虚拟存储技术研究

1、第7卷第5期漯河职业技术学院学报Vol .7No 152008年9月Journal of Luohe Vocati onal Technol ogy CollegeSep 12008 收稿日期:2008-04-28作者简介:雷燕(1975-,女,商丘职业技术学院讲师,武汉大学硕士在读,高级程序员,研究方向:计算机应用、海量存储。虚拟存储技术研究雷燕,吕后坤(商丘职业技术学院,河南商丘476000摘要:从虚拟存储的基本概念入手,论述了虚拟存储的功能、体系结构及其实现方式,并对虚拟存储在现实中的应用做了进一步的分析探讨。关键词:虚拟存储;网络存储;虚拟存储系统中图分类号:TP333196文献标识码

2、:A 文章编号:1671-7864(200805-0049-02随着计算机应用的快速发展,存储系统在硬件和软件方面都已经从主机系统中脱离出来,成为完全独立的系统。存储系统的可连接性、可持续性和具有多种软件功能的三大特点,导致了存储系统管理的复杂性,虚拟存储技术也由此应运而生。1虚拟存储的概念及其功能1.1虚拟存储的概念虚拟存储(St orage V irtualizati on 是指将多个物理上独立存在的存储体通过软硬件的手段集中管理起来,形成一个逻辑上的虚拟存储单元供主机访问,这个虚拟逻辑单元的存储容量是各物理存储体的存储容量之和,而它的访问带宽则接近各个物理存储体的访问带宽之和。虚拟存储实

3、际上是逻辑存储,把物理设备变成完全不同的逻辑镜像呈现给用户,既充分利用了物理设备的高性能、高可用的优势,又打破了物理设备本身不可克服的局限性。从用户角度来看,它是使用存储空间而不是物理存储硬件,是管理存储空间而不是物理存储部件。1.2虚拟存储的功能虚拟存储可以适应和包容丰富多样、迅速发展的存储设备,具备为异构服务器和客户机提供服务的能力。因此,虚拟存储系统必须具备以下功能:(1存储协议的自由转换,如从S CSI 到光纤通道协议或从SS A 到光纤通道协议,能够支持异构存储和服务器环境。(2支持高可用性和高性能的S AN 存储配置,例如指定主从镜像和空闲驱动器、产生合成式驱动器、连接多个存储子系

4、统构成单一驱动器、实现集中式管理以及灵活的存储容量扩充。(3具有可视性和可管理性,能够在更新和恢复等突发事件发生时及时通知管理员。(4通过T CP /I P 网络实现路由镜像、快照和异步远程拷贝等数据复制操作。2虚拟存储的结构2.1对称式虚拟存储结构对称式虚拟存储结构中,存储控制设备(HST D 与存储池子系统集成在一起,组成S ANApp liance 。如图1所示。图1中,存储控制设备HST D 在主机与存储池数据交换的过程中起到核心作用。此方案的虚拟存储过程为:由HST D 内嵌的存储管理系统将存储池中的物理硬盘虚拟为逻辑存储单元(LUN ,并进行端口映射,主机端将各可见的存储单元映射为

5、操作系统可识别的盘符。当主机向S ANApp li 2ance 写入数据时,用户只需要将数据写入位置指定为自己映射的盘符(LUN ,HST D 中的存储管理系统自动完成目标位置由LUN 到物理硬盘的转换,在此过程中用户见到的只是虚拟逻辑单元,而不关心每个LUN 的具体物理组织结构。图1对称式虚拟存储结构图50漯河职业技术学院学报2008年2.2非对称式虚拟存储结构非对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备独立于数据传输路径之外,控制路径与数据路径分开,如图2所示。 图2非对称式虚拟存储结构图由图2可见,网络中的每一,其中主机的数据路径通过FC ;虚拟存储设备对网络上连接的磁盘阵列进行虚拟化操作,

6、将各存储阵列中的LUN 虚拟为逻辑带区集(Stri p ,并对网络上的每一台主机指定对每一个Stri p 的访问权限(可写、可读、禁止访问。当主机要访问某个Stri p 时,首先要访问虚拟存储设备,读取Stri p 信息和访问权限,然后再通过交换设备访问实际的Stri p 中的数据。在此过程中,主机只会识别到逻辑的Stri p,而不会直接识别到物理硬盘。3虚拟存储的主要方法3.1基于主机的虚拟存储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。因为有可能导致不经意间越权访问到受保护的数据,该方法有可能影响到系统的稳定性和安全性,另外,一个主机的故

7、障可能影响整个S AN 系统中数据的完整性。软件控制的存储虚拟化还可能由于不同存储厂商软硬件的差异而带来不必要的互操作性开销,所以这种方法的灵活性也比较差。3.2基于存储设备的虚拟存储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。如果没有第三方的虚拟软件,该方法只能提供一种不完全的存储虚拟化解决方案。而依赖于存储供应商的功能模块将会在系统中排斥JBODS (Just a Bunch of D isks,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。3.3基于网络的虚拟存储基于网络的虚拟存储是在网络

8、设备之间实现存储虚拟化功能,具体来说有以下几种方式:(1基于互联设备的虚拟。基于互连设备的虚拟功能模块能够在专用服务器中运行于标准操作系统之上,具有基于主机的虚拟方式的诸多优势,如易使用、设备便宜等,但也继承了基于主机的虚拟方式的一些缺陷,因为基于互连设备的虚拟方式仍然需要运行于主机的代理软件或基于主机的适配器之上,任何主机的故障或不适当的主机配置都可能导致访问到未受保护的数据。同时,在异构操作系统间的互操作性仍是一个问题。(2基于交换机的虚拟。其虚拟方式是把虚拟功能模块嵌入交换机的固件或放置在附属于交换机的服务器上。由于并不要求在每台主机上都运行虚拟功能模块,因此该方式不存在基于设备或基于主

9、机虚拟存储环境中可能遇到的安全性问题。同时,在异构环境中也能提供更好的互操作性。(3基于路由器的虚拟。其虚拟方式是在路由器固件上实现虚拟存储功能。相对于基于主机和大多数基于互连设备的虚拟方式,该方式性能更好,效果更佳,具有更好的安全性。当连接主机到存储网络的路由器出现故障时,可能导致主机中的数据不能被访问,但只有连接在故障路由器的主机才受影响,其它主机仍可通过其它路由器访问存储系统,进而通过冗余路由器支持动态多路径,解决上述故障。由于路由器常作为协议转换的桥梁,因此基于路由器的虚拟方式也可为异构操作系统和多供应商存储环境提供更好的互操作性。4虚拟存储的应用由于虚拟存储具有的优点,虚拟存储技术正

10、逐步成为共享存储管理的主流技术,其具体应用主要如下:(1数据镜像。数据镜像就是通过双向同步或单向同步模式在不同的存储设备间建立数据复本。一个合理的解决方案应该能在不依靠设备生产商及操作系统支持的情况下,提供在同一存储阵列及不同存储阵列间制作镜像的方法。(2数据复制。通过I P 地址实现的远距离数据迁移对于不同规模的企业来说,都是一种极为重要的数据灾难恢复工具。好的解决方案不应当依赖特殊的网络设备支持,同时也不应当依赖主机。(3实时数据复本。出于测试、拓展及汇总或一些别的原因,企业经常需要制作数据复本。(4实时数据恢复。数据管理工作中一个重要的发展新方向是将近期内的备份数据(可以是数星期前的历史数据转移到磁盘介质。用磁盘恢复数据就象闪电般迅速(所有文件能在60