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存储虚拟化技术
存储虚拟化技术【1】
摘要：本文主要就虚拟存储化技术的概念、主要特点、相关技术、虚拟存储化的作用以及怎样认识虚拟存储化作了有关的描述与解析。
关键词：存储虚拟化 技术
计算机存储技术经历了从单个的磁盘、磁带、RAID到存储网络系统的发展历程,这一路走来似乎缓慢而艰辛,随着存储数据的不断增长,对存储空间的迫切需求推动着存储虚拟化技术不断向前。
1、什么是存储虚拟化
存储虚拟化:可以理解为把硬件资源抽象化,用虚拟形式来展示它们。
虚拟化能够把物理的存储系统从数据驱动的具体工作中解放出来,从而使用户能够随意地按实际需要对有限的存储资源进行分配。
虚拟化可以将多个物理存储资源池合成一个虚拟的存储资源,再对其实施集中管理或者以逻辑方式将其分成多个虚拟机。
存储虚拟化技术是通过把物理层资源抽象化,从而将一个灵活的、逻辑的数据存储空间展现在用户面前。
最基础的存储虚拟化实现是在主机层,通过计算机操作系统的逻辑卷管理器能够很便捷的为应用系统和用户分配存储容量。
2、存储虚拟化的主要特点
(1)虚拟存储为大容量存储系统集中管理提供了一个手段,由网络中的一个环节(如服务器)进行统一管理,从而避免了由于扩充存储设备为管理带来的麻烦。
(2)对于视频网络系统虚拟存储最值得一提的特点是:大幅度提高存储系统整体访问的带宽。
多个存储模块组成了当前的存储系统,而虚拟存储系统能够很好地实现负载平衡,把每次数据访问所需占用的带宽十分合理地分配到各个存储模块上,这样整个视频网络系统的访问带宽就变大了。
(3)虚拟存储技术使得存储资源管理变得更加灵活,能够把不同类型的存储设备集中管理统一分配使用,有效保障了用户以往对存储设备的投资。
(4)虚拟存储技术能够通过相关管理软件,为网络系统提供许多其它的功能,现在比较流行的如无需服务器的远程镜像、数据快照等技术。
3、相关存储技术
现在虚拟存储的发展还没有一个统一的标准,从它的拓扑结构来看主要有两种方式:即对称式与非对称式。
对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备与存储软件系统,交换设备集成为一个整体,内嵌在网络数据传输路径中;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。
而从它的实现原理来看也有两种方式:即数据块虚拟与虚拟文件系统。
3.1 对称式虚拟存储具有以下主要特点
3.1.1 大容量高速缓存的应用,使数据传输速度明显提高
缓存是位于主机与存储设备之间的I/O路径上的中间介质被存储系统广泛采用的。
当主机向存储设备读取数据时,会先把与当前数据存储位置相关联的数据读到缓存中,并将多次调用过的数据保留在缓存中;当主机读/写数据时,缓存这个中间介质就能够大大提高读/写速度。
3.1.2 多端口并行技术,使I/O瓶颈消于无形
传统的存储设备中控制端口与逻辑盘之间关系就是一一对应,访问一块硬盘只能通过一个特定的控制器端口。
但在对称式虚拟存储设备中,SAN Appliance的存储端口与LUN的关系是虚拟的,即多台主机可以通过多个存储端口(最多8个)同时并发访问同一个LUN;在光纤通道100MB/带宽的大前提条件下,并行工作的端口数量越多,数据带宽就越高。
3.1.3 逻辑存储单元为用户提供了高速的磁盘访问速度
在视频应用环境中,应用程序读写数据是以固定大小(512byte～1MB)的数据块为单位的。
但存储系统为了能保证应用程序的带宽需求,常常设计为传输512byte大小以上的数据块时才能达到其最佳I/O性能。
