虚拟化存储技术的发展及未来趋势

张建军

　　虚拟化是一种实现对逻辑环境进行简单管理的有效手段。通过虚拟化，用户将摆脱底层物理环境的复杂性，充分利用基于异构平台的存储空间，在开放的基础上实现对资源的有效规划。虚拟化可以自动配置存储设备及其空间，使用户能在一个域中使用在物理上分散存在的所有存储资源，以便跨地区管理不可预测的事件，如：业务不连续性、对容量需求的调整、员工的变化等。而无论这些存储资源所处的存储域的位置、大小、类型和制造商如何，都将被从单一逻辑视图中进行管理。

一、“虚拟存储就像一台翻译器”

　　在一个SAN环境中，存储的虚拟化可以分别基于主机、网络和存储设备，这就像一个有演讲者和听众的会场，演讲者就是主机，听众好比存储设备，但演讲者与听众讲不同的语言，互相之间无法直接交流。而虚拟存储就像一台翻译器，基于主机的虚拟存储就像将翻译器安装在演讲者身上；基于存储设备的虚拟存储就像将翻译器安装在每一位听众身上；基于网络的虚拟存储则像会场中的同传设备。安装了翻译器，演讲者和听众之间就能顺畅交流，而翻译器安装在不同的位置就构成了不同层面上的虚拟存储。

　　这三种架构的虚拟存储适用于不同的环境，基于主机的虚拟存储适用于以主机为中心的IT环境，其中的主机数目较少，甚至是单主机；基于存储设备的虚拟化针对异构SAN架构，更适用于以存储为核心的环境，它独立于主机，其存储设备可以连接多台主机，但存储设备本身不能是异构的；基于网络的存储虚拟化适合于开放的存储网络，即Open SAN，它独立于主机，同时也独立于存储设备，因此，它最灵活。在实际应用中，究竟使用哪种方式最有效，其原则就是花最少的精力和财力，选择最适合的一种甚至两三种组合来实现存储虚拟化。

二、虚拟存储技术的区分

　　（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。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。因此，这种方法的可扩充性较差，实际运行的性能不是很好。基于主机的方法也有可能影响到系统的稳定性和安全性，因为有可能导致不经意间越权访问到受保护的数据。这种方法要求在主机上安装适当的控制软件，因此一个主机的故障可能影响整个SAN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。

　　但是，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。

　　（2）基于存储设备的虚拟化

　　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，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JBODS（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，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。

　　（3）基于网络的虚拟存储

　　基于网络的虚拟化方法是在网络设备之间实现存储虚拟化功能，具体有下面几种方式：

　　①基于互联设备的虚拟化

　　基于互联设备的方法如果是对称的，那么控制信息和数据走在同一条通道上；如果是不对称的，控制信息和数据走在不同的通道上。在对称的方式下，互联设备可能成为瓶颈，但是多重设备管理和负载平衡机制可以减缓瓶颈的矛盾。同时，多重设备管理环境中，当一个设备发生故障时，也比较容易支持服务器实现故障接替。但是，这将产生多个SAN孤岛，因为一个设备仅控制与它所连接的存储系统。非对称式虚拟存储比对称式更具有可扩展性，因为数据和控制信息的路径是分离的。

　　基于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，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，基于设备的方法也继承了基于主机虚拟化方法的一些缺陷，因为它仍然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基于交换机的虚拟化

　　按照基于交换机的方法，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会遇到的安全性问题。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。

