虚拟存储技术的发展及其应用

虚拟存储技术的发展及其应用

1数据安全的互操作性在过去的10年里，存储技术发展了从最初的嵌入式存储系统（pmdstream）到直接存储系统（randstream）和网络存储系统（网络存储系统（sun）的相对应性。信息资源的快速增长对存储系统的可靠性和扩展提出了更高的要求，而且信息资源共享的重要性也越来越重要。由于缺乏统一的标准,不同存储设备厂商的产品之间缺乏互操作性,使得用户很可能被某一厂商“锁定”,不能实现不同厂商存储设备之间的自由选择;同时信息和数据也很难实现在不同存储设备间的充分共享.存储虚拟化技术的提出,为解决这些问题提供了一种良好的解决方案.2存储辅助虚拟存储存储虚拟化(storagevirtualization)按照一定的虚拟存储体系结构将不同的物理存储设备(如RAID、JBOD、磁带库等)通过不同的接口协议(如SCSI、ISCSI、IFCP等)整合成一个虚拟的存储池,为用户提供统一的数据服务,实现资源共享.通过虚拟化实现物理存储设备和服务器所见的存储设备视图分开,提供一个统一的逻辑存储空间给服务器,服务器所能看到的是一个逻辑的存储空间,而不知道实际物理存储设备的位置、路径和每个设备的具体特点.存储虚拟化还能动态地改变逻辑空间到物理存储设备的映射,不需要改动任何服务器程序设置和应用设置.存储虚拟化实现对物理存储进行透明访问.存储系统可以在3个层次上实现存储虚拟化:(1)基于主机的虚拟存储:这种实现方法又称为逻辑卷管理,将磁盘上的物理块和逻辑单元号(LUN)被映射成逻辑卷号.服务器或主机看到的是一个虚拟的逻辑卷空间.基于主机的存储管理软件,在系统和应用级上,实现多机间存储共享、存储资源管理和数据复制等任务.(2)基于存储设备的虚拟存储:运行在磁盘阵列固件中的程序能把多个磁盘阵列映射成一个连续的逻辑磁盘空间.这种实现对服务器的性能影响最小.基于存储设备的虚拟方法目前最常见的是虚拟磁盘.虚拟磁盘是指把多个物理磁盘按照一定的方式组织起来形成一个标准的虚拟逻辑设备.(3)基于存储网络的实现:基于网络的虚拟化由网络本身来实现,目前最常见的是光纤通道网络,这种虚拟化就是由光纤通道交换机、路由器等实现.基于网络的存储虚拟化可分为对称结构(In-Band)和非对称结构(Out-Band)两种,结构如图1所示.在分布式存储网络中,存储虚拟化为存储设备的管理带来了极大的方便,实现了逻辑设备与硬件设备的充分隔离.3服务器的虚拟化存储区域网(SAN)是一种分布式的存储技术,是存储系统模型的最新发展,有望解决数据爆炸性发展所带来的难题.存储区域网是连接主机和存储设备的网络,在多台主机和存储设备之间,存储区域网能提供任意两个端口之间的通信信道.存储区域网有不同于计算机局域网的协议堆栈和物理设备.SAN虚拟化根据不同的结构可以分为基于专用服务器、基于交换机和基于路由器三种方式.(1)基于专用服务器的SAN虚拟化.基于服务器的虚拟化将虚拟化层放在应用服务器上.根据存储网络中流动的控制信息和数据信息所处通道是否相同,分为对称结构和非对称结构两种.在对称结构中控制信息和数据信息处于同一通道;在非对称结构中控制信息和数据信息通道是分离的.(2)基于存储路由器的SAN虚拟化.在专用服务器的虚拟化结构中,对称方式和非对称方式都存在明显缺点,专用服务器可能成为瓶颈,制约系统的性能.基于路由器的方法是在路由器上加载存储虚拟化层,使得路由器具有智能,在进行协议解析和路径路由的同时,可以开展虚拟化工作.虚拟化层不需要在应用服务器上增加软件模块,减少了系统的复杂性和对存储环境的依赖性.控制信息和全局数据存放在多个路由器上,能解决专用路由器带来的容错和瓶颈问题.(3)基于交换机的SAN虚拟化.基于交换机的虚拟方法是把虚拟层模块嵌入交换机的固件或放置附属于交换机的服务器上,由交换机来完成虚拟化的功能.它不需要在每台主机上安装代理,因此不存在安全问题,在异构环境中也能提供更多的互操作性,同时它的可扩展性也很好.4基于sa技术的系统共享和管理通过对目前存在的SAN虚拟技术的分析,文中提出了对SAN虚拟化的两个改进,通过SAN卷管理器和SAN文件系统,更好地实现异构环境下对物理存储设备的共享和管理.(1)存储区域逻辑在一般情况下,服务器是和具体的设备映射的,通过SAN的卷管理器,服务器是和虚拟磁盘映射,从而形成一个虚拟层.通过卷管理器,形成了主机区域和磁盘区域.每个卷控制器由两个或多个引擎构成,这些引擎互为备份,保证系统运行的稳定性.存储设备池中的磁盘完全由卷控制器管理,应用服务器能够直接存取的是逻辑地址,物理存储设备的变化对应用服务器访问的逻辑地址没有影响,物理存储设备可以在应用服务器运行期间进行替换,为业务数据的持续运行提供保证.(2)改进的系统结构提供一个集中的文件和数据控制方法,实现文件访问的平台无关性.SAN文件系统是专为存储网络设计,通过SAN文件元信息控制器而不是服务器管理管理文件访问细节.SAN文件系统提供了统一的名字空间和管理,应用服务器作为SAN文件系统的客户,通过SAN文件系统获得文件信息,实现异构系统的文件共享,不同的操作系统平台可以对同一个数据文件的访问.为防止SAN文件系统构成整个存储系统的瓶颈,设计了一个服务器构成的集群作为SAN文件系统元数据控制器,同时通过在客户端缓存文件元数据信息,提供给应用服务器直接访问存储文件的能力,使应用服务器可以类似访问本地文件系统一样访问SAN上的文件.改进系统结构如图2所示.5基于sa的系统sa文中介绍了存储虚拟化内容