引言

    云計(jì)算是將網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)施、軟件技術(shù)、應(yīng)用服務(wù)等各種計(jì)算資源整合成一個(gè)大的資源池，通過新的計(jì)算模式， 用戶可以按需定制基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、軟件服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)。在云計(jì)算這種新的互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模式中，基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)是軟件云服務(wù)和平臺(tái)云服務(wù)的基礎(chǔ)， 并通過使用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬計(jì)算資源。然而，存儲(chǔ)作為商業(yè)應(yīng)用不可或缺的一個(gè)重要組成部分，也是處于云計(jì)算架構(gòu)的底層， 與基礎(chǔ)設(shè)施云共同為用戶提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者通過云計(jì)算所具有的強(qiáng)大計(jì)算能力可以在數(shù)秒內(nèi)處理的信息達(dá)千萬計(jì)甚至億計(jì)。因此云計(jì)算的應(yīng)用與發(fā)展將是空前的，“云”應(yīng)用所帶來的商機(jī)也將是巨大的。

1 云計(jì)算中的虛擬化

    作為企業(yè)信息化平臺(tái)的業(yè)務(wù)核心一一數(shù)據(jù)中心，其地位在信息系統(tǒng)中變得非常重要和更加復(fù)雜。如何解決高效利用數(shù)據(jù)資源，靈活配置和管理數(shù)據(jù)資源成為云計(jì)算關(guān)健技術(shù)研究的重要課題之一。當(dāng)虛擬化的概念和技術(shù)加入到云計(jì)算當(dāng)中后，不但簡化了資源管理的復(fù)雜度，還提高了資源的利用率，在減少資源購置和維護(hù)成本的同時(shí)， 也提高了使用效率。當(dāng)虛擬化技術(shù)以服務(wù)的形式提供給用戶時(shí)， 用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)獲得非常優(yōu)越的計(jì)算能力， 并對(duì)此服務(wù)和計(jì)算能力自由取用，按需付費(fèi)。

    1．1虛擬化的概念

    虛擬化是將物理資源統(tǒng)一抽象成虛擬資源。這種抽象的方式與實(shí)現(xiàn)方式、地理位置、底層資源的物理配置有關(guān)。虛擬化可使有限的硬件和軟件資源按需重新規(guī)劃分配，擴(kuò)大了硬件容量，簡化了軟件配置過程和資源的訪問與管理，提高硬件與軟件的綜合效率和應(yīng)用能力。

    1．2虛擬化的應(yīng)用技術(shù)

    在虛擬化的應(yīng)用中，軟件虛擬化技術(shù)使用虛擬機(jī)監(jiān)視器(Virtual Machine Monitor，VMM)與硬件通信。在系統(tǒng)架構(gòu)中，VMM處于物理資源與操作系統(tǒng)之間， 操作系統(tǒng)成為應(yīng)用程序。這種架構(gòu)層次的變化，使架構(gòu)中的通信部分需進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換， 通過硬件資源接口模擬硬件環(huán)境， 其處理器和內(nèi)存訪問在特定事件中才涉及到JVMM， 使軟件虛擬化具有一定的獨(dú)立性。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換的增加， 導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度上升和軟件堆棧增加等結(jié)果，使軟件虛擬化的管理變得復(fù)雜， 系統(tǒng)可靠性和安全性也有所下降。

    硬件虛擬化比軟件虛擬化在性能方面有很大提高， 例如CPU的虛擬化則是由支持虛擬化技術(shù)的CPU通過特別指令集控制虛擬過程， 使VMM可以輕松提高性能。硬件虛擬化架構(gòu)直接支持操作系統(tǒng)在硬件的上層運(yùn)行， 沒有二進(jìn)制轉(zhuǎn)換， 簡化了VMM的設(shè)計(jì)開發(fā)， 減少很多相關(guān)性能開銷。隨著64位操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，硬件虛擬化的64位計(jì)算能力也得到很快的發(fā)展。系統(tǒng)虛擬化是將一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上的物理資源抽象成虛擬資源，并提供給多個(gè)虛擬機(jī)使用， 每個(gè)虛擬機(jī)是一個(gè)完全獨(dú)立和封閉的運(yùn)行環(huán)境。每個(gè)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的使用是相互隔離、互不影響的。使得多個(gè)虛擬機(jī)復(fù)用了同一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)的物理資源。

2 云計(jì)算中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

    隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展， 數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)需求迅速增長，存儲(chǔ)系統(tǒng)在當(dāng)前信息系統(tǒng)投資中所占比例大于50％。云存儲(chǔ)是通過集群技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)、分布式文件系統(tǒng)等技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中大量不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過軟件技術(shù)集合在一起協(xié)同工作，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)，解決了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方法、空問、建設(shè)、維護(hù)、成本等問題，數(shù)據(jù)可以隨時(shí)取用。

    2．1云存儲(chǔ)的概念

    對(duì)使用者來說，云存儲(chǔ)是一種數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，是一個(gè)由眾多存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器構(gòu)成的系統(tǒng)集合，核心是應(yīng)用軟件與存儲(chǔ)設(shè)備的結(jié)合。云存儲(chǔ)是配置了大容量存儲(chǔ)空間的云計(jì)算系統(tǒng)， 是在云計(jì)算的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)存儲(chǔ)層， 同時(shí)增加的還有數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)安全等相關(guān)功能， 與云計(jì)算的用戶訪問方式和應(yīng)用接口相同。

