虛擬化環(huán)境下的存儲管理工作分析

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存儲管理的發(fā)展有其自身的發(fā)展規(guī)律，并受到數(shù)據(jù)增長以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)的影響，諸如光纖通道、iSCSI和NFS，所有這些保障了存儲系統(tǒng)的集中化和標(biāo)準(zhǔn)化。

隨著虛擬化技術(shù)逐步成為服務(wù)器和桌面系統(tǒng)優(yōu)化的主流技術(shù)，存儲成為高擴(kuò)展性的虛擬化解決方案之中最為關(guān)鍵的部分。離開了集中化的存儲系統(tǒng)，一些關(guān)鍵特性，諸如在線的虛擬機(jī)遷移，就無從談起。

然而，雖然存儲使得用戶獲益頗多，其同樣為存儲和虛擬化管理員帶來了許多新的挑戰(zhàn)。服務(wù)器和其使用的存儲系統(tǒng)之間的關(guān)系由于虛擬化技術(shù)變得更為復(fù)雜。抽象層的出現(xiàn)使得存儲集中化的理念，比如邏輯單元號、RAID組，以及虛擬化對象的磁盤，比如虛擬磁盤驅(qū)動器（VHDs）和虛擬機(jī)驅(qū)動器（VMDKs）變得更加難以理解。存儲管理員必須有新的方式在虛擬化環(huán)境中為上層提供相應(yīng)的存儲資源。

關(guān)于挑戰(zhàn)

虛擬化帶來了新的操作上的麻煩。由于許多虛擬機(jī)可以存在于同一個存儲卷邏輯單元號中，虛擬服務(wù)器和虛擬桌面的I/O特性更為隨機(jī)，難以預(yù)測。通過一些特性，比如VMware公司的Storage vMotion以及Microsoft公司的Hyper-V Live Migration，今天Hypervisor能夠在虛擬機(jī)遷移時為存儲體系架構(gòu)提供大量的I/O吞吐量。同樣，由于虛擬機(jī)的拷貝、克隆及其它在環(huán)境之中的復(fù)制等操作，虛擬化會加強存儲的利用率。

我們同時還要考慮到許多大型企業(yè)中的運營結(jié)構(gòu)。隨著設(shè)備管理系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的增長，各種存儲、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫更趨向于分割成各個獨立的部分。存儲管理員過去或許可以只針對存儲而很少顧及其它體系架構(gòu)的部分。不過虛擬化改變了所有這一切，使得這些隔離的部件需要比過去任何時候更為集成起來。

策略的改變

在虛擬化環(huán)境中實現(xiàn)高效地存儲管理需要滿足兩項基本條件：容量和性能。當(dāng)然在非虛擬化環(huán)境中這兩項也非常之重要，性能是虛擬存儲設(shè)計中的首要考慮因素，對整個虛擬化體系架構(gòu)的運營會產(chǎn)生重要的影響。在非虛擬化環(huán)境中，單個邏輯單元號的延遲響應(yīng)一般只會影響連接其的某一臺主機(jī)；而一個支持眾多虛擬機(jī)的大型邏輯單元號的延遲影響會更為廣泛。尤其是在虛擬桌面體系架構(gòu)之中（VDI）。在這里，存儲管理員可以考慮以下一些策略。

應(yīng)用硬件加速和API。許多供應(yīng)商（包括頂尖的六家存儲供應(yīng)商：Dell、EMC、HP、HDS、IBM和NetApp）今天支持硬件層的虛擬I/O加速。其通過Hypervisor層中的API接口，比如vStorage APIs for Array Integration（VAAI），進(jìn)行部署。VAAI從Hypervisor卸除了一些“較重的”部分，讓存儲陣列以最佳方式來進(jìn)行核心操作，比如子LUN鎖定，卷拷貝以及數(shù)據(jù)清零。就在最近的vSphere5中，VMware補充了精簡回收特性，這使得Hypervisor可以從自動精簡配置的邏輯單元號中重新發(fā)布那些已經(jīng)刪除后的存儲，而非直接將數(shù)據(jù)寫入刪除后的數(shù)據(jù)塊。

將存儲管理工作移至陣列層可以實現(xiàn)諸多好處。首先，這降低了Hypervisor層的工作負(fù)載，降低處理器符合和存儲網(wǎng)絡(luò)層的傳輸量。其次，這種方式使得存儲陣列可以優(yōu)化并對I/O敏感的運作進(jìn)行優(yōu)先級排序，這或許是陣列內(nèi)部優(yōu)化所能實現(xiàn)的最佳目標(biāo)。作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的Hypervisor供應(yīng)商，VMware已經(jīng)開發(fā)了諸多種APIs，其中包括用于數(shù)據(jù)保護(hù)的vStorage APIs（VADP）以及存儲識別的vStorage APIs。VASA旨在提升可擴(kuò)展的存儲環(huán)境，提供Hypervisor存儲邏輯單元號的配置信息，如復(fù)制和性能參數(shù)。

針對性能的配置。虛擬環(huán)境中的I/O性能至關(guān)重要。通常來說，虛擬環(huán)境中有大量的隨機(jī)工作負(fù)載，這使得優(yōu)化I/O工作負(fù)載對于陣列而言更為困難。有一些技術(shù)可以用以性能的優(yōu)化，包括：

寬條帶化。該技術(shù)將I/O分布在盡可能多的物理磁盤上。寬條帶化一般通過使用大RAID組（需要注意出現(xiàn)磁盤故障時的重構(gòu)時間）或?qū)AID組連接到存儲池的方式實現(xiàn)。該技術(shù)適用于文件或數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)平臺。

