个型号的阵列,从而可以充分利用高 性能 10K 和 15K RPM SAS 驱动器或低成本、高密度的 SATA-II 驱动器。PS 系列存储组由一个 PS 系列

20、阵列或多个阵列组成。存储组是 一个虚拟化资源,对于 ESX 服务器而言,存储组就像一个提 供到单个大型存储池 由单个实际可扩展的高性能存储系统 组成的存储区域网络(SAN 进行网络存储存取的实体。 不同于将多个控制器作为独立管理的存储孤岛的传统 SAN , 图 2:EqualLogic 虚拟化 iSCSI SANEqualLogic SAN 中的每个组成员均可与其他成员协作,以自 动执行资源自动配置和性能优化。ESX 管理员可以从 EqualLogic 组存储池中创建数据卷。该组 将其数据卷作为受安全措施(包括验证和授权保护的 iSCSI 目标导出。连接时, ESX 服务器将 EqualLog

21、ic 卷用作 VMFS Datastore ,其中包含多个虚拟机和虚拟磁盘。其中的一个变化 是原始设备映射(RDM 。 RDM 提供了虚拟机直接存取物理 存储子系统上 LUN 的机制。以 太 网架构 另一种方法是采用单独客户操作系统的本地 iSCSI 软件启动 器来直接连接到驻留在 SAN 上的卷。自动负载均衡卷分部在存储组的成员阵列中,在添加资源或工作负载改变 时会不断调节数据布局和存取,以便实现最佳性能。当阵列 作为组成员进行添加时,其磁盘空间将添加到该组的存储池 中。可以在存储池的成员之间自动对卷进行重新分段和分 布。还可以根据 ESX 服务器群生成的工作负载动态调节控制 器资源。在组成

22、员资源之间可以对传输到组的数据和网络 I/O 自动进行负载均衡。随着容量和性能需求的增加,可在容量和性能方面对组进行 线性扩展,并且所有这些都是在线进行。新成员从组中 “ 了解 ” 配置和性能信息,而无需手动干预。在扩展组时,可自动进 行数据和客户端连接负载均衡。 I/O 活动将得到监控,并且视 需要调节数据和网络连接。无中断的可扩展性可扩展模式可对各种大小的存储实现自动化在线扩展,而且 PS 系列架构几乎可以消除因扩展或管理存储系统导致的停 机。由于可轻松增加容量, IT 管理员只需购买当前应用程序所 需的存储,从而有助于缓解因大量购买造成的预算限制。 虚拟化 SAN 环境的其他潜在优势包括

23、透明的存储层应用。 EqualLogic 存储组可以使用包含在存储池中的多个 存储层,并可根据工作负载自动优化数据布局。或者,可以将 存储层细分为多个独立的资源池,以确保特定资源用于特定工 作负载,同时保持将卷从一个层在线迁移到另一个层以及完全 透明迁移到 ESX 主机服务器的灵活性。快速、智能的自动配置在 EqualLogic 环境中,点击按钮就可以轻松快速地自动配置存 储。配置、管理和扩展存储所需的主要功能是自动进行的,从而 减少与卷和容量增长相关的管理任务。鉴于 PS 系列软件内置的 智能功能,在自动配置时可以自动做出与 RAID 类型及数据布局 相关的决策,并随着新配置存储的工作负载模

24、式的发展优化上述 决策。在获得新资源时,可根据需要随时随地自动应用资源。通 过消除复杂任务和实现快速灵活的存储自动配置, PS 系列解决 方案可明显降低购置和持续运行成本,并使中端存储系统用户可 以使用企业级的共享块存储。自动精简配置扩展了 EqualLogic 现有的自动配置功能,有助于 模块化 PS 系列的 “ 按需购买、渐进扩展 ” 存储模式更加无缝地适 用于服务器和应用程序。自动精简配置是一种重要的高级功能, 允许根据需要自动添加物理容量,直至预设限制。利用高级的自 动精简配置功能,可以为服务器和应用程序实现无缝的 “ 按需购 买、渐进扩展 ” 存储管理和虚拟化。在创建卷时,可针对应用

25、程 序的长期需求调整卷的大小,无需从一开始就配置全部物理存储 量。虚拟化 iSCSI SAN而是在应用程序需要更多存储时,将从自由池向该卷分配 容量。EqualLogic 的自动精简配置功能具有高度的灵活性和用户 安全控制。其中包括根据需要为任何卷打开及关闭自动精 简配置功能,从而允许用户以负担得起的成本测试最适合 自动精简配置的应用程序和卷,同时让用户知道他们能够 联机返回 “ 正常 ” 的自动配置。 EqualLogic 的自动精简配置实 施还增强了警告和控制功能,凭借用户定义的前瞻性阈值 警告和控制功能,管理员可以依赖于自动化空间分配,而 无需担心达到分配限制或意外损耗物理存储。自动化管

26、理PS 系列架构可通过多种方式简化存储管理。它将自动进行 RAID 配置和热备份,而在资源和性能指标发生改变时,也可 自动进行动态存储和网络 I/O 负载均衡。因此,管理员不必再 手动将应用程序数据映射到特定的物理设备及控制器。 这种自动化虚拟存储系统的主要优势在于在组扩展时仍然保持 稳定的存储管理。所有管理均通过 EqualLogic Group Manager 这一直观的单窗格管理控制台在组级别进行。由于组是作为单 个逻辑系统进行管理,所以可以保持固定的存储管理持续运行 成本,即使在存储增长时也是如此。 针对服务器和存储的灵活、可扩展的虚拟化环境iSCSI 是实现可扩展、经济有效且高性能的

27、虚拟化 SAN 环境的主要技术,是对虚拟化服务器环境的完美补充。 利用 Dell EqualLogic PS 系列基于 iSCSI 的设计实现的存 储虚拟化具有高性能、可扩展性、易用性和灵活性。因 此,服务器和存储资产均变成完全虚拟化(请参见图 3,可从各自所在的物理硬件进行提取。虚拟化服务 器资产可以利用经过池化的物理服务器资源组。同样 地,虚拟化的存储卷可以利用经过池化的物理存储资源 组。将虚拟化服务器和虚拟化存储技术相结合,可以创建简单 灵活的 IT 基础架构,形成具有一系列共同优势的综合解 决方案,从而提高 IT 灵活性,减少总拥有成本,并降低 复杂性。这些潜在优势包括: 虚拟化资产在整合硬件上的汇集:运行过程和最佳实 践方法可实现标准化,并一致地应用于存储和服务器资产 (物理和虚拟,从而形成具有更高资源利用率、更高服 务水平以及更强信息资产保护的弹性基础架构。 简单的集中式管理:通过可从网络上几乎所有位置访 问的直观图形管理工具进行集中化管理,实现更高的管理 效率,从而提供自动配置、监控以及管理整个虚拟化基础 架构的全面视图。 对虚拟化资源的灵活且快速部署:通过采用适合于 服务器和存储的快速自动配