NAS虛擬化概述以及四種SAN虛擬化

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在短短的幾年內(nèi)，存儲虛擬化，也稱作虛擬塊，已經(jīng)在大企業(yè)中證明了它的價(jià)值，從昂貴的解決方案轉(zhuǎn)化成可以負(fù)擔(dān)得起的商品，相關(guān)文章見《利用對稱式虛擬存儲提高存儲效率》。作為一種標(biāo)準(zhǔn)特征，特別是在最保守的中端磁盤陣列中，存儲虛擬化為中小型企業(yè)的存儲管理帶來了新的發(fā)展。同時，來自頂級供應(yīng)商的專屬解決方案采用的集中數(shù)據(jù)管理給大企業(yè)帶來了最大的投資回報(bào)率。

存儲虛擬化在主機(jī)和物理存儲之間創(chuàng)造一個抽象層，當(dāng)SAN實(shí)施時，它為所有的塊級存儲提供一個單點(diǎn)管理。簡單來說，多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備構(gòu)成一個虛擬存儲池，在主機(jī)上表現(xiàn)為使用一套虛擬存儲卷。

此外，除了從不同陣列的物理磁盤創(chuàng)建存儲池外，存儲虛擬化還提供了非常廣泛的服務(wù)，以統(tǒng)一的方式交付。這些擴(kuò)展從基本的卷管理開始擴(kuò)展，包括LUN mApping，串聯(lián)、數(shù)量分組和條帶化，自動精簡配置，自動卷擴(kuò)展，和自動數(shù)據(jù)遷移，到數(shù)據(jù)保護(hù)和災(zāi)難恢復(fù)功能，包括快照和鏡像?？傊摂M化解決方案可以作為執(zhí)行管理存儲集中控制點(diǎn)，可以達(dá)到更高的SLA。

也許塊級虛擬化最重要的服務(wù)是非中斷數(shù)據(jù)遷移。對于大企業(yè)，移動數(shù)據(jù)是生活中的常事，由于舊設(shè)備的不再使用和新設(shè)備的聯(lián)機(jī)，存儲虛擬化可以在不中斷的情況下，把塊級數(shù)據(jù)從一個設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一個設(shè)備上。存儲管理員可以自行進(jìn)行日常維護(hù)，或者在不干預(yù)應(yīng)用和用戶的情況下替換年老的陣列。

四種SAN虛擬架構(gòu)

SAN的虛擬架構(gòu)中，有四種提供存儲虛擬化服務(wù)的方法：帶內(nèi)應(yīng)用，帶外應(yīng)用，混合方法即分離虛擬架構(gòu)法，以及基于控制器的虛擬化。所有的存儲虛擬化都必須具有三種基本的元素：維持一個虛擬磁盤和物理存儲，以及其他配置元數(shù)據(jù)映射;用于配置改變和存儲管理任務(wù)的執(zhí)行命令;在主機(jī)和存儲之間傳輸數(shù)據(jù)。在他們處理這三種單獨(dú)的路徑時，這四種架構(gòu)是不同的――元數(shù)據(jù)，控制器，數(shù)據(jù)路徑――在I/O架構(gòu)中。差異主要來源于性能和可擴(kuò)展性。

帶內(nèi)設(shè)備內(nèi)的元數(shù)據(jù)，控制器和數(shù)據(jù)路徑信息所有的都在一個單獨(dú)的設(shè)備中。換言之，元數(shù)據(jù)管理和控制功能共享數(shù)據(jù)路徑。這就表明繁忙的SAN存在一個瓶頸，因?yàn)樗械闹鳈C(jī)要求必須通過一個單控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。帶內(nèi)設(shè)備廠商加入了先進(jìn)的集群和緩存功能，解決了這一問題，其產(chǎn)品存在潛在的可伸縮性。如DataCore的SANsymphony，飛康的IPStor和IBM SAN卷控制器。

帶外應(yīng)用把元數(shù)據(jù)管理和控制應(yīng)用拉出數(shù)據(jù)路徑，把他們卸載到一個獨(dú)立的計(jì)算引擎上。這時必須在每個主機(jī)上安裝軟件代理。代理的任務(wù)是從數(shù)據(jù)流采集元數(shù)據(jù)和控制請求，然后把他們轉(zhuǎn)發(fā)給帶外應(yīng)用用于進(jìn)程，把主機(jī)解放出來，使其專注于數(shù)據(jù)傳輸。帶外應(yīng)用的唯一一個供應(yīng)商是LSI Logic,它的StorageAge產(chǎn)品既能在帶外也能用在分離路徑上使用。

一個分離(split)路徑系統(tǒng)利用智能交換機(jī)端口處理能力，卸載元數(shù)據(jù)以及從數(shù)據(jù)路徑控制信息。 和帶外設(shè)備不同，它的路徑是在主機(jī)分離，分離路徑系統(tǒng)在智能設(shè)備中分離數(shù)據(jù)，控制路徑。 分離路徑系統(tǒng)把元數(shù)據(jù)和控制信息傳送到一個帶外計(jì)算引擎，并將進(jìn)程和傳輸數(shù)據(jù)路徑信息傳送給存儲設(shè)備。 因此，分離路徑系統(tǒng)消除了主機(jī)代理的需求。

