虛擬化實現(xiàn)是機(jī)遇三個層次：主機(jī) 存儲和網(wǎng)絡(luò)

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運行在服務(wù)器上的虛擬化軟件需要占用服務(wù)器的CUP、內(nèi)存、帶寬等開銷，對操作系統(tǒng)的依賴性較大，使得虛擬化系統(tǒng)不能兼容不同的平臺，移植性較差。但是基于主機(jī)的虛擬化最容易實現(xiàn)的，一般只需在應(yīng)用服務(wù)器端安裝卷管理驅(qū)動模塊就可以完成存儲虛擬化的過程，具有成本低、同構(gòu)平臺下性能高的特點。

存儲設(shè)備的虛擬化一般在存儲設(shè)備的控制器中實現(xiàn)，又稱為存儲控制器的虛擬化。由于該虛擬化的實現(xiàn)方法直接面對具體的物理設(shè)備，在性能上達(dá)到最優(yōu)，由于該虛擬化邏輯被集成到設(shè)備內(nèi)部，存儲虛擬化的管理簡單方便而對用戶透明，但由于這種虛擬化技術(shù)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般只適用于特定廠商的產(chǎn)品，異構(gòu)產(chǎn)品間很難實現(xiàn)存儲級聯(lián)，所以這種存儲虛擬化產(chǎn)品的可擴(kuò)展性易受到限制。另外，由于廠商的限制，用戶對存儲設(shè)備的選擇面也很窄，如果沒有第三方的虛擬化軟件提供底層屏蔽服務(wù)從而實現(xiàn)存儲級聯(lián)和擴(kuò)展，則該系統(tǒng)的擴(kuò)展性就很差，但近期也有一些研究成果采用基于目錄的虛擬化方式”來克服這些不足。

網(wǎng)路的虛擬存儲化技術(shù)是當(dāng)前存儲虛擬化的主流技術(shù)，它當(dāng)前在商業(yè)上具有較多的成功產(chǎn)品。典型的網(wǎng)絡(luò)虛擬存儲技術(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)附加存儲NAS(Network Attached Storage)和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN(Storage Area Network)。由于這兩種系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)管理的方式不同，所以NAS主要應(yīng)用于以文件共享為基礎(chǔ)的虛擬存儲系統(tǒng)中，而SAN主要應(yīng)用在以數(shù)據(jù)庫應(yīng)用為主的塊級別的數(shù)據(jù)共享領(lǐng)域。存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存儲的主流技術(shù)。虛擬化存儲的實現(xiàn)可以分布在從主機(jī)到存儲設(shè)備之間路徑的不同位置上，由此可把基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化細(xì)分為基于交換機(jī)的虛擬化、基于路由器的虛擬化、基于存儲服務(wù)器端的虛擬化。

交換機(jī)的虛擬化是通過在交換機(jī)中嵌入固件化的虛擬化模塊層來實現(xiàn)的，由于在交換機(jī)中集成有交換和虛擬化功能，交換機(jī)很容易成為系統(tǒng)的瓶頸，并可能產(chǎn)生單點故障。不過這種結(jié)構(gòu)不需要在服務(wù)器上安裝虛擬化軟件，可以減少應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載，也沒有基于存儲設(shè)備或者主機(jī)環(huán)境的安全性問題，在異構(gòu)環(huán)境下有較好的互操作性。

路由器的虛擬化是將虛擬化模塊集成到路由器中，使存儲網(wǎng)絡(luò)的路由器既具有交換機(jī)的交換功能，同時具有路由器的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，它把存儲虛擬化的范圍由局域網(wǎng)范圍內(nèi)的虛擬存儲擴(kuò)展到了廣域虛擬存儲。近年來，基于路由器的虛擬化技術(shù)得到了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，例如基于iSCSI的虛擬存儲技術(shù)等，它為廣域網(wǎng)下的云存儲夯實了底層結(jié)構(gòu)。