    2．2云存儲(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)

    作為傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)之一的直連式存儲(chǔ)(Direct—AttachedStorage，DAS)已有40多年的歷史，其結(jié)構(gòu)依賴于服務(wù)器操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)I／0讀寫和存儲(chǔ)維護(hù)管理， 受服務(wù)器總線技術(shù)的限制。DAS中存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器通過SCSI連接， 最高速率小于等于80MB／s。因此，DAS在擴(kuò)展性、開放性和系統(tǒng)管理等方面局限性較大。

    隨著網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用， 出現(xiàn)了NAS(網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ))、SAN(存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng))和基于IP的存儲(chǔ)方式。NAS以數(shù)據(jù)為中心，通過直連網(wǎng)絡(luò)向用戶提供文件級(jí)存儲(chǔ)服務(wù)。NAS源于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問， 需預(yù)先配置存儲(chǔ)空間，具有唯一的IP地址。用戶通過Web瀏覽器即可配置和管理存儲(chǔ)空間，訪問速度LLDAS快， 優(yōu)化后可專用于文件I／O操作和服務(wù)， 性能優(yōu)于通用操作系統(tǒng)。

    SAN以網(wǎng)絡(luò)為中心， 將存儲(chǔ)設(shè)備從局域網(wǎng)中分離出來， 在服務(wù)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間使用光纖信道， 利用FC(FibreChanne1)技術(shù)， 使用IPI、SCSI、iSCSI、ATM、IP等高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議連接，將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通信與傳輸物理介質(zhì)隔離。SAN的服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)之間， 以及存儲(chǔ)系統(tǒng)之間直接傳送數(shù)據(jù)， 傳輸速率高達(dá)1062．5Mbps。因此，SAN的高性能存儲(chǔ)和寬帶網(wǎng)絡(luò)i／o接口降低了存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本、復(fù)雜度和擁塞發(fā)生機(jī)率，簡化了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸。

    IP—SAN則是將IP網(wǎng)絡(luò)和SAN存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了整合， 是指用戶和存儲(chǔ)系統(tǒng)之間使用IP網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間還是SAN存儲(chǔ)。IP網(wǎng)絡(luò)與SAN存儲(chǔ)的結(jié)合，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍上得到了擴(kuò)展，但也使得在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊界增加了協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

    IP存儲(chǔ)即是在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)塊級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因TCP／IP網(wǎng)絡(luò)可跨廣域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用， 實(shí)現(xiàn)服務(wù)器通過IP網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)設(shè)備，服務(wù)器只需存儲(chǔ)設(shè)備IP地址和操作權(quán)限即可完成設(shè)備或資源的靈活配置和使用。以IP網(wǎng)絡(luò)替代SAN的光纖通道，加上IP網(wǎng)絡(luò)擁有大量的IP地址，其網(wǎng)絡(luò)速度已達(dá)到10Gb，并可實(shí)現(xiàn)大容量、高性能的I／O操作。

3 虛擬化存儲(chǔ)的應(yīng)用

    虛擬化存儲(chǔ)是對(duì)各種存儲(chǔ)設(shè)備及其子系統(tǒng)進(jìn)行整合，優(yōu)化存儲(chǔ)管理�；萜照J(rèn)為存儲(chǔ)虛擬化是利用異構(gòu)平臺(tái)存儲(chǔ)空間，使用戶對(duì)底層物理環(huán)境不可見，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境的有效管理和對(duì)資源的合理規(guī)劃。康柏認(rèn)為存儲(chǔ)虛擬化運(yùn)用塊映射將虛擬磁盤的塊轉(zhuǎn)化為邏輯塊映射到實(shí)際存儲(chǔ)設(shè)備上。這種對(duì)用戶透明的映射簡化了存儲(chǔ)器的管理和配置工作。VERITAS認(rèn)為存儲(chǔ)虛擬化是將物理存儲(chǔ)資源邏輯化。因此，簡化了復(fù)雜的異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備的配置。RFG認(rèn)為存儲(chǔ)虛擬化是利用一種特性的存儲(chǔ)設(shè)備仿真另一種特性的存儲(chǔ)設(shè)備的仿真技術(shù)。

    虛擬化存儲(chǔ)即是通過虛擬化技術(shù)， 把各種異構(gòu)存儲(chǔ)資源統(tǒng)一成單一視圖的存儲(chǔ)池， 采用Striping、LUN Masking、Zoning等技術(shù)對(duì)該存儲(chǔ)池按需進(jìn)行重新分割與分配，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)池動(dòng)態(tài)、透明的增長或縮減。虛擬化存儲(chǔ)在對(duì)物理存儲(chǔ)設(shè)備邏輯化處理后， 提供給用戶的是邏輯視圖，利用設(shè)備的存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，克服了設(shè)備的物理局限性。

4 結(jié)束語

    隨著云服務(wù)層次的提高， 基于云計(jì)算的虛擬化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)成為云技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一， 二者的有機(jī)結(jié)合為云存儲(chǔ)的發(fā)展提供了有效的保障。研究可信的虛擬化云存儲(chǔ)將是提高云服務(wù)的主要方向之一。

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本文標(biāo)題：基于云計(jì)算的虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)研究

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