对称式虚拟存储系统为主机提供了真正的超大容量、高性能的LUN,使数据传输速度得到有效提高,解除了主机CPU的大工作量,有效提高了主机性能。
3.1.4 成对的HSTD系统的容错性能
HSTD是在对称式虚拟存储系统中数据进出的必经之地,存储池则是数据存放地。
由于存储池中的数据都有容错机制保障数据安全,因此用户当然关心HSTD是否有容错保护。
和许多大型存储系统一样,HSTD在成熟的对称式虚拟存储系统中是成对配制的,每对HSTD之间是通过SAN Appliance内嵌的网络管理服务保证缓存数据一致和提供相互通信的。
3.1.5 在SAN Appliance之上能够方便的连接交换设备,最终实现超大规模Fabric结构的SAN
因为系统延续了标准的SAN结构,为系统之后的扩展和互连提供了技术保障,所以在SAN Appliance之上能够方便的连接交换设备,最终实现超大规模Fabric结构的SAN。
3.2 非对称式虚拟存储系统具有如下特点
(1)将不同物理硬盘阵列中的容量进行逻辑组合,实现虚拟的带区集,将多个阵列控制器端口进行绑定,一定程度上将系统的可用带宽提高了。
(2)在交换机端口数量充足的情况下,可在一个网络内安装两台虚拟存储设备用以实现Strip信息和访问权限的冗余。
3.3 数据块虚拟与虚拟文件系统
数据块虚拟存储方案可用于解决数据传输过程中的冲突和延时问题。
在多交换机组成的大型Fabric结构的SAN中,由于多台主机通过多个交换机端口读/写存储设备,数据块冲突和延时问题非常突出。
数据块虚拟存储方案采用虚拟的多端口并行技术,为多台客户机提供了很高的带宽,尽可能减少了延时与冲突的发生。
对称式拓扑结构是数据块虚拟存储方案在实际应用中的表现形式。
虚拟文件系统存储方案适用于解决大规模网络系统中文件共享的安全机制问题。
通过对不同的站点赋予不同的访问权限,保证网络文件的安全。
非对称式拓扑结构是虚拟文件系统存储方案在实际应用中的表现形式。
4、存储虚拟化的作用
存储虚拟化是对存储设备等硬件资源进行抽象化,这种虚拟化使用户能够与存储资源中大量的物理特性分离开来。
从用户角度看,虚拟化的存储资源就如同一个巨大的“存储池”,用户不会看到诸如磁盘、磁带等的存储部件,也不用关心数据将经过哪一条路径又通往哪一个具体的存储设备。
存储虚拟化技术【2】
摘要：近年来，随着网络在人们生活中的普遍应用，由此产生的数据也在以爆炸似的速度增长，而各企业单位管理数据能力的提高速度总是远远不及数据增长的速度，因此，存储系统的改革成为必然。
主要从存储系统的虚拟化方面阐述了存储系统的改革，并详细分析了虚拟化技术在存储系统中的应用。
关键词：虚拟化;存储系统;存储虚拟化
0引言
进入21世纪以来，网络在现在企业的运行环境中应用得越来越普遍，各种数据也在快速增长，虽然现在企业管理数据的能力也在提高，但是已经远远跟不上数据增长的速度。
虚拟化技术的出现为企业解决这一难题提供了新的途径。
运用虚拟化技术，像备份/恢复、数据归档、存储资源分配等大量重复和消耗时间的工作，完全能够通过存储虚拟化技术运用自动化的方法进行处理，从而使人的工作量大大降低，提供企业的效率。
存储虚拟化为用户提供的益处也是显而易见的，首先是使存储管理的复杂性降低，减少了存储管理和运行的成本;其次是提高了存储效率，使存储投资的费用大大降低。
普通存储环境系统容量的利用率大约是40%～50%，用户为了扩大存储容量就需要花费很大的额外成本。
但利用存储虚拟化技术，系统容量的使用率能够达到80%～85%，用户能够把系统容量的使用率最大化。
1虚拟化
虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是在真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。