專用元數(shù)據(jù)的虛擬化是在存儲網(wǎng)絡(luò)中接入一臺專用的元數(shù)據(jù)服務(wù)器來完成存儲虛擬化工作，屬于帶外虛擬化方法。元數(shù)據(jù)服務(wù)器提供基于網(wǎng)絡(luò)虛擬存儲服務(wù)，它負(fù)責(zé)映射不同的物理設(shè)備，形成整個虛擬設(shè)備存儲池的全局統(tǒng)一數(shù)據(jù)視圖，并負(fù)責(zé)與駐留在各個應(yīng)用服務(wù)器上的虛擬化代理軟件進(jìn)行通信，各應(yīng)用服務(wù)器上的虛擬代理軟件負(fù)責(zé)管理存儲訪問視圖和I/O通信并實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問重定向;該代理軟件具有實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速緩存和數(shù)據(jù)預(yù)存取功能，并具有維護(hù)本地存儲視圖和元數(shù)據(jù)的功能，可以緩存和暫存本地存取的元數(shù)據(jù)信息，并保持與專用元數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)一致性，通過數(shù)據(jù)訪問的局部性減少訪問元數(shù)據(jù)服務(wù)器的次數(shù)從而可以顯著的提高存儲吞吐率。

局域網(wǎng)的虛擬化技術(shù)也稱為基于IP存儲虛擬化，它是當(dāng)前在虛擬存儲領(lǐng)域最活躍的研究熱點之一?；贗P存儲虛擬化技術(shù)產(chǎn)生很多成功產(chǎn)品，特別是10GB/S以太網(wǎng)的出現(xiàn)，更是加速了局域網(wǎng)虛擬化的快速發(fā)展，其中支持局域網(wǎng)的協(xié)議包括FCP，iFCP，SCSI，iSCSI，vSCSI，InfiniBand等，它們都是基于TCP/IP的數(shù)據(jù)存儲訪問協(xié)議(如圖4所示)。

網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模虛擬存儲技術(shù)將是今后一段時間內(nèi)虛擬存儲化技術(shù)的主要研究熱點，其中基于iSCSI協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)存儲被認(rèn)為是繼續(xù)推動存儲區(qū)域網(wǎng)(SAN)快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，該協(xié)議通過IP協(xié)議封裝SCSI命令，把大型存儲設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，使基于iSCSI的存儲訪問協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)上，從而實現(xiàn)獨立于地理位置的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)檢索;特別是10Gb以太網(wǎng)的迅速普及和縮短訪問延遲的遠(yuǎn)程內(nèi)存直接訪問技術(shù)(RDMA)的快速發(fā)展，將會加速基于IP的虛擬存儲技術(shù)的進(jìn)一步快速發(fā)展。

互聯(lián)網(wǎng)的虛擬化是存儲技術(shù)的最高形式。它采用集群技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)、覆蓋網(wǎng)技術(shù)、P2P技術(shù)以及分布式文件系統(tǒng)等技術(shù)實現(xiàn)將全球范圍內(nèi)不同類型的存儲設(shè)備通過虛擬化技術(shù)整合起來，向外提供統(tǒng)一的虛擬內(nèi)存和硬盤的功能。雖然基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬化的發(fā)展還處在起步階段，但一些研究成果已經(jīng)顯現(xiàn)，如由Jun Wang，Xiaoyu Yao等人提出的基于成熟的TCP/IP協(xié)議的SAN技術(shù)，采用iSCSI協(xié)議及分層緩存機(jī)制實現(xiàn)對基于廣域網(wǎng)的存儲服務(wù)器的高速訪問?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的存儲虛擬化(例如存儲云)實際上是一種為用戶提供存儲服務(wù)的虛擬化技術(shù)。

實現(xiàn)存儲虛擬化系統(tǒng)的關(guān)鍵是實現(xiàn)眾多異構(gòu)存儲設(shè)備到統(tǒng)一虛擬存儲資源的視圖映射，通常在用戶和存儲設(shè)備路徑上加入存儲管理部件來實現(xiàn)虛擬化，它屏蔽了不同類型、不同特性的物理設(shè)備，實現(xiàn)大量異構(gòu)存儲資源的整合，向用戶提供方便訪問、任意劃分、在線擴(kuò)容、安全穩(wěn)定的虛擬存儲系統(tǒng)。.實現(xiàn)虛擬化存儲系統(tǒng)需要解決的一些關(guān)鍵技術(shù)包括：