　　③基于路由器的虚拟化

　　基于路由器的方法是在路由器固件上实现存储虚拟化功能。供应商通常也提供运行在主机上的附加软件来进一步增强存储管理能力。在此方法中，路由器被放置于每个主机到存储网络的数据通道中，用来截取网络中任何一个从主机到存储系统的命令。由于路由器潜在地为每一台主机服务，大多数控制模块存在于路由器的固件中，相对于基于主机和大多数基于互联设备的方法，这种方法的性能更好、效果更佳。由于不依赖于在每个主机上运行的代理服务器，这种方法比基于主机或基于设备的方法具有更好的安全性。当连接主机到存储网络的路由器出现故障时，仍然可能导致主机上的数据不能被访问。但是只有联结于故障路由器的主机才会受到影响，其它主机仍然可以通过其它路由器访问存储系统。路由器的冗余可以支持动态多路径，这也为上述故障问题提供了一个解决方法。由于路由器经常作为协议转换的桥梁，基于路由器的方法也可以在异构操作系统和多供应商存储环境之间提供互操作性。

三、虚拟存储技术的发展前景

　　 ①每一种方法都有其优缺点

　　基于主机和基于存储的方法对于初期的采用者来说魅力最大，因为他们不需要任何附加硬件，但对于异构存储系统和操作系统而言，系统的运行效果并不是很好。对于那些要求最大限度进行互操作的企业来说，基于交换机或基于路由器的方法可能更为恰当。对那些要求更高可扩充性的用户来说，基于路由器的方法是最优选择。基于互联设备的方法处于两者之间，它回避了一些安全性问题，存储虚拟化的功能较强，能减轻单一主机的负载，同时可获得很好的可扩充性。

　　不同供应商的存储虚拟化实现方法不同，一些偏重于复制，一些擅长备份，而另外一些在恢复和访问控制方面性能更为优越。存储管理软件供应商趋向于提供最完善的管理套餐。但是，多平台的支持和最佳的性能特性并不容易达到最优。

　　在数据复制方面已经发展出多种镜像方法。许多存储供应商提供三层镜像结构，Veritas公司甚至能够提供四层镜像结构。镜像在一些方面受到推崇，全面镜像能在另一个驱动器上产生完全相同的副本。这个附加的副本有时也称为快照，只存储以前版本的数据。有时，在不同地理位置上存在的副本驱动器，通过IP相连能产生远程或异步副本。

　　在存储网络中，存储访问控制经常在分区（Zoning）式的主机和存储系统中进行。只有属于同一个分区的主机能够访问这个分区的存储设备。主机和存储设备经常是多分区的一员。分区制的理念与虚拟专用存储网络相似。

　　分区有多种方法。随着共享存储的粒度和管理难易程度不同，分区方法的差异很大。基于端口的分区经常在交换机中实现，交换机内部的访问必须在指定的端口之间进行。这种分区的特色是分区之间不能重叠。当指定的端口分区成员发生变动时，分区需要重新配置。这种方式有着明显的缺陷，因为大多数情况下，即使交换机端口发生调整，也不允许改变分区成员的一致性。

　　子系统分区或卷映射经常由内部磁盘子系统的控制器来实现，它允许整个或部分驱动器成为其数据出口，使得单一存储子系统看起来好像是多驱动器和多主机。基于逻辑单元设备号掩码（LUN masking）之上的分区在主机I/O控制器、主机软件或路由器上得以实现。LUN 掩码像一个过滤器，只允许主机访问特定的存储资源，它也允许一个存储子系统中单一驱动器能够属于不同的分区，从而产生设备层面的分区。

　　②网络虚拟最有前途

　　从发展趋势看，基于主机的和基于存储的虚拟化技术目前已经相对成熟，用户可以充分享受到它所带来的好处，而且由于它们已经进入成熟期，因此，价格也较低。在这两方面，惠普已推出了服务器层的Virtual Replicator、存储层的StorageWorks EVA和VA。而网络虚拟化是一种新的技术，它独立于主机和存储设备，因此，给用户带来了很大的灵活性，其未来的发展空间最大。2003年4月，惠普推出了StorageApps sv3000等虚拟化产品，目前已有几百个用户在使用这种技术，相信它给用户带来的好处也是最大的。尽管网络虚拟是新兴的领域，但它具有很大的成长空间，甚至有人将这种在网络上实现虚拟化称为第二代SAN或下一代SAN。

----《通信世界》