伺服器虛擬化怎麼存儲

『壹』 什麼是虛擬化存儲

對於中小型架構來說存儲虛擬化看起來是過大或過於昂貴的技術。但實際上許多不同規模的企業也可以從存儲虛擬化中獲益--通過使用商品硬體和傳統的虛擬化存儲引擎。
簡而言之，虛擬化存儲就是將數據從磁碟中抽象出來。在傳統存儲部署設置中，我們受限於驅動器盤符（在Windows系統上）或邏輯單元號（LUN），並且在特定磁碟層上給定了特定的RAID（獨立磁碟冗餘陣列）演算法。
虛擬化存儲的第一個實例可能是來自將存儲遷移到虛擬伺服器環境。在大多數情況下，這需要實施某種形式的共享存儲。這種共享存儲通常是一個通過光纖通道或iSCSI（互聯網小型計算機系統介面）網路的存儲區域網（SAN）。
在這種設置中，各個伺服器從通常與伺服器架構相連的硬體中抽象出來。從存儲的角度而言，用戶可以也可以不將數據從磁碟中完全抽象出來。虛擬化存儲提供了主機和磁碟的抽象化。
這種互聯的系統，無論是VMware ESXi主機或Windows Server系統，都不知道底層的磁碟是RAID 5、6或者是否可以和它直接互動。存儲處理器作為存儲虛擬化引擎，可以協調實際磁碟和主機系統之間的I/O。
虛擬化存儲還可以帶來新的功能，比如允許透明的存儲擴展。在這些功能中，最引人注目的功能之一就是自動精簡配置。自動精簡配置可以僅消耗實際使用的驅動器空間。存儲管理員另一個青睞的功能就是重復數據刪除。
當用戶在塊層次上部署重復數據刪除的時候，重復數據刪除會檢查邏輯區的磁碟使用情況並尋找相同的數據塊。這些相同的數據塊會被鏈接到第一個實例，然後重復的塊會被存儲系統回收。
其他可能推動管理員轉向虛擬化存儲的功能是卷管理功能，比如復制、快照和遷移。
從一個存儲系統到另一個存儲系統的卷或LUN復制是災難恢復的福音。實際上，像VMware Site Recovery Manager（VMware站點恢復管理器）這樣的解決方案依賴於這種復制技術，需要復制技術才能系統完好地復原到另一個站點。LUN的快照也可以非常有用。LUN快照可以像虛擬機的快照功能那樣運作，整個數據集可以很快地恢復到指定的時間點。
最後，遷移功能也可以為架構管理員帶來很多方便。通過帶虛擬技術（比如VMware的Storage vMotion功能）的虛擬化引擎，管理員可以進行從一個存儲系統到另一個存儲系統的遷移。但是這對於非虛擬化的存儲部分則沒有多大用處。基於SAN的遷移功能可以將一個卷從存儲處理器背後的一個存儲系統遷移到另一個存儲系統，以便將數據從需要移除的設備中遷移出來。
這種功能的一個主要使用情境就是將數據從舊磁碟陣列（比如使用Ultra-320 SCSI磁碟的陣列）遷移到新的磁碟陣列（比如使用串列鏈接SCSI（SAS）驅動器的陣列）。這可以帶來更好的性能。通過虛擬化存儲環境，LUN可以從一個存儲系統遷移到另一個存儲系統，完全不受制於所連接的系統。這主要是因為VMware ESXi主機或Windows Server連接到的不是底層存儲而是存儲處理器，也就是抽象層。
虛擬化存儲的一個隱性好處就是管理員可以解決非結構化數據的數據保護問題。比如說有數TB的存儲，這雖然看起來也不是太多，但是如果這裡麵包含1KB文件的數據，你會很快發現這么多的數據很難在文件系統中管理。
這種情況導致這種類型的數據備份變得異常繁瑣。虛擬存儲可以在塊層次上解決這個問題，將卷復制或快照到另一個存儲系統，從而滿足數據保護的要求。只要存儲系統可以塊層次上對LUN的內容進行操作，那麼虛擬存儲的好處就會顯現出來。

