2.2 非對(duì)稱方式的SAN存儲(chǔ)虛擬結(jié)構(gòu)
非對(duì)稱結(jié)構(gòu)也稱為帶外(out-of-band)模型,其實(shí)現(xiàn)途徑是把裝有虛擬化管理軟件的主機(jī)或控制器從數(shù)據(jù)通路的外部接入存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò),對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。而網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)除數(shù)據(jù)通路之外,還存在另外一條控制通路,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和控制命令分別走這兩條不同的通路。應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的I / O請(qǐng)求先通過控制通路傳送到專用的元數(shù)據(jù)服務(wù)器或控制器,獲得元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)視圖后通過數(shù)據(jù)通路獲得需要的數(shù)據(jù)。
圖3 非對(duì)稱方式的SAN 存儲(chǔ)虛擬化結(jié)構(gòu)
在非對(duì)稱性虛擬存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在專用的數(shù)據(jù)通道上傳輸,減少了網(wǎng)絡(luò)延遲,增加了帶寬的可用性,從而提高了系統(tǒng)性能,同時(shí)這種結(jié)構(gòu)還避免了系統(tǒng)的單點(diǎn)故障和瓶頸。但是,由于虛擬化層的部分模塊嵌入在應(yīng)用服務(wù)器的操作系統(tǒng)中,造成實(shí)現(xiàn)工作相對(duì)比較復(fù)雜,對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境有依賴性,不適合有多種操作系統(tǒng)的異構(gòu)存儲(chǔ)環(huán)境,同時(shí)在一定程度上增加了用戶的投資。
2.3影響基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的虛擬化發(fā)展的因素
當(dāng)前,影響存儲(chǔ)虛擬化發(fā)展的最主要因素,就是存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)還缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。尤其是對(duì)于基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的虛擬化來說,存儲(chǔ)用戶、存儲(chǔ)服務(wù)代理和存儲(chǔ)資源三者之間非常需要開放性的標(biāo)準(zhǔn)。
由于存儲(chǔ)虛擬化可以基于不同層次的方案或標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件實(shí)現(xiàn),這就意味著設(shè)備的選擇非常廣泛。迄今為止,許多廠商還忙于發(fā)展技術(shù)力量來創(chuàng)建各自的虛擬存儲(chǔ)設(shè)備。由此可見,廣大設(shè)備提供商和業(yè)內(nèi)人士加強(qiáng)合作,盡快制定業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn),才能推動(dòng)虛擬存儲(chǔ)技術(shù)持續(xù)發(fā)展,為用戶帶來更多收益。
3 統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)
存儲(chǔ)資源共享是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的最本質(zhì)的需求,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的將來必然是統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ),通過統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)將所有的存儲(chǔ)資源統(tǒng)一起來,提供統(tǒng)一的資源共享服務(wù)。
因此,我們可以把網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的統(tǒng)一化和存儲(chǔ)虛擬化看作實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)不同的途徑,它們發(fā)展的最終目標(biāo)是一致的,只是技術(shù)手段的不同。
另一方面,兩者之間又是相互關(guān)聯(lián)的,NAS 和SAN 的融合過程,實(shí)質(zhì)上也是對(duì)NAS 和SAN 的虛擬化過程。我們以USN 方案為例:
(1)當(dāng)USN 提供biock I / O服務(wù)時(shí),由于采用了附網(wǎng)直連通道(NAC)技術(shù)和三方傳送協(xié)議,元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)通道分離(數(shù)據(jù)流程見圖4),此時(shí)USN 實(shí)際上相當(dāng)于一種非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。
圖4 USN 提供Biock I / 0 服務(wù)時(shí)的數(shù)據(jù)流程示意圖
(2)當(dāng)USN 提供fiie I / O時(shí),元信息、數(shù)據(jù)信息都必須通過元數(shù)據(jù)服務(wù)器(數(shù)據(jù)流程見圖5),此時(shí)USN 實(shí)際上相當(dāng)于一種對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。
圖5 USN 提供Fiie I / O服務(wù)時(shí)的數(shù)據(jù)流程示意圖
目前,統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)還沒有真正實(shí)現(xiàn)的方案,一些已經(jīng)出現(xiàn)的方案,從原理上講,只是對(duì)現(xiàn)有的存儲(chǔ)虛擬化方案的擴(kuò)展。以下兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,將會(huì)為統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)提供啟示和技術(shù)準(zhǔn)備。
存儲(chǔ)網(wǎng)格:存儲(chǔ)網(wǎng)格實(shí)質(zhì)上是網(wǎng)格技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)的結(jié)合,吸取了兩者之間的優(yōu)點(diǎn),和普通的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)相比,具有可靠性高、管理靈活和可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。存儲(chǔ)網(wǎng)格還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn),但是可以肯定的是,存儲(chǔ)網(wǎng)格的實(shí)現(xiàn),必須要求存儲(chǔ)虛擬化的概念和技術(shù)出現(xiàn)突破,以便為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù),在整合存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)方面,網(wǎng)格技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)的結(jié)合是值得期待的。
基于對(duì)象的存儲(chǔ):基于對(duì)象的存儲(chǔ)系統(tǒng)為每一個(gè)對(duì)象及其元數(shù)據(jù)分配一個(gè)獨(dú)特的地址,不會(huì)出現(xiàn)重復(fù),所有對(duì)象和元數(shù)據(jù)的存檔和檢索操作,都在一個(gè)巨大的平面地址空間內(nèi)進(jìn)行。在基于對(duì)象的存儲(chǔ)系統(tǒng)中,客戶端可以直接訪問存儲(chǔ)設(shè)備,減少了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑中的控制路徑;趯(duì)象的存儲(chǔ)綜合了NAS 和SAN 的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有SAN 的高速直接訪問和NAS 的數(shù)據(jù)共享等優(yōu)勢(shì),提供了具有高性能、高可靠性、跨平臺(tái)以及安全的數(shù)據(jù)共享的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu);趯(duì)象的存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)最初來自于卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie MeIIon University,CMU)的1995 ~ 1999 年間的“Network Attached Secure Disks”(NASD)項(xiàng)目。當(dāng)前,對(duì)象存儲(chǔ)設(shè)備(Object Storage Device)的標(biāo)準(zhǔn)正在制定之中。