異構(gòu)存儲介質(zhì)的互聯(lián)和統(tǒng)一管理。存儲虛擬化的核心任務(wù)是兼容多種屬性的存儲設(shè)備，屏蔽它們間不同的物理特性并向用戶提供統(tǒng)一的虛擬邏輯設(shè)備訪問方式，由網(wǎng)絡(luò)連接的各種物理存儲設(shè)備以虛擬卷的形式向用戶呈現(xiàn)，而用戶關(guān)注的是存儲容量和數(shù)據(jù)安全策略，而存儲容量的物理分配則對用戶透明的，存儲虛擬化管理系統(tǒng)及其所兼容的協(xié)議屏蔽了連接到存儲網(wǎng)絡(luò)中的各類設(shè)備的差異性，簡化了邏輯存儲設(shè)備的管理、配置和分配，并向用戶提供在線劃分、擴(kuò)展、配置存儲和在線增加與更替存儲設(shè)備的虛擬化存儲管理技術(shù)。

數(shù)據(jù)的共享沖突與一致性。數(shù)據(jù)共享是存儲虛擬化的主要功能之一，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲對數(shù)據(jù)共享訪問提出了很高的要求，存放在不同物理存儲器中的數(shù)據(jù)拷貝為操作系統(tǒng)間及操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)倉庫問的數(shù)據(jù)共享帶來便利，但同時必須仔細(xì)設(shè)計鎖機(jī)制算法、備份分發(fā)算法以及緩存一致性技術(shù)來保證數(shù)據(jù)的完整性。

數(shù)據(jù)的透明存儲和容錯容災(zāi)策略。數(shù)據(jù)的透明訪問需要虛擬存儲屏蔽存儲設(shè)備的物理差異性，由系統(tǒng)按照資源的特性及用戶的需求自動調(diào)度和利用存儲資源，便于用戶在邏輯卷的基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制、鏡像、備份以及實現(xiàn)虛擬設(shè)備級的數(shù)據(jù)快照等功能。虛擬存儲系統(tǒng)必需按照數(shù)據(jù)的安全級別建立容錯和容災(zāi)機(jī)制，以克服系統(tǒng)的誤操作、單點失效、意外災(zāi)難等因素造成的數(shù)據(jù)損失。系統(tǒng)必需對用戶透明地的實現(xiàn)多種機(jī)制下的數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)系統(tǒng)容錯和災(zāi)難預(yù)警及自動恢復(fù)等策略。

性能優(yōu)化和負(fù)載均衡。存儲系統(tǒng)應(yīng)該從全局的觀點并根據(jù)不同存儲設(shè)備的特性來優(yōu)化存儲系統(tǒng)，應(yīng)該根據(jù)不同存儲的存儲響應(yīng)時問、吞吐率和存儲容量來安排多級存儲體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多級高速緩存和數(shù)據(jù)預(yù)取功能。根據(jù)用戶的需求安排不同的存儲策略實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的按需存取，仔細(xì)設(shè)計I/O均衡策略，根據(jù)具體的物理設(shè)備合理分配用戶的I/O請求，使用條帶化方法、數(shù)據(jù)分塊、時空負(fù)載區(qū)分、數(shù)據(jù)主動存取和數(shù)據(jù)的過預(yù)取策略來提高數(shù)據(jù)的訪問效率，為了進(jìn)一步提高訪問效率，也可以采用基于存儲對象的存儲主動服務(wù)策略來提高數(shù)據(jù)的主動預(yù)測服務(wù)。

數(shù)據(jù)的安全訪問策略?；诰W(wǎng)絡(luò)的存儲必需對訪問加以控制，數(shù)據(jù)被越權(quán)訪問和惡意攻擊是虛擬存儲系統(tǒng)必需要避免的，透明的存儲服務(wù)所帶來的數(shù)據(jù)安全性必需由虛擬化管理軟件來實現(xiàn)，其實現(xiàn)安全訪問的策略是多樣的，如基于密鑰的認(rèn)證管理及數(shù)據(jù)加密策略，以及在存儲體之上增加一層可信的管理層節(jié)點等都是可行的方法。

高可靠性和可擴(kuò)展性。高可靠和可擴(kuò)展性是虛擬存儲系統(tǒng)必需具備的特性，系統(tǒng)應(yīng)該采用高效的故障預(yù)測、故障檢測、故障隔離和故障恢復(fù)技術(shù)來保證系統(tǒng)的高可靠性。虛擬存儲系統(tǒng)應(yīng)該在不中斷正常存儲服務(wù)的前提下實現(xiàn)對存儲容量和存儲服務(wù)進(jìn)行任意擴(kuò)展，透明的添加和更替存儲設(shè)備，虛擬存儲系統(tǒng)還應(yīng)該具有自動發(fā)現(xiàn)、安裝、檢測和管理不同類型存儲設(shè)備的能力。