現(xiàn)如今已經(jīng)步人到了一個大數(shù)據(jù)時代，全球的企業(yè)都面臨著數(shù)據(jù)量爆炸式增長的問題。面對數(shù)據(jù)量持續(xù)增長的壓力，越來越多的企業(yè)開始重視對數(shù)據(jù)存儲管理的研究，這為數(shù)據(jù)存儲管理技術(shù)的發(fā)展帶來了一定的機遇。虛擬光盤庫技術(shù)，就是要在如何提高存儲設(shè)備的使用效率，如何能夠有效地利用存儲資源，減小存儲管理帶來的額外開銷的背景下提出來的；其目的在于利用現(xiàn)有的存儲平臺，整合不同的存儲資源，添加抽象層，隱藏物理存儲設(shè)備的細(xì)節(jié)，實現(xiàn)光盤存儲的功能。
1.虛擬光盤庫技術(shù)的概念
以虛擬磁帶庫技術(shù)心1為參考，文中提出了虛擬光盤庫技術(shù)VDL(Virtual CDROM Library)，應(yīng)用仿真技術(shù)在磁盤空間上模擬光盤庫操作，把磁盤當(dāng)成光盤來訪問，從而實現(xiàn)用磁盤代替光盤來存儲數(shù)據(jù)。VDL技術(shù)擁有多項優(yōu)勢，如性能高，故障率低，可靠性高，投入成本低，運行成本低等。數(shù)據(jù)歸檔時，用戶表面上訪問到的是光盤或者光盤庫，實際是通過虛擬光盤庫模塊將數(shù)據(jù)存儲到磁盤上，因為是直接操作磁盤，沒有機械手臂、光驅(qū)等物理設(shè)備的運行時間，所以在數(shù)據(jù)讀取速度上將比實際訪問光盤大幅提高。同時VDL也可以與光盤庫集成，提高數(shù)據(jù)安全性，降低保護數(shù)據(jù)的成本。當(dāng)服務(wù)器空閑時，可以將備份的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到物理存儲設(shè)備(實際的光盤或光盤庫)上。
2.虛擬光盤庫技術(shù)的特點
2.1 實用性好
虛擬光盤庫與現(xiàn)有的光盤庫存儲口1具有一樣的存儲應(yīng)用方式，能夠有效地對數(shù)據(jù)存儲進行智能化的管理。虛擬光盤庫克服了光盤存儲的局限性，隱藏了多種存儲介質(zhì)，對于用戶來說，虛擬光盤庫不再是使用物理存儲硬件(如光盤、磁盤等)，而是將它看成一個超大容量的存儲空間來管理。
2.2 提高了數(shù)據(jù)存取速度
不同于實體光盤庫，虛擬光盤庫克服了光盤存儲速度的限制，抽象了物理存儲介質(zhì)，用戶在操作時不需要等待光盤刻錄的漫長過程，而只需專注于存儲空間的管理，后臺將對光盤刻錄進行自行處理，使數(shù)據(jù)存取的速度大幅提高。
2.3 提高了數(shù)據(jù)安全可靠性
虛擬光盤庫技術(shù)，通過VDL模塊最終將數(shù)據(jù)存儲到光盤或光盤庫中，光盤或者光盤庫就可以保持離線，當(dāng)單個或者多個物理存儲體發(fā)生故障時，整個物理存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不會受其影響。大大降低了由于系統(tǒng)破壞而造成數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。因此，提高了整個存儲系統(tǒng)的安全性和可靠性。
2.4 成本低
采用光盤存儲的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磁帶庫和磁盤陣列。光盤存儲無需磁帶庫和磁盤陣列那樣高額的維護費用，極大地降低了用戶的使用成本。
3.虛擬光盤庫系統(tǒng)設(shè)計
3.1 卷管理模塊設(shè)計
虛擬光盤庫管理模塊的核心技術(shù)就是基于虛擬設(shè)備的邏輯卷管理，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，在虛擬光盤庫系統(tǒng)中，卷管理模塊處于文件系統(tǒng)的下層，通過管理磁盤分區(qū)，將若干個磁盤分區(qū)連接在一起，生成卷組并由若干個卷組形成邏輯卷組，文件系統(tǒng)就是在邏輯卷組上創(chuàng)建而成的。卷管理模塊就是將多個磁盤分區(qū)連接成連續(xù)的存儲空間，作為統(tǒng)一的存儲結(jié)構(gòu)提供訪問。卷管理的關(guān)鍵技術(shù)是基于多種存儲介質(zhì)的卷格式的定義，在磁盤、光盤等基礎(chǔ)上添加抽象層，隱藏物理存儲設(shè)備的細(xì)節(jié)，達到隔離不同種類的硬件和軟件平臺的目的。管理終端通過一定的調(diào)度算法將存儲資源刻錄至光盤庫中，從而實現(xiàn)了從虛擬物理存儲到實體光盤存儲的功能。
圖1 卷管理分層結(jié)構(gòu)
3.2 物理存儲資源虛擬化設(shè)計
物理存儲資源虛擬化是基于局域網(wǎng)范圍內(nèi)存儲虛擬化結(jié)構(gòu)，為卷管理模塊提供了統(tǒng)一的存儲結(jié)構(gòu)，屏蔽了存儲介質(zhì)的異構(gòu)性。在實現(xiàn)虛擬化的過程中借鑒了中間層的思想，創(chuàng)建了基于不同存儲介質(zhì)的中間層虛擬存儲設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 物理存儲資源虛擬化
其基本組件概念和主要功能如下：
1)資源請求：客戶端接收客戶發(fā)送的存儲請求，將數(shù)據(jù)存放在存儲空間中，資源管理器在接到請求后，為數(shù)據(jù)分配存儲單元，并在后臺建立刻錄任務(wù)，存儲空間中的數(shù)據(jù)通過一定的調(diào)度算法睜1刻錄至光盤庫中。
其主要功能為：
(1)啟動客戶端連接服務(wù)，控制客戶端的連接或退出等動作。
(2)加載光盤匣存儲信息，對存儲信息進行統(tǒng)一的管理及分配。