4 基于自主式存儲(chǔ)中介(ASAS)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)
目前阻礙統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的形成的主要因素是:
(1)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。除NAS 和SAN 外,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)還存在著其他繁多的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,而各種標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議都有自身的長(zhǎng)處和不足,有效地整合不同存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)將是極具挑戰(zhàn)性的工作。
(2)存儲(chǔ)管理日益復(fù)雜。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)使得存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展性較好,但是帶來管理的復(fù)雜性和成本呈指數(shù)增加。各種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上有很大的不同,面向的應(yīng)用也各有差異,目前還缺乏有效存取模式去統(tǒng)一存取網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步增加可共享的存儲(chǔ)資源的數(shù)量變得難上加難。
(3)不能根據(jù)應(yīng)用來提供相應(yīng)的最佳存儲(chǔ)服務(wù)。各種存儲(chǔ)技術(shù)更多的是針對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)本身來提高對(duì)應(yīng)用程序的服務(wù)性能,這種方式?jīng)]有著重從應(yīng)用程序的角度出發(fā),根據(jù)應(yīng)用程序的特點(diǎn)來動(dòng)態(tài)地選擇合適的存儲(chǔ)技術(shù)和確定最優(yōu)的存取訪問策略。
圖6 基于自主式存儲(chǔ)中介的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)
為了克服上述缺點(diǎn),本文提出一種基于自主式存儲(chǔ)中介(ASAS,Autonomic Storage Agency System)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng),該系統(tǒng)結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和存儲(chǔ)虛擬化技術(shù),可以看作一個(gè)統(tǒng)一的虛擬化存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的雛形。
該系統(tǒng)以存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),在應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)之間插入一個(gè)ASAS,它由ASAS 服務(wù)器和駐留在各種應(yīng)用主機(jī)中的SAFS(Storage Agency FiIe System)兩部分構(gòu)成。系統(tǒng)運(yùn)行過程中,各種存儲(chǔ)資源(DAS、NAS、iSCSI 等設(shè)備)將自動(dòng)或交互地向ASAS 服務(wù)器匯報(bào)當(dāng)前存儲(chǔ)系統(tǒng)屬性、狀態(tài)以及各種相應(yīng)的參數(shù),使得ASAS 能夠?qū)φ麄(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行管理和性能優(yōu)化。應(yīng)用主機(jī)通過SAFS 提出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)請(qǐng)求到達(dá)ASAS 服務(wù)器后,ASAS 服務(wù)器將根據(jù)應(yīng)用主機(jī)的服務(wù)類型,安排合適的存儲(chǔ)資源,確定最佳的存儲(chǔ)策略,然后分別送到存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備。當(dāng)數(shù)據(jù)存取時(shí),存儲(chǔ)設(shè)備直接和應(yīng)用主機(jī)的SAFS 交互,從而降低ASAS 服務(wù)器負(fù)載,縮短響應(yīng)時(shí)間。另外,數(shù)據(jù)備份、災(zāi)難恢復(fù)、數(shù)據(jù)遷移等工作在ASAS 服務(wù)器的監(jiān)督管理下進(jìn)行。
應(yīng)用主機(jī)中的SAFS,即ASAS 用戶級(jí)文件系統(tǒng),可以駐留在多種操作系統(tǒng)平臺(tái)上(UNIX,Windows,Linux),為用戶或應(yīng)用程序提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。SAFS 可以運(yùn)用啟發(fā)式方法獲得用戶對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的具體需求( 例如可用性、安全性、性能等要求),然后根據(jù)這些服務(wù)特征對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的組織,盡可能地滿足用戶的這些要求。
結(jié)束語
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,信息量大幅增加,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)隨之有了很大的發(fā)展。由于存在諸多的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的管理復(fù)雜程度增加,不能充分利用現(xiàn)有的存儲(chǔ)資源為用戶提供更好的服務(wù)。
NAS 和SAN 的融合以及存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)從不同的角度、不同程度地解決了一些存在的問題,但是上述問題的徹底解決,還是需要新的體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),比如統(tǒng)一虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)。
統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該是從存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)質(zhì)出發(fā),無論從主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)還是存儲(chǔ)設(shè)備看,存儲(chǔ)資源就是一個(gè)單一存儲(chǔ)映象,盡可能為用戶提供優(yōu)質(zhì)的存儲(chǔ)服務(wù)。統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的完全實(shí)現(xiàn)還存在很多困難,不管NAS 和SAN 的融合方案、存儲(chǔ)網(wǎng)格還是對(duì)象存儲(chǔ)都只能是部分的甚至是一個(gè)方面的實(shí)現(xiàn)。
基于自主式存儲(chǔ)中介(ASAS)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)可以看作是統(tǒng)一的虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案的雛形。目前該方案的研究工作還在繼續(xù)進(jìn)行之中。
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