运用虚拟化技术可以实现把不同操作系统的多个虚拟机部署到一台物理机上运行，最后的结果是每个虚拟机都是一独立的物理机，每台虚拟机有自己的一套硬件设备。
简单的说，虚拟化就是把现实当中的物理资源变为逻辑上可以进行管理和维护的资源，计算机是在虚拟的基础上而不是在真实的基础上运行。
它是一个简化管理、提高资源利用率的一个方案。
虚拟化的过程是将物理资源通过虚拟化变成虚拟化的资源。
物理资源是指有自己的接口和功能的部件，通常是物理的，可以是集中的也可以是分散的，比如内存、磁盘、网络、服务器等;虚拟化是一种替代以前的进程;虚拟化的资源是替代物理的资源。
图1虚拟化过程
2存储系统
随着计算机技术的快速发展，现在存储系统在整个IT系统中处于一个完全独立的层次，并且在IT系统中所处的地位也变得越来越重要。
同时，存储系统在管理方面所面临的问题也越来越复杂。
以前的设备与新设备所属的产品系列大多不同，有的还来自不同的制造商，系统结构图非常复杂。
但是，系统维护人员依然要分析包括每个设备的性能瓶颈以及空间使用率在内的使用情况。
这种复杂的管理方式使存储系统的工作效率大大降低，还威胁到企业IT系统的稳定性。
正是由于以上原因，虚拟存储技术应运而生。
它把底层的存储设备进行抽象化，然后进行统一管理，把存储设备硬件的特殊性通过服务器层进行屏蔽，仅仅将它统一的逻辑特性保留，通过这种方法可以将存储系统进行方便、统一、集中管理。
如果拿虚拟存储技术与一个计算机系统进行比较，其中的虚拟存储部分相当于计算机系统中的操作系统，它主要管理下层各种各样具体的设备，也可以为上层提供资源使用方式和统一的运行环境。
图2存储系统与计算机系统对比
3存储虚拟化技术
利用虚拟存储技术存储数据时，使用软件技术能够间接实现对物理存储设备的管理和控制，也就是说用户对虚拟存储系统进行的所有操作都会被镜像到其它的物理存储系统上，用户不用关心真正的物理设备是什么样子、在什么地方。
虚拟存储技术针对利用传统存储技术对计算机系统增加新的存储设备时频繁关机、开机的弊病，使数据存储管理的复杂性和存储管理的成本都降低。
虚拟存储允许多用户共同享用一个存储网络，也允许一个用户使用不同厂家的存储设备，所以用户非常容易增加存储容量和在设备间移动数据。
虚拟存储技术其实就是一种逻辑存储技术，它对数据进行智能的、有效的管理;利用虚拟存储技术，用户可以直接对数据存储空间进行管理和控制，而不是把当前的计算机系统使用的物理存储设备进行管理和控制。
按系统的观点，虚拟存储的方法主要包括基于主机的虚拟存储、基于存储设备的虚拟存储和基于网络的虚拟存储3种。
(1)基于主机的虚拟存储。
基于主机的虚拟存储是在一个或多个主机上安装代理或者管理软件，通过这些软件实现存储虚拟化的控制和管理。
由于控制软件是安装在主机里的，占用主机大量的处理时间，因此，基于主机的虚拟存储的实际运行的性能和可扩充性都比较差，还可能使系统的稳定性和安全性受到威胁。
基于主机的虚拟存储必须使控制软件安装在主机里，如果其中的一个主机发生故障，可能会使整个系统里数据的完整性受到影响。
这种方法的优点在于不需要其它附加的硬件，设备成本低，易于实现，现在已经可以买到比较成熟的软件产品。
(2)基于存储设备的虚拟存储。
如果存储系统有来自多个制造商的存储设备，存储系统需要制造商提供相关功能的存储模块，因此，基于存储设备的虚拟存储的运行效果并不是很好。
由于简单的硬盘组等存储设备并没有提供虚拟存储的功能，依赖于存储供应商的功能模块将会在系统中排斥它们的使用，即这种方法要求用户只能用某一家单独的产品。
基于存储设备的虚拟存储的优点在于在存储系统中易于实现和管理、能够与特定存储供应商提供的设备进行协调、对管理员和用户都是透明的。
