隨著以電子商務(wù)、數(shù)據(jù)倉庫、網(wǎng)絡(luò)娛樂等為代表的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的快速崛起,信息容量呈爆炸式增長,計算機應(yīng)用也從以計算為中心發(fā)展到以數(shù)據(jù)為中心的時代。以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用對現(xiàn)代存儲系統(tǒng)提出了全新的要求:高可靠性、高可用性、開放性、可動態(tài)擴展、易于管理和維護。
存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Storage Area Network,SAN)是一種利用FC(Fiber Channel)等互連協(xié)議連接起來的,可以在服務(wù)器與存儲設(shè)備之間以及存儲設(shè)備與存儲設(shè)備之間直接傳送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。它利用可擴展的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),在相對獨立的專用網(wǎng)絡(luò)中為各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。SAN存儲系統(tǒng)提供高性能、高靈活性以及強大的容災(zāi)備份功能。
然而由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不同存儲設(shè)備廠商的SAN之間缺乏互操作性,從而使得用戶很可能會被某一廠商“鎖定”,不能實現(xiàn)不同廠商存儲設(shè)備之間的自由選擇;同時不同的存儲區(qū)域網(wǎng)之間也無法實現(xiàn)信息及數(shù)據(jù)的充分交流。存儲虛擬化技術(shù)的提出,為解決這些問題提供了一種良好的解決方案。
1 存儲虛擬化技術(shù)
據(jù)估計,隨著存儲系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,存儲系統(tǒng)的管理費用最多可達到存儲設(shè)備本身費用的11倍,這就要求能夠?qū)崿F(xiàn)存儲系統(tǒng)的便捷管理。虛擬化存儲技術(shù)正是一種在邏輯上實現(xiàn)對存儲資源的便捷管理的有效手段。虛擬化存儲技術(shù)實現(xiàn)了存儲資源對用戶的透明性,可以將不同地點、不同廠商的存儲設(shè)備等異構(gòu)存儲資源進行有機整合,形成統(tǒng)一管理、監(jiān)控和使用的公用存儲池。
利用虛擬化存儲技術(shù),我們可以非常簡單的方式,隨時方便地獲取和使用,而不用關(guān)心資源的提供者和它們各自的特性。通過采用虛擬化技術(shù),用戶將可以徹底擺脫存儲設(shè)備的復(fù)雜性,如存儲設(shè)備的容量、異構(gòu)性等,實現(xiàn)對存儲資源的有效規(guī)劃及管理。通過虛擬化存儲技術(shù)我們可以非常方便、統(tǒng)一的形式使用存儲資源,就像我們?nèi)粘I钪械碾娏σ粯,無須關(guān)心它的提供者及提供方式。
2 SAN虛擬化中的關(guān)鍵問題
存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)獨特的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)建技術(shù)為SAN帶來了很多優(yōu)點,如高性能、高靈活性、存儲容量的在線擴容,實現(xiàn)LAN-free備份工作。然而,為了達到以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的要求,同時消除SAN自身存在的缺陷,需要在實現(xiàn)的SAN虛擬化過程中解決如下問題:
(1)異構(gòu)產(chǎn)品互連
復(fù)雜而龐大的應(yīng)用環(huán)境中擁有不兼容的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),如不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(SAN,Ethernet, InfiniBand)、不同的編程接口(塊、文件、對象)等。即使對于相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,如SAN,不同設(shè)備制造商的具體協(xié)議實現(xiàn)之間也有所差異,在客觀上造成不同廠商之間的設(shè)備缺乏可互操作性。實現(xiàn)異構(gòu)存儲產(chǎn)品之間的互連,保證異構(gòu)存儲設(shè)備的透明性是SAN虛擬化的基本要求。
(2)存儲資源位置、容量對用戶透明
由于SAN中FC協(xié)議傳輸距離的限制,不同企業(yè)、不同應(yīng)用,在不同地點建造的SAN之間不能形成統(tǒng)一的管理和監(jiān)控機制,造成了相對獨立的數(shù)據(jù)孤島。存儲資源統(tǒng)一管理要求實現(xiàn)存儲設(shè)備相對用戶的地域透明性和容量透明性,即利用虛擬化技術(shù)為用戶屏蔽存儲設(shè)備的位置特征和容量特性,用戶可以將整個存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)看作單個存儲設(shè)備進行使用。
(3)數(shù)據(jù)安全
由于整個存儲系統(tǒng)相對應(yīng)用來說是完全透明的,因此必須提供安全訪問控制,防止越權(quán)訪問相關(guān)數(shù)據(jù)以及惡意攻擊等。數(shù)據(jù)安全性由存儲系統(tǒng)的管理軟件負責(zé)。應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需要,建立相應(yīng)的密鑰認證管理體系及數(shù)據(jù)加密體系,保證數(shù)據(jù)安全性。
(4)性能優(yōu)化和負載均衡
