基于存储虚拟化的容灾技术研究.docx

基于存储虚拟化的容灾技术研究/topic/thread-830889.html2008年6月【摘 要】本文着重分析基于存储虚拟化的容灾技术研究，覆盖目前业界主流存储虚拟化方案，分别从存储网络层、主机/服务器层和存储系统层进行分析，本文对选择确认基于存储虚拟化的容灾方案时选 择方案的工作层次和技术有较好的指导意义。【关键词】存储虚拟化、容灾1 引言容灾（Disaster Recovery）是指为了保证关键业务和应用在经历各种灾难后，仍然能够最大限度的提供正常服务的所进行的一系列系统计划及建设行为。典型的灾难事件是自然灾难，如火灾、洪水、地震、飓风、龙卷风、台风等，还有其它如原先提供给业务运营所需的服务中断，如设备故障、软件错误、电信网络中断和电力故障等等。此外，人为的因素往往也会酿成大祸，如操作员错误、破坏、植入有害代码和恐怖袭击。容灾是一个宏观的概念，通常大家所说的灾备、灾难恢复等只是容灾的一部分，或者说是容灾发展历程中的某一阶段。容灾行业的起源和发展是计算机技术发展的必然产物，同时也反映了信息化系统及数据对个人、企业、国家的重要性。容灾的实质是确保永不停顿的业务运营，容灾的最终建设目标是保证业务连续性。2 基于存储虚拟化的容灾技术分类应用于容灾工程的技术统称为容灾技术。对于不同的IT业务系统，应该选择不同的容灾技术。每种容灾技术都有自身的技术特点和某些应用局限性，通过对容灾技术的分类，有助于在容灾工程设计中选择最适用的容灾解决方案。最好的容灾方案是综合考虑不同层次的恢复方案，以最少的投资换取最大的收益，只使用一种方法、一种技术是不可能满足企业中所有应用的需求。容灾系统的关键就是远程生产数据的自动复制，容灾技术实现的关键就是确保业务数据的完整性、连续性，实时性和可恢复性。容灾技术从实现远程复制功能的设备分布可大体分为三层，分别为服务器层、网络层和存储层。本文重点阐述的是基于网络层的容灾技术，例如目前业界流行的存储虚拟化技术。图2.1是SNIA （国际存储网络工业协会）发布的关于存储虚拟化的分类，SNIA认为存储的虚拟化并不局限于某项特别的产品功能，需要从不同的角度和不同的层面进行完整、详尽的描述。SNIA提供的存储虚拟化模型，主要从以下三个角度来讨论：1. 虚拟化什么，针对不同的存储设备和数据形态，有多种形式的虚拟化资源： 虚拟数据块，例如建立在文件系统或内存上的块设备； 虚拟磁盘或者SCSI的LUN，在内存、磁带机/库、硬盘上建立虚拟磁盘设备 虚拟磁带或磁带库，利用磁盘、磁带机/库或者内存建立虚拟的磁带设备。在主机系统(Mainfame)中已经利用磁盘或内存来做虚拟磁带，或者作为磁带库的前置缓冲，以提高备份速度。 虚拟文件系统，跨越多个文件系统建立一个虚拟文件系统，或者在现有文件系统上增加文件系统的功能（例如不同文件系统的访问协议，NFS、CIFS）。2. 在哪里虚拟化，存储虚拟化可以在不同的层面上进行： 主机/服务器 存储网络(交换机/存储专用设备Appliance) 存储系统- 智能阵列控制器3. 如何进行虚拟化，根据数据流与虚拟化引擎的相对关系，可以分为以下两种： In-Band ，也称作对称模式，是目前使用最多的方式，它可以在存储系统、网络、主机、文件系统上实现。 Out-of-Band ，也称作非对称模式，需要在存储网络（SAN）上实现。图2.1 SNIA组织定义的存储虚拟化分类存储虚拟化技术的实现方式通常分为以下几种：基于存储网络(交换机/存储专用设备Appliance)，基于存储系统、以及基于主机/服务器的存储虚拟化的方案。 