(3)基于网络的虚拟存储。
基于网络的虚拟化方法指的是通过网络设备实现虚拟存储功能，包括基于互联设备和基于路由器两种方式。
基于互联设备的虚拟化方法能够在专用服务器上运行，它在标准操作系统中运行，和主机的虚拟存储一样具有易使用、设备便宜等优点。
同样，它也具有基于主机虚拟存储的一些缺点，因为基于互联设备的虚拟化方法同样需要一个运行在主机上的代理软件或是基于主机的适配器，如果主机发生故障或者主机配置不合适都可能导致访问到不被保护的数据。
基于路由器的虚拟化方法指的是在路由器固件上实现虚拟存储功能。
为了截取网络中所有从主机到存储系统的命令，需要将路由器放置在每个主机到存储网络的数据通道之间，由于路由器能够为每台主机服务，大部分控制模块存储在路由器的固件里面，相对于上述几种方式，基于路由器的虚拟化的性能、效果和安全方面都要好一些。
当然，基于路由器的虚拟化方法也有缺点，如果连接主机到存储网络的路由器出现故障，也可能会使主机上的数据不能被访问，但是只有与故障路由器连接在一起的主机才会受到影响，其余的主机还是可以用其它路由器访问存储系统，且路由器的冗余还能够支持动态多路径。
4结语
随着企业和用户对数据安全性和完整性的要求越来越高，存储系统在整个IT应用中所处的地位也越来越重要，存储系统的复杂化和管理都是难点，如果存储虚拟技术能够克服面临的困难，会使企业和用户存储系统的效率大大提高，系统运行更加安全稳定，成本大大降低，必定会为企业和用户带来新的春天。
参考文献：
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存储虚拟化技术的研究【3】
计算机的不断普及使得信息的传播更加的迅速便利，其不仅促进了信息传输量的增加，同时也对信息的存储提出了新的要求。
为了保障信息可以得到有效的存储，降低信息存储的压力，目前存储虚拟化成为了解决这一问题的主要技术，其在拓展存储空间，优化存储管理方面具有着明显的优势。
鉴于此，本文主要就存储虚拟化技术进行研究，希望通过笔者的努力加深对该技术的了解，促进该技术作用的发挥。
【关键词】存储 虚拟化 网络 信息
信息化管理、数字化管理已经成为现代企业管理主要的发展趋势，并且互联网络也已逐步深入到人们的生活之中，成为了社会大众生活中不可分割的一部分。
这就使得信息量极具增加，传统的存储技术已经很难应对这种信息爆发的局面，急需新技术的出现，对存储方面的问题进行解决。
存储虚拟化技术通过对内外存储空间的利用与完善，使得海量信息可以得到有效的存储，并且降低了信息存储管理方面的困难，因此受到了现代社会大众的普遍关注。
1 存储虚拟化技术的概述
1.1 存储虚拟化在主机上的应用
存储虚拟化技术功能十分强大，并且这种功能是随着互联网络以及计算机计术共同发展起来的。
在对主机的存储进行管理的过程中，存储虚拟化技术主要以软件的应用来实现。
这种软件主要的功能就是对异构磁盘进行管理，进而产生虚拟空间，缓解信息存储的压力。
实际应用的过程中，该技术的主要应用基础是服务器，通过服务器达到对虚拟空间把控和监管等方面的目的。
应用于主机上的存储虚拟技术，其最大的优点就是对硬件的依赖度不高，可以独立的完成虚拟化的操作，得到更多的存储空间。
通常情况下逻辑卷管理软件，是较为常用的一种虚拟技术应用软件，该软件便于操作，效果优越，并且成本支出较低，但是暴漏出的问题也较为严重。
首先，虚拟化软件的应用增大了主机的负担，使得主机无论是在时间上、还是在工作量上都会产生变化，影响主机性能的发挥。
其次，产生的存储虚拟空间与主机关系密切，主机出现问题，存储空间中数据信息的安全性和稳定性将难以得到保障。
最后，产品规格存在差异，适配性能不足，容易增加开销，不利于实际的操作，并且适用范围狭窄。
