隨著以電子商務(wù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)娛樂(lè)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(zhǎng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用也從以計(jì)算為中心發(fā)展到以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代。以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了全新的要求:高可靠性、高可用性、開(kāi)放性、可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、易于管理和維護(hù)。
存儲(chǔ)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(lái)的，可以在服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備之間以及存儲(chǔ)設(shè)備與存儲(chǔ)設(shè)備之間直接傳送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。它利用可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在相對(duì)獨(dú)立的專用網(wǎng)絡(luò)中為各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)提供高性能、高靈活性以及強(qiáng)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(chǔ)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(huì)被某一廠商“鎖定”，不能實(shí)現(xiàn)不同廠商存儲(chǔ)設(shè)備之間的自由選擇;同時(shí)不同的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)之間也無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息及數(shù)據(jù)的充分交流。存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的提出，為解決這些問(wèn)題提供了一種良好的解決方案。
1 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)
據(jù)估計(jì)，隨著存儲(chǔ)系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理費(fèi)用最多可達(dá)到存儲(chǔ)設(shè)備本身費(fèi)用的11倍，這就要求能夠?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的便捷管理。虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)正是一種在邏輯上實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)資源的便捷管理的有效手段。虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)資源對(duì)用戶的透明性，可以將不同地點(diǎn)、不同廠商的存儲(chǔ)設(shè)備等異構(gòu)存儲(chǔ)資源進(jìn)行有機(jī)整合，形成統(tǒng)一管理、監(jiān)控和使用的公用存儲(chǔ)池。
利用虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)，我們可以非常簡(jiǎn)單的方式，隨時(shí)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(guò)采用虛擬化技術(shù)，用戶將可以徹底擺脫存儲(chǔ)設(shè)備的復(fù)雜性，如存儲(chǔ)設(shè)備的容量、異構(gòu)性等，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)資源的有效規(guī)劃及管理。通過(guò)虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)我們可以非常方便、統(tǒng)一的形式使用存儲(chǔ)資源，就像我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娏σ粯樱瑹o(wú)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(wèn)題
存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)建技術(shù)為SAN帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)，如高性能、高靈活性、存儲(chǔ)容量的在線擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)LAN-free備份工作。然而，為了達(dá)到以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求，同時(shí)消除SAN自身存在的缺陷，需要在實(shí)現(xiàn)的SAN虛擬化過(guò)程中解決如下問(wèn)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(duì)象)等。即使對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)異構(gòu)存儲(chǔ)產(chǎn)品之間的互連，保證異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備的透明性是SAN虛擬化的基本要求。
(2)存儲(chǔ)資源位置、容量對(duì)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(diǎn)建造的SAN之間不能形成統(tǒng)一的管理和監(jiān)控機(jī)制，造成了相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)孤島。存儲(chǔ)資源統(tǒng)一管理要求實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備相對(duì)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(chǔ)設(shè)備的位置特征和容量特性，用戶可以將整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)看作單個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行使用。
(3)數(shù)據(jù)安全
由于整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是完全透明的，因此必須提供安全訪問(wèn)控制，防止越權(quán)訪問(wèn)相關(guān)數(shù)據(jù)以及惡意攻擊等。數(shù)據(jù)安全性由存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理軟件負(fù)責(zé)。應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需要，建立相應(yīng)的密鑰認(rèn)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(fù)載均衡
不同的應(yīng)用具有各自不同的I/O特點(diǎn)，如數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)I/O量大但數(shù)據(jù)量相對(duì)較小;流媒體應(yīng)用會(huì)有突發(fā)的大數(shù)據(jù)量訪問(wèn);大規(guī)�？茖W(xué)計(jì)算會(huì)產(chǎn)生大量的中間數(shù)據(jù)，可能會(huì)有持續(xù)的大數(shù)據(jù)量訪問(wèn)，因此在實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化的過(guò)程中，必須建立高效、智能的調(diào)度策略來(lái)滿足具有不同I/O特點(diǎn)的應(yīng)用需求。