(3)提交任務(wù)名稱，對于新的任務(wù)新建光盤名，對于已有的任務(wù)直接對其增量刻錄。
(4)根據(jù)任務(wù)信息將數(shù)據(jù)分配至存儲空間，按照一定的任務(wù)調(diào)度轉(zhuǎn)存至光盤庫中。
(5)當(dāng)任務(wù)執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤，將返回調(diào)度任務(wù)重新進行調(diào)度。
2)資源管理器：負(fù)責(zé)接收任務(wù)信息及創(chuàng)建任務(wù)表，對任務(wù)信息做相應(yīng)的調(diào)度處理，分配資源至存儲空間。
主要功能：
(1)偵聽客戶端發(fā)送來的任務(wù)信息，建立任務(wù)信息表。
(2)將所接收的任務(wù)請求放入任務(wù)隊列中，等待資源管理器的響應(yīng)。
(3)根據(jù)接收過來的任務(wù)信息，分配相應(yīng)的存儲空間。
(4)周期刷新任務(wù)表和存儲信息表，維護表中信息與上級信息的相一致性。
(5)返回操作結(jié)果，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，確保任務(wù)信息的安全性。
3.3 虛擬光盤庫管理模塊
虛擬光盤庫管理模塊是在系統(tǒng)中將磁盤虛擬成光盤庫，對用戶屏蔽數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，在應(yīng)用層呈現(xiàn)給用戶的只有一種虛擬存儲設(shè)備。歸檔、備份、查詢、恢復(fù)等功能都是建立在虛擬存儲設(shè)備之上的。包括以下功能：
1)提供虛擬光盤庫的查詢、寫入能力；
2)提供虛擬光盤庫與真實光盤庫的數(shù)據(jù)交互能力；
3)提供虛擬光盤庫的管理能力，包括建立、修改邏輯卷類型和尺寸，在卷內(nèi)增加虛擬光盤，在虛擬光盤中添加其他卷等。
3.4 虛擬光盤庫工作流程及系統(tǒng)定義
虛擬光盤庫模塊是在磁盤中利用模擬仿真技術(shù)模擬真實光盤庫的操作，包括放空白盤、格式化盤、寫盤、讀盤、移動光盤等，實際操作的是磁盤。虛擬光盤庫對用戶屏蔽了具體存儲介質(zhì)，不需要知道數(shù)據(jù)具體存儲在什么位置，數(shù)據(jù)存儲由虛擬模塊完成。虛擬模塊把數(shù)據(jù)生成光盤格式(ISO格式)存儲，光盤格式的數(shù)據(jù)可以直接被刻錄到光盤上存儲。
虛擬光盤庫工作流程包括：加載光盤庫、申請光盤、格式化光盤、寫盤、讀盤，如圖3所示。
圖3 VDL工作流程
對VDL進行初始化：
UINTLWDL_Init(char+ipStr，int port，char}dbname)；
//初始化光盤庫
虛擬光盤庫配置信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：
Typedef struct—SLWVDL_T
{
INT flag；//虛擬光盤庫標(biāo)志
INT numMagazines；//虛擬光盤匣數(shù)量
INT numSlots；//虛擬光盤槽數(shù)量
CHAR name[32]；//虛擬光盤庫名稱
CHAR path[MAX_PATH]；//虛擬光盤庫路徑
}SLWVDL_T，*PSLWVDL_T；
虛擬光盤信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：
typedef struct_SLWVDL_SLOT_T
{
INT slotNr； //虛擬光盤號
INT magNr； //虛擬光盤匣號
INT flag；//虛擬光盤標(biāo)志
INT mediumType；//虛擬光盤類型
CHAR volLabel[17]；//虛擬光盤標(biāo)簽名稱
CHAR volSerialNum[9]；//虛擬光盤序列號
INT volSizeKB；//虛擬光盤使用空間
INT freeSizeKB；//虛擬光盤剩余空間
CHAR lastVisitTime[20]；//虛擬光盤上次使用時間
}SLWVDL_SLOT_T，*PSLWVDL_SLOT_T；
根據(jù)不同用戶的任務(wù)需要，提供相應(yīng)的光盤庫操作：
UINTLWDL_FormatDisk(int slotNr，char+volName，int driv-erNr)；
//格式化光盤
UINT LWDL_ImportDisk(int targetSlotNr，int driverNr)；
//添加新光盤
UINT LWDL_ExportDisk(int sourceSlotNr)；
//移除光盤
UINTLWDL_ScanDisk(int slotNr，int driverNr)；
//掃描光盤將數(shù)據(jù)更新到數(shù)據(jù)庫
4.結(jié)束語
隨著全球信息的爆炸式的增長，新的存儲需求不斷涌現(xiàn)，給現(xiàn)有的存儲系統(tǒng)帶來了很多難題，文中正是適應(yīng)這一形式而產(chǎn)生的。筆者通過對虛擬化系統(tǒng)模型和物理存儲資源虛擬化的研究，設(shè)計實現(xiàn)了一個虛擬光盤庫原型系統(tǒng)，使它能夠整合不同類型的存儲資源到對用戶統(tǒng)一的應(yīng)用界面中，在有關(guān)存儲系統(tǒng)設(shè)計方面起拋磚引玉的作用。
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本文標(biāo)題：基于光盤庫管理系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)研究
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