基于存储网络的存储虚拟化方案，包括两大类： 基于存储专用设备Appliance：例如IBM SVC、FalconStor IPStor、LSI Logic（StoreAge）SVM、DataCore SANsymphony； 基于网络交换层的存储虚拟化方案，例如EMC Invista、Incipient iNSP、Fujitsu Eternus； 基于主机/服务器的存储虚拟化方案，例如Symantec VERITAS Volume Manager、HP OpenView Storage Virtual Replicator。 基于存储系统的存储虚拟化方案，例如HDS TagmaStore、Sun StorEdge 6920。存储虚拟化技术的发展，加强了基于网络的存储管理，由存储虚拟化系统的管理平台负责存储池内所有数据逻辑卷的管理，安装在存储虚拟化管理平台上的数据复制软件，组成存储虚拟化系统虚拟逻辑卷之间复制的容灾解决方案。基于存储虚拟化的容灾解决方案与存储子系统的类型和业务系统服务器的平台无关，具有较好的灵活性，适合作为多业务系统数据中心的容灾解决方案。2.1基于存储网络的存储虚拟化方案图2.2基于存储网络的存储虚拟化方案实现远程数据复制的示意图基于存储网络的存储虚拟化方案，包括两大类：（1）基于网络交换层的存储虚拟化方案，例如EMC Invista、Incipient iNSP、Fujitsu Eternus；（2）基于存储专用设备Appliance的虚拟化引擎：例如IBM SVC、FalconStor IPStor、LSI Logic（StoreAge）SVM、DataCore SANsymphony。基于存储网络的存储虚拟化方案实现远程数据复制的示意图如图2.2所示。基于网络交换层的存储虚拟化方案，将存储虚拟化的功能模块嵌入于交换机的固件中或者放在附属于交换机的单独的服务器上，由于并不要求在每一台主机上都运行存储虚拟化功能软件，基于交换机的存储虚拟化系统以软件方式提供管理功能模块，这种方法不存在基于设备或基于主机环境中可能需遇到的安全性问题。同时，在异构环境中也能提供更多的互操作性。但是，交换机仍然是一个瓶颈，也可能成为故障的敏感点。当然，如果不在意较高的附加费用，可以引入备用交换机，用于数据通道上的故障接替。基于虚拟化引擎的存储虚拟化方案，是采用一种被称作SAN Appliance 的专用存储管理服务器来完成虚拟化工作。它们将多个物理磁盘系统组合成大的存储空间或者把它们分割成小的存储单元，并根据主机对容量、速度和可用性的要求，将这些存储单元分配给主机使用。目前市场上的SAN Appliances 专用存储服务器，或是建立在某种专用的平台上，或是在标准的Windows, Unix和 Linux 服务器上配合相应的虚拟化软件而构成。在这种模式下，因为所有的数据访问操作都与SAN Appliance相关，所以必须避免它的单点故障。所以在实际应用当中，SAN Appliance 通常都是冗余配置的。基于虚拟化引擎互联设备的虚拟化方法能够在专用服务器上运行，使用标准操作系统，例如Windows、Sun Solaris、Linux或供应商提供的操作系统。这种方法运行在标准操作系统中，具有基于主机方法的诸多优势易使用、设备便宜。许多基于设备的虚拟化提供商也提供附加的功能模块来改善系统的整体性能，能够获得比标准操作系统更好的性能和更完善的功能，但需要更高的硬件成本。但是，基于虚拟化引擎的方法需要一个运行在主机上的代理软件或基于主机的适配器，任何主机的故障或不适当的主机配置都可能导致访问到不被保护的数据。同时，在异构操作系统间的互操作性仍然是一个问题。2.2基于主机/服务器的存储虚拟化方案图2.3基于主机/服务器的存储虚拟化方案实现远程数据复制的示意图如果仅仅需要单个主机服务器（或单个集群）访问多个磁盘阵列，就可以使用基于主机的存储虚拟化技术。