通常情況下，分離路徑虛擬化軟件將在智能交換機(jī)或內(nèi)置應(yīng)用內(nèi)應(yīng)用。 分離路徑虛擬控制器供應(yīng)商主要有EMC公司(Invista)，IncipIEnt和LSI(StoreAge SVM)。

陣列控制器一直是最常見的虛擬化服務(wù)部署的位置。 然而，虛擬化控制器通常虛擬內(nèi)部物理磁盤存儲系統(tǒng)。 這種情況正在改變。新的做法是，部署智能虛擬化設(shè)備可以使控制器上的內(nèi)部和外部存儲都實(shí)現(xiàn)虛擬化。 像帶內(nèi)設(shè)備，該控制器處理所有三種途徑：數(shù)據(jù)，控制和元數(shù)據(jù)。 這一新型基于控制器的虛擬化主要是日立的通用存儲平臺。

文件級虛擬化概述

和塊級虛擬化簡化了SAN管理一樣，文件虛擬化消除了企業(yè)級NAS系統(tǒng)的復(fù)雜性和局限性。 我們都承認(rèn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)急劇增長，并且IT很難控制那些數(shù)據(jù)，文件虛擬化這時幫了一個大忙。

文件虛擬化使物理文件服務(wù)器的基本細(xì)節(jié)和NAS設(shè)備抽象化，并跨那些物理設(shè)備創(chuàng)建了一個統(tǒng)一命名空間。 命名空間指的是目錄和文件及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 通常一個標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)，如NTFS文件系統(tǒng)，一個空間與一臺計(jì)算機(jī)或文件系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。通過把多文件系統(tǒng)和設(shè)備都統(tǒng)一到一個單獨(dú)的命名空間下，文件虛擬化提供了一個單一的文件和目錄，并為管理員提供了一個更易于管理數(shù)據(jù)的單控制點(diǎn)。

和存儲虛擬化帶來的好處一樣，文件虛擬化也可以在無間斷的情況下，把文件數(shù)據(jù)遷移到另一臺。存儲管理員可以在不影響用戶和應(yīng)用的前提下，進(jìn)行NAS設(shè)備的日常維護(hù)以及舊設(shè)備的廢棄。

當(dāng)文件虛擬化和集群技術(shù)相結(jié)合時，它的可擴(kuò)展性和性能都顯著提高。一個NAS集群可以提供數(shù)量級吞吐量(Mbps)命令和IOPS。高性能計(jì)算(高性能計(jì)算)應(yīng)用，如地震處理，視頻渲染，科研仿真，很大程度上依賴于文件虛擬化技術(shù)為用戶提供可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)訪問。

三種架構(gòu)方法，只有文件虛擬化還處于起步階段。不同廠商的方法適用于不同的使用模式，沒有放之四海而皆準(zhǔn)的。一般來說，你會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市場上三種不同的文件虛擬化方法：集成平臺的命名空間，集群存儲派生的命名空間和網(wǎng)絡(luò)虛擬的命名空間。

集成平臺的命名空間是主機(jī)文件系統(tǒng)的擴(kuò)展。它們提供了一個特定的平臺。 這一類型的命名空間非常適合多站點(diǎn)協(xié)作，但他們往往缺乏文件控制，因此他們就限制在單一文件系統(tǒng)或操作系統(tǒng)內(nèi)。 如博科StorageX，NFS v4和Microsoft分布式文件系統(tǒng)(DFS)。

集群存儲系統(tǒng)結(jié)合集群和先進(jìn)的文件系統(tǒng)技術(shù)，創(chuàng)建了一個可支持無限增多的NFS和CIFS請求的模塊化可擴(kuò)展系統(tǒng)。 這些集群系統(tǒng)是一個統(tǒng)一的，跨所有集群因素共享的命名空間。 集群存儲系統(tǒng)非常適合高性能應(yīng)用，把多文件服務(wù)器整合到一個單一的高可用性系統(tǒng)內(nèi)。 這些廠商主要包括Exanet，Isilon公司，NatApp公司(Data ONTAP GX)，惠普(PolyServe)公司。

網(wǎng)絡(luò)虛擬命名空間是由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(通常稱為網(wǎng)絡(luò)文件管理器)創(chuàng)建的。網(wǎng)絡(luò)文件管理器存在于客戶端和NAS設(shè)備之間。 基本上充當(dāng)路由器或交換機(jī)，這些設(shè)備在用戶和存儲之間展現(xiàn)一個虛擬的命名空間。 網(wǎng)絡(luò)虛擬命名空間非常適合用于分層存儲部署和其他的非中斷數(shù)據(jù)遷移情況。

總結(jié)：文件和塊存儲虛擬化可能是現(xiàn)在減輕數(shù)據(jù)風(fēng)暴最好的方法。 通過塊虛擬化和文件存儲環(huán)境，IT能夠取得更大的經(jīng)濟(jì)管理以及對異構(gòu)存儲系統(tǒng)的集中執(zhí)行和控制。 這些解決方案的道路是漫長和艱難的，但這些技術(shù)最終趕上了我們的需要。