動態(tài)分層。和任何其它存儲環(huán)境相似，虛擬服務(wù)器中也會存在I/O“熱點”數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)產(chǎn)生大量的I/O工作負(fù)載。熱點區(qū)域很難預(yù)測，因此提供動態(tài)分層技術(shù)的平臺可以提供一個動態(tài)的方式來確保最熱的數(shù)據(jù)駐留在最快的磁盤上。該技術(shù)在虛擬機(jī)從單個主鏡像中克隆時尤其有效。

使用自動精簡配置

虛擬環(huán)境中虛擬機(jī)相對容易創(chuàng)建，這使得存儲容量很容易就會失去控制。尤其是在按需供應(yīng)的環(huán)境中。自動精簡配置功能能夠使得磁盤空間只在數(shù)據(jù)真實從主機(jī)寫入磁盤后才被消耗，而不是被每個虛擬機(jī)預(yù)留出固定的容量。該特性可以部署在Hypervisor中，并且是存儲平臺中一種非常常見的選項。

使用供應(yīng)商提供的插件

幾乎絕大多數(shù)的企業(yè)級和中端存儲平臺都提供集中化管理的工具插件，比如VMware的vCenter。這為虛擬主機(jī)和存儲都提供了一個“單一的虛擬管理平臺”，在許多情況下存儲通過這種方式可以直接從vCenter控制臺中配置。對于沒有專職負(fù)責(zé)存儲的企業(yè)而言，這可以在很大程度上減少設(shè)備管理系統(tǒng)管理員的工作量。

為虛擬服務(wù)器定制的存儲

許多新興的存儲供應(yīng)商都已推出了專為虛擬服務(wù)器環(huán)境設(shè)計的硬件和軟件存儲解決方案。這其中包括Atlantis計算機(jī)公司，SolidFire、Tintri公司和Virsto軟件。從本質(zhì)上講這些產(chǎn)品都旨在應(yīng)對上述問題，包括隨即I/O等挑戰(zhàn)。

自動化技術(shù)

管理正在動態(tài)變化的虛擬化環(huán)境，對容量和性能進(jìn)行優(yōu)化，這著實是一項耗時的過程。隨著虛擬化環(huán)境的擴(kuò)展和日趨成熟，技術(shù)正在向著更自動化的優(yōu)化過程發(fā)展。個各Hypervisor供應(yīng)商開始在其產(chǎn)品中包含這種功能，實現(xiàn)一些半自動化的特性，從而降低管理員對存儲環(huán)境持續(xù)調(diào)優(yōu)的工作負(fù)載。在vSphere 5中，VMware引入了存儲資源分配調(diào)度（SDRS），提供一定程度上地存儲自動化分配。SDRS提供自動化的VMDKs初始部署，虛擬機(jī)的自動遷移以滿足容量和性能要求和策略，例如高I/O的虛擬機(jī)應(yīng)當(dāng)部署在不同的硬件上。

隨著虛擬化體系架構(gòu)的不斷擴(kuò)展，以及更加服務(wù)為導(dǎo)向的資源提供方式，向更自動化地存儲管理發(fā)展是絕對必要的。存儲供應(yīng)商也正針對虛擬服務(wù)器自動化這種市場需求不斷推出新的產(chǎn)品和APIs。

不容忽視的數(shù)據(jù)備份

數(shù)據(jù)備份總是被視為和存儲管理關(guān)聯(lián)不大的一種操作；然而，其在高可用的存儲環(huán)境下又是至關(guān)重要的。在虛擬化體系架構(gòu)的備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)中，傳統(tǒng)的備份解決方案確并不高效，可以利用其它技術(shù)來優(yōu)化備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)流程。

在數(shù)據(jù)塊形式的存儲部署中，傳統(tǒng)的備份使用主機(jī)本身來備份數(shù)據(jù)。這是由于存儲陣列無法認(rèn)識到在某個邏輯單元號上的數(shù)據(jù)是以何總格式存儲的。主機(jī)將文件系統(tǒng)部署在邏輯單元號上，備份軟件從而依靠主機(jī)來提供文件流的備份操作。

在所有的虛擬平臺上，虛擬機(jī)以一個或一系列文件的形式存儲，即便在使用數(shù)據(jù)塊形式的存儲陣列中亦是如此。這使得備份流程變得更為簡單，因為備份可以簡單地以拷貝文件的形式進(jìn)行，從而備份起所有的虛擬機(jī)。

一些Hypervisor供應(yīng)商，諸如VMware，提供APIs允許第三方軟件在虛擬機(jī)內(nèi)部跟蹤數(shù)據(jù)塊的變化，提供只針對自上次備份發(fā)生后產(chǎn)生變化的，更高效的備份。所有的Hypervisor供應(yīng)商同時提供虛擬機(jī)快照功能。雖然這會導(dǎo)致“非連續(xù)性”拷貝，但在一些實例中，通過客戶端軟件，快照可以和主機(jī)文件系統(tǒng)協(xié)調(diào)靜止時間，從而進(jìn)行連續(xù)性的快照。

存儲工具的發(fā)展

存儲將在部署可擴(kuò)展性的虛擬化體系架構(gòu)中成為關(guān)鍵要素。隨著這些環(huán)境的擴(kuò)展性和成熟度，存儲管理員需要借助工具和技術(shù)，諸如自動化和可視化軟件來應(yīng)對日趨整合的設(shè)備管理系統(tǒng)世界中的各種挑戰(zhàn)。

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