此时虚拟化的工作通过特定的软件在主机服务器上完成，而经过虚拟化的存储空间可以跨越多个异构的磁盘阵列。基于主机/服务器的存储虚拟化方案实现远程数据复制的示意图如图2.3所示。在服务器上实现的虚拟存储一般是通过逻辑卷管理（Volume Manager）来完成，主机只需要处理逻辑卷，而不用去管理存储设备的物理参数。基于主机系统的虚拟存储技术使得主机文件系统与数据库结合紧密，允许在线调整磁盘容量，而不需要将数据库关闭。这种虚拟存储技术能够分配容量并控制对存储的访问。这种机制允许对跨多个地区的存储设备进行集中管理，并与多台主机共享，适合于那些主机操作平台比较单一的存储用户与基于存储的虚拟化相比，逻辑卷管理器不一定需要SAN结构。但是由于历史原因以及目前占统治地位的直连式存储模式，这种基于主机的虚拟化仍然是最流行的方式。逻辑卷管理器既可能是操作系统的一部分，也可能是某个独立的软件，它在主机上建立一个虚拟层，通过这个虚拟层，物理磁盘或者LUN被组织成逻辑磁盘组和逻辑卷。因为不需要任何附加硬件，基于主机的虚拟化方法最容易实现，其设备成本最低。使用这种方法的供应商趋向于成为存储管理领域的软件厂商，而且目前已经有成熟的软件产品。这些软件可以提供便于使用的图形接口，方便地用于SAN的管理和虚拟化，在主机和小型SAN结构中有着良好的负载平衡机制。从这个意义上看，基于主机的存储虚拟化是一种性价比不错的方法。基于主机进行虚拟化的最大优点是其久经考验的稳定性，以及对异构存储系统的开放性。它与文件系统共同存在于主机上，便于二者的紧密结合以实现有效的存储容量管理。卷和文件系统可以在不停机的情况下动态扩展或缩小。基于主机的虚拟存储依赖于代理或管理软件，它们安装在一个或多个主机上，实现存储虚拟化的控制和管理。由于控制软件是运行在主机上，这就会占用主机的处理时间，在某些情况下，会较大地影响服务器本身的应用性能。因此，这种方法的可扩充性较差，实际运行的性能不是很好。基于主机/服务器的存储虚拟化方案的代表厂商包括Symantec VERITAS Volume Manager、HP OpenView Storage Virtual Replicator。2.3基于存储系统的存储虚拟化方案图2.4基于存储系统的存储虚拟化方案实现远程数据复制的示意图基于存储系统的存储虚拟化方案实现远程数据复制的示意图如图2.4所示。基于存储设备的存储虚拟化方法依赖于提供相关功能的存储模块。智能的阵列控制器提供数据块级别的整合，同时还提供一些附加的功能，例如：LUN Masking,缓存，即时快照、数据复制等。配合使用不同的存储系统，这种基于存储设备的虚拟化模式可以实现性能的优化。如果没有第三方的虚拟软件，基于存储的虚拟化经常只能提供一种不完全的存储虚拟化解决方案。对于包含多厂商存储设备的SAN存储系统，这种方法的运行效果并不是很好。依赖于存储供应商的功能模块将会在系统中排斥JBOD（Just a Bunch of Disks，简单的硬盘组）和简单存储设备的使用，因为这些设备并没有提供存储虚拟化的功能。当然，利用这种方法意味着最终将锁定某一家单独的存储供应商。基于存储的虚拟化方法也有一些优势：在存储系统中这种方法较容易实现，不依赖于某个特定主机，能够支持异构的主机系统。，容易和某个特定存储供应商的设备相协调，所以更容易管理，同时它对用户或管理人员都是透明的。但是，我们必须注意到，因为缺乏足够的软件进行支持，这就使得解决方案更难以客户化（customzing）和监控。这种虚拟化方案又是个专用私有的方案，不能够跨越各个存储设备间的限制，无法打破设备间的不兼容性。基于存储