(5)容災(zāi)備份
SAN虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)必須能以較小的花費(fèi)實(shí)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(shí)候能夠?qū)p失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。
(6)儲(chǔ)設(shè)備統(tǒng)一管理
由于SAN存儲(chǔ)設(shè)備異地、異構(gòu)的特性，要求虛擬化技術(shù)提供存儲(chǔ)設(shè)備的統(tǒng)一管理界面，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一分配和維護(hù)。
3 SAN虛擬化實(shí)現(xiàn)方案
在現(xiàn)有的SAN虛擬化解決方案中，根據(jù)其實(shí)現(xiàn)方式的不同，主要可以分為三個(gè)層次:基于主機(jī)的虛擬化;基于存儲(chǔ)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(duì)稱式及非對(duì)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(gè)層次上實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化，實(shí)現(xiàn)方式本身的特點(diǎn)決定了它們不可能解決SAN虛擬化過(guò)程中需要解決的所有問(wèn)題。
由于SAN虛擬化過(guò)程中需要解決很多問(wèn)題，如果只是在主機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)虛擬化，則很難同時(shí)解決這些問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，我們提出了新的虛擬化實(shí)現(xiàn)方案，即通過(guò)主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)設(shè)備三個(gè)層次共同合作的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化功能。根據(jù)“誰(shuí)的工作誰(shuí)負(fù)責(zé)”的原則，每個(gè)虛擬化層次負(fù)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(guò)跨層次方式首先的。
我們首先引入一種中間語(yǔ)言ILoS(Inter-Language of SAN)來(lái)解決不同產(chǎn)品的異構(gòu)性。主機(jī)上的虛擬化組件負(fù)責(zé)把應(yīng)用I/O請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為ILoS，存儲(chǔ)設(shè)備前端的虛擬化組件則負(fù)責(zé)將ILoS轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)設(shè)備所能理解的語(yǔ)言，進(jìn)行I/O操作。SAN虛擬化過(guò)程中所有其他的管理工作都是基于ILoS語(yǔ)言實(shí)施。利用ILoS可以最小的代價(jià)屏蔽主機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備的異構(gòu)特性，如主機(jī)有m種環(huán)境，存儲(chǔ)設(shè)備共有n種，則只需要(m+n)個(gè)操作轉(zhuǎn)換組件則可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)產(chǎn)品之間的互連和訪問(wèn)。圖1給出了SAN實(shí)現(xiàn)虛擬化后部分功能的實(shí)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(chǔ)位置。在實(shí)現(xiàn)虛擬化的SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)中，主機(jī)中的虛擬化組件將應(yīng)用I/O請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為ILoS語(yǔ)言，同時(shí)負(fù)責(zé)確定相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地點(diǎn)，即所在的存儲(chǔ)設(shè)備(通常為RAID)的編號(hào)，由網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)確定相應(yīng)存儲(chǔ)設(shè)備地點(diǎn)并傳遞操作指令。也就是說(shuō)，由主機(jī)層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)同實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)中的定位邏輯屏蔽存儲(chǔ)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(fù)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(chǔ)和備份也需要通過(guò)ILoS語(yǔ)言來(lái)屏蔽設(shè)備異構(gòu)性，利用交換機(jī)將數(shù)據(jù)在SAN之間的網(wǎng)絡(luò)上傳輸，在實(shí)現(xiàn)快速備份的同時(shí)不影響整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能。ILoS語(yǔ)言以完全一致的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)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(guò)網(wǎng)絡(luò)層和存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地、異地快速備份。
通過(guò)ILoS實(shí)現(xiàn)SAN虛擬化，使應(yīng)用系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。對(duì)于現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)，僅需要在主機(jī)層的后端和存儲(chǔ)設(shè)備的前端添加虛擬化組件，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用環(huán)境操作語(yǔ)言與ILoS之間的轉(zhuǎn)換。對(duì)于新開(kāi)發(fā)的應(yīng)用，則能保證其良好的可擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)管理與升級(jí)。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文簡(jiǎn)單介紹了存儲(chǔ)虛擬化內(nèi)容及主要虛擬化實(shí)現(xiàn)技術(shù)，重點(diǎn)分析了SAN虛擬化過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，并提出了一種新的SAN虛擬化實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò)ILoS，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備異構(gòu)、異地等特性對(duì)用戶透明，實(shí)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(wèn)題，保證應(yīng)用系統(tǒng)具有良好的集成和擴(kuò)展能力。
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本文標(biāo)題：一種SAN存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)現(xiàn)方案
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