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比较不同的存储虚拟化架构

原创 Linux操作系统 作者:Java_simon 时间:2009-09-03 10:31:32 0 删除 编辑

目前,存储虚拟化可通过多种架构来实现,虽然每种方法都有其独特的优势,但比较其功能特点,却也都存在一定的局限性。

  随着企业级用户存储容量和数据处理能力的快速发展,以及对高可用性需求的不断增长,使存储区域网(SAN)架构必需具备在不停机的情况下能够无缝添加存储和性能元件。

  虚拟化技术能够通过多个服务器和存储子系统实现SAN存储资源的整合和统一管理,其产业目标就是推动存储虚拟化的成本下降,在不影响性能的同时,应用于各种类型的系统和网络。

  存储虚拟化是指将可用存储空间分为虚拟卷而不受诸如磁盘驱动器、RAID 子系统等实际存储元件的物理布局或拓扑结构的限制。通常情况下,虚拟卷呈现给操作系统一种物理磁盘的抽象,使操作系统像使用磁盘一样使用。

  有用户表示,只有借助虚拟化基础设施才能实施无服务器备份功能,如果没有存储虚拟化技术,就很难发挥其真正作用。但同时面对多种实现虚拟化的方法,该如何选择也是需要解决的问题。


  主机级虚拟化
  实现存储虚拟化的方法之一是通过运行在服务器级的存储管理软件进行,这种方法的主要优势在于,它能让多个存储子系统与多个服务器并行工作。

  这种方法的主要难点在于,它要求整个SAN资源预先在多个服务器上分区。虚拟化只能在预先分配的存储空间上执行,这就丧失了SAN的主要优势之一,而且也影响了卷相对于服务器的独立性。

  通常说来,所有LUN(逻辑单元)要分配给特定的服务器,这就限制了单个存储子系统上的服务器数量。而它与虚拟卷最大的区别就在于,虚拟卷包括不同存储子系统上的具有不同特性的存储空间,而且还能展开成任何可用存储空间。

  再打个比方说,要是虚拟卷创建在两个LUN的存储空间上,那么,该虚拟卷就很难从一个服务器轻松转移到另一个服务器上,尤其是在同一个LUN上还创建了其他卷的情况下更是如此。

  主机级虚拟化通常也需要通过一定的分区并行机制和LUN掩码技术来扩大管理功能。此外,还要依靠LAN连接实现服务器间的同步,这就会影响整个SAN的可靠性。


  存储子系统级的虚拟化
  这种方法最初用在上世纪 90 年代的大型机中,是目前最常用的存储虚拟化方法之一。具体操作是在特定存储子系统的存储空间上创建虚拟卷,以实现虚拟化功能。

  将所有 SAN 存储资源集中到一个存储池中并同时管理多个存储子系统上的虚拟卷,这就要求用其他方法来补充和完善该方法,通常只有连接单一类型的RAID子系统的同质SAN才采用的方法。

  在存储系统级创建虚拟卷可以独立于服务器,但通常需要采用统一的管理结构,只适用于设备一致的环境,灵活性有限。
网络虚拟化

  这是一种最有趣的方法,由于其独立于存储设备和服务器,因此很可能是最后胜出的方法。存储虚拟化的关键要求之一就是让不同的存储空间看上去和工作起来就像统一的存储资源一样。网络虚拟化可确保存储技术能够跨不同厂商的设备工作。

  目前,网络虚拟化可采用两大架构实施:一是对称法,即将不同设备嵌在存储网络基础架构的数据路径中;二是非对称法,就是将不同设备独立于存储网络基础架构的数据路径之外。

  处于数据路径内的对称虚拟化通常要求设备安装在存储用户和存储资源之间,至少要在数据流中发挥作用。对称虚拟化的主要缺点在于,它会形成 SAN 瓶颈,从而限制 SAN 的性能和可扩展性,并使大规模高度可用配置的设计工作大为复杂化。

  对称虚拟化方法要求所有应用服务器的数据都经过统一的计算机。为了避免严重影响性能,该计算平台要确保整个 SAN 的吞吐能力不受影响,因此,往往要购买昂贵的硬件配置。即便采用高性能硬件,可扩展性仍然成问题,因为对称设备的最大带宽是固定的。

  一些对称设计试图通过给设备添加高速缓存来避免性能问题。这种方法反而会给设备的存储器子系统造成更大压力。

  为了实现服务器端的高性能,在使用两个或更多主机总线适配器(HBA)时,应在每个服务器上安装一个软件驱动程序。通常两种方法都需要在服务器上安装软件,以确保在吞吐能力提高时提供冗余和高性能解决方案。

  处于数据路径之外的非对称虚拟化通过结合采用设备和代理来创建并管理虚拟卷,同时确保数据能在服务器和存储子系统之间直接传输。通过让多个存储子系统与多个服务器并行工作,整体性能得以提高,达到乃至超过 FC 结构的最大带宽。

  在非对称虚拟化中,元数据在数据路径外进行处理。设备作为元数据中心工作,检查物理存储空间并分配虚拟卷,而 SAN 中每个服务器上的代理则负责实际的虚拟卷映射。代理从设备处检索卷配置,并向操作系统呈现虚拟卷,使操作系统像使用磁盘一样使用。操作系统向虚拟卷发送 I/O 时,代理截住 I/O,将卷的逻辑地址转换为物理地址,并直接向存储设备发送 I/O。

  这样的架构具有对称虚拟化的灵活性,同时又不会影响性能,而且还避免了高昂的硬件成本。设备无须处理实际的数据传输工作,因此可以采用小型的低成本设备。

  高可用性 SAN 配置可通过设备的简单冗余来实施。极高的可扩展性能够通过存储域的松散互联或类似的方式实现,还可充分发挥非对称虚拟技术的作用。

  设备不但不需要存储待用的 I/O,也不需要集群、高速缓存等一致性算法及其他复杂机制,以避免限制现实生活中企业 SAN 的实际扩展。

存储虚拟化应具备的功能
  ■ 一致性—不管物理元件和拓扑结构如何,都要创建虚拟存储的统一视图
  ■ 单点管理—企业策略服务器、操作系统和文件系统的独立性都要求实现单点管理,这样才能建立最低成本的 SAN
  ■ 独立的存储子系统—支持无倾向性地选择最佳系统类型
  ■ SAN支持不同厂商设备—在日新月异的市场中实现平稳发展
  ■ 向服务器灵活分配存储空间—高效满足用户需求
  ■ 全面支持SAN的专门标准—如高可用性、可扩展性、安全性等

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