不同的應(yīng)用具有各自不同的I/O特點,如數(shù)據(jù)倉庫I/O量大但數(shù)據(jù)量相對較小;流媒體應(yīng)用會有突發(fā)的大數(shù)據(jù)量訪問;大規(guī)?茖W(xué)計算會產(chǎn)生大量的中間數(shù)據(jù),可能會有持續(xù)的大數(shù)據(jù)量訪問,因此在實現(xiàn)存儲虛擬化的過程中,必須建立高效、智能的調(diào)度策略來滿足具有不同I/O特點的應(yīng)用需求。
(5)容災(zāi)備份
SAN虛擬化存儲系統(tǒng)必須能以較小的花費實現(xiàn)數(shù)據(jù)的容災(zāi)備份功能,以保證在系統(tǒng)遭遇不可抗力的時候能夠?qū)p失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。
(6)儲設(shè)備統(tǒng)一管理
由于SAN存儲設(shè)備異地、異構(gòu)的特性,要求虛擬化技術(shù)提供存儲設(shè)備的統(tǒng)一管理界面,實現(xiàn)存儲資源的統(tǒng)一分配和維護。
3 SAN虛擬化實現(xiàn)方案
在現(xiàn)有的SAN虛擬化解決方案中,根據(jù)其實現(xiàn)方式的不同,主要可以分為三個層次:基于主機的虛擬化;基于存儲設(shè)備的虛擬化;基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化。其中基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化又有對稱式及非對稱式兩種。然而,這些解決方案基本上都是在SAN應(yīng)用的某一個層次上實現(xiàn)存儲虛擬化,實現(xiàn)方式本身的特點決定了它們不可能解決SAN虛擬化過程中需要解決的所有問題。
由于SAN虛擬化過程中需要解決很多問題,如果只是在主機、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)中的某一個層次上實現(xiàn)虛擬化,則很難同時解決這些問題。針對這一問題,我們提出了新的虛擬化實現(xiàn)方案,即通過主機、網(wǎng)絡(luò)和存儲設(shè)備三個層次共同合作的方式來實現(xiàn)虛擬化功能。根據(jù)“誰的工作誰負責(zé)”的原則,每個虛擬化層次負責(zé)完成與本層功能相關(guān)的工作,也存在一些工作是通過跨層次方式首先的。
我們首先引入一種中間語言ILoS(Inter-Language of SAN)來解決不同產(chǎn)品的異構(gòu)性。主機上的虛擬化組件負責(zé)把應(yīng)用I/O請求轉(zhuǎn)換為ILoS,存儲設(shè)備前端的虛擬化組件則負責(zé)將ILoS轉(zhuǎn)換為存儲設(shè)備所能理解的語言,進行I/O操作。SAN虛擬化過程中所有其他的管理工作都是基于ILoS語言實施。利用ILoS可以最小的代價屏蔽主機及存儲設(shè)備的異構(gòu)特性,如主機有m種環(huán)境,存儲設(shè)備共有n種,則只需要(m+n)個操作轉(zhuǎn)換組件則可以實現(xiàn)異構(gòu)產(chǎn)品之間的互連和訪問。圖1給出了SAN實現(xiàn)虛擬化后部分功能的實現(xiàn)層次。
定位邏輯的主要功能是為應(yīng)用程序確定相關(guān)數(shù)據(jù)的物理存儲位置。在實現(xiàn)虛擬化的SAN存儲系統(tǒng)中,主機中的虛擬化組件將應(yīng)用I/O請求轉(zhuǎn)換為ILoS語言,同時負責(zé)確定相關(guān)數(shù)據(jù)存儲地點,即所在的存儲設(shè)備(通常為RAID)的編號,由網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)確定相應(yīng)存儲設(shè)備地點并傳遞操作指令。也就是說,由主機層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)同實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)中的定位邏輯屏蔽存儲設(shè)備的地理位置特性。網(wǎng)絡(luò)層主要專注于網(wǎng)絡(luò)相關(guān)工作,如設(shè)備尋址、性能優(yōu)化和負載均衡,大部分現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都具有此功能。數(shù)據(jù)的存儲和備份也需要通過ILoS語言來屏蔽設(shè)備異構(gòu)性,利用交換機將數(shù)據(jù)在SAN之間的網(wǎng)絡(luò)上傳輸,在實現(xiàn)快速備份的同時不影響整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能。ILoS語言以完全一致的方式實現(xiàn)對存儲設(shè)備的統(tǒng)一管理以及異構(gòu)產(chǎn)品互連和互操作。SAN自身的特性保證能夠通過網(wǎng)絡(luò)層和存儲設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地、異地快速備份。
通過ILoS實現(xiàn)SAN虛擬化,使應(yīng)用系統(tǒng)具有良好的可擴展性。對于現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng),僅需要在主機層的后端和存儲設(shè)備的前端添加虛擬化組件,重點實現(xiàn)應(yīng)用環(huán)境操作語言與ILoS之間的轉(zhuǎn)換。對于新開發(fā)的應(yīng)用,則能保證其良好的可擴展性,便于系統(tǒng)管理與升級。
4 結(jié)束語
本文簡單介紹了存儲虛擬化內(nèi)容及主要虛擬化實現(xiàn)技術(shù),重點分析了SAN虛擬化過程中需要解決的關(guān)鍵問題,并提出了一種新的SAN虛擬化實現(xiàn)方案。通過ILoS,可以實現(xiàn)存儲設(shè)備異構(gòu)、異地等特性對用戶透明,實現(xiàn)SAN的虛擬化統(tǒng)一管理,很好地解決了數(shù)據(jù)孤島問題,保證應(yīng)用系統(tǒng)具有良好的集成和擴展能力。
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本文標(biāo)題:一種SAN存儲虛擬化的實現(xiàn)方案
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