1.2 存储虚拟化在设备上的应用
存储虚拟化在设备上的应用，主要就是指应用虚拟化技术对存储设备的空间进行虚拟，拓展原有的存储空间，使其可以储存并管理更多的数据信息。
在存储设备上进行应用的核心是要对磁盘列阵控制器进行有效的操作，通过软件的应用提升磁盘列阵控制器的功能，并以列阵为单位进行内部存储的规划。
通过这样的方式，存储设备就可以顺利接受多个主机的访问。
通过对磁盘列阵控制器的改造，存储设备的存储功能有所提升，并且还具有着一定的独立性，更加有利于存储方面的掌控。
但是值得注意的是，目前存储设备的生产还没有形成统一的标准，因此会因为设备之间的差异，而影响存储空间的虚拟化。
1.3 存储虚拟化在网络上的应用
利用网络平台设立存储虚拟空间，是现代存储虚拟化技术主要的发展方向，对于提升信息存储的质量有着积极的作用。
将存储虚拟化技术应用于网络后，其可以有效的避免上述两种类型存储虚拟化问题的出现，并且在开发性和扩展性上都具有明显的优势，可以满足现代信息存储不断发展的需要。
简单的讲网络存储空间的虚拟化主要依靠智能交换器或者服务器来完成。
2 实现存储虚拟化的有效途径
2.1 注重介质连通，合理存储管理
存储空间的虚拟化主要以存储设备为基础，通过对多个存储设备的连通，使得存储空间得到提升，并形成统一的存储空间，满足用户的访问、存储等方面的需要。
具体来说物理化的存储设备，其存储空间具有限度，并且通过设备的操作可以得到明确的显示，同时不同的设备在性能、容量等方面都存在差异，所以需要进行储存虚拟化，使得各类存储设备可以避免彼此性能上的冲突，形成统一的集合体，降低了管理方面的难度，并且可以为用户提供更多的存储服务。
2.2 搞好数据共享，保障数据完整
存储虚拟化不仅是对信息的存储与管理，同时也肩负着数据信息共享的职能。
由于现代网络技术发展迅速，使得信息数据的共享必须遵照严格的流程，满足具体的要求。
通常情况下为了保障数据信息的准确性，并避免数据信息出现残缺失真，需要搞好备份分发算法、锁机制算法等方面的设计，降低不同存储设备中的数据在拷贝流转的过程出现问题的几率。
2.3 保障访问安全，控制访问方式
存储设备虽然支持用户的访问，但是对访问的形式有着一定的要求。
通常情况下仅支持被授权的访问请求，一些不在授权范围内的访问将不予接受。
但是有时用户出于特殊目的，经常会采取强制性的访问，例如，恶意攻击、超越访问权限等等。
这就对存储系统造成了严重的影响。
因此存储虚拟化技术需要借助软件，行使管理上的职能，建立起安全访问制度，让用户通过密码的输入完成身份上的认证，或者对数据信息进行特殊处理，让非法用户难以直接获取。
2.4 提升技术性能，促进技术发展
存储虚拟化技术的核心性能就是可靠性和扩展性，二者是该技术得以应用的基础。
为了使得存储虚拟化技术可以获得更好的发展，研究人员需要在这两个性能方面下功夫，通过建立故障预警系统，实现风险的预设、故障的诊断以及故障的隔离与维修，使得存储虚拟化技术可以稳定安全的进行应用，并在现代科技的支持下革新存储设备，优化存储设备。
3 结束语
综上所述，存储虚拟化技术在现代信息社会中有着重要的作用，可以完善信息存储方面的不足，扩大信息存储的空间。
因此有关研究人员应加大对存储虚拟化技术的研发，通过对应用类型，实现途径等方面的了解，促进存储虚拟化技术的不断发展。
参考文献
[1]张光.存储虚拟化技术的研究[D].北京交通大学，2013.
[2]常征.存储虚拟化技术的研究与比较[J].安徽电气工程职业技术学院学报， 2011(S1).
[3]谭生龙.存储虚拟化技术的研究[J].微计算机应用，2010(01).
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