『貳』 如何部署伺服器級別的存儲虛擬化

主機級別的方案中通常只是虛擬化直連主機的存儲，當然也有一些可以部署在一個SAN環境中的多台存儲子系統上。
早先的存儲虛擬化產品常用於簡化內部磁碟驅動器和伺服器外部直連存儲的空間分配，以及支持應用集群。Veritas Volume Manager和Foundation Suite就是首批這類解決方案，這類方案使得存儲擴展，以及為應用程序和文件伺服器提供空間更為簡單快速。
隨著存儲需求的增長遠遠超過直連存儲所能提供的范圍，存儲虛擬化逐漸成為存儲陣列中的一種容量提供方式。而容量持續增長以及諸如iSCSI等小型IT組織負擔得起的共享存儲技術的出現又使得存儲虛擬化技術也融合進基於網路的設備和運行在通用硬體的軟體里。
不過現今的伺服器和桌面虛擬化技術興起給存儲虛擬化技術帶來了新的生機，而基於主機的存儲虛擬化技術正在逐漸回歸。伺服器虛擬化平台必需要基於共享存儲體系架構來實現一些關鍵特性，比如VMware的vMotion和Distributed Resource Schele (DRS)。通過傳統的SAN架構自然可以實現這種共享存儲體系架構，不過越來越多的IT組織開始尋求更簡單的方式來實現共享存儲。基於主機的虛擬化技術就是方式之一。
諸如VMware之類的伺服器虛擬化供應商認為存儲是妨礙虛擬化技術大規模普及的瓶頸之一。這些Hypervisor供應商已經實現了處理器和內存資源的抽象，實現更好的控制並提高資源利用率，他們自然而然也會希望這樣控制存儲。不過將存儲控制功能整合到主機伺服器端，稱之為「存儲Hypervisor」時會帶來一些潛在的問題。處理一些在虛擬伺服器和虛擬桌面環境中至關重要的存儲服務，諸如快照、克隆和自動精簡配置時，會嚴重影響主機伺服器的性能。
Virsto的解決方案
Virsto開發出了一款軟體解決方案，安裝在每台主機伺服器上(無論是一台虛擬機或Hypervisor上的過濾驅動器)並在主存儲上創建一個虛擬化層，稱為Virsto存儲池。其同時創建一個高性能磁碟或者固態存儲區域，成為「vLog」。讀操作會直接指向主存儲，不過寫操作會通過vLog進行，這會給請求的虛擬機或應用程序發回一個確認。然後vLog將這些寫操作非同步地分布寫入主存儲，從而減少對寫性能的影響。該存儲池可以容納多至4層的存儲方式，包括固態存儲和各類型的磁碟驅動器。
和緩存的工作方式類似，vLog通過在存儲前端降低耦合度改善了存儲性能，降低了後端存儲的延遲。其同時將前端主機的隨機寫操作變為順序方式，實現後端存儲的最佳性能。基於Virsto主機的存儲虛擬化軟體實現了以上這些功能。
虛擬存儲設備
基於主機的存儲虛擬化的另一項應用實例是虛擬存儲設備(VSA)
VSA是運行在虛擬機上的存儲控制器，其虛擬化統一集群中的主機所直接連接的存儲。VSA提供一個主機使用的簡易的存儲共享體系架構，並支持高可用性、虛擬機遷移，並改善存儲提供方式。對於很多企業，這種方式可以替代原本需要建立並管理傳統SAN或NAS來支持虛擬伺服器和桌面的體系架構。
vSphere Storage Appliance。VMware的vSphere Storage Appliance以一個虛擬機的方式運行，從在2個或3個節點集群中，每個ESX/ESXi主機所直連的DAS存儲中，創建一個共享存儲池。VMware VSA提供每個節點的RAID保護，並在同一集群的各個節點之間提供鏡像保護。雖然從技術角度上看，VMware VSA是一個基於文件的體系架構，不過其亦為集群中每台主機提供數據塊級別的存儲虛擬化，並用戶可以從這種部署方式中獲取和基於數據塊的共享存儲一樣的收益。
HP的LeftHand Virtual SAN Appliance。雖然和VMware VSA的功能類似，P4000 VSA軟體可以支持每台主機直連DAS以外的方式。其還允許使用iSCSI或FC SAN等外部存儲來創建共享存儲池。這就意味著可以將如何可用的存儲，本地存儲或用於容災的異地存儲，轉變為LeftHand存儲節點。P4000t提供快照和自動精簡配置，並且支持Hyper-V和VMware。
DataCore的SANsymphony-V。DataCore的解決方案是通過在一個虛擬機中部署其SANsymphony軟體來整合其它各個VMware，Hyper-V或XEN主機的直連存儲，形成共享存儲池。SANsymphony-V可以和HP的解決方案那樣虛擬化外部的網路存儲，並且該軟體可以在遷移到傳統的共享存儲體系架構時部署在外部伺服器上。SANsymphony-V同時提供各類存儲服務，譬如快照、自動精簡配置、自動化分層和遠程復制。
FalconStor的NSS Virtual Appliance。FalconStor的Network Storage Server Virtual Appliance(NSSVA)是該公司NASS硬體產品中唯一支持的VMware版本，用網路上其它主機的直連存儲創建一個虛擬存儲池。和DataCore和LeftHand的解決方案類似，該存儲池可以擴展到網路上任何可用的iSCSI存儲上。該NSS Virtual Appliance包括快照、自動精簡配置、讀/寫緩存、遠程復制和卷分層等存儲功能。
基於主機的存儲虛擬化解決方案是目前大多使用在虛擬化伺服器和虛擬化桌面環境中，用以實現環境的高可用性特性，以及改善存儲性能、利用率和管理效率。

『叄』 為啥要用NAS來作為數據中心虛擬化存儲

同樣，虛擬機在物理伺服器間遷移以實現整個環境效率最大化時，在這些伺服器間共享的網路介質要實現快速的切換和轉換。
如果說所有的虛擬化環境都有一個共同的主題，那就是數據中心虛擬化存儲空間需求。盡管現在市場上更傾向於使用StorageAreaNetwork(SAN)技術，但是NetworkAttachedStorage(NAS)也能滿足企業數據中心這方面的需求。
網路存儲的實現有兩個主要的方法：NAS和SAN。這兩種方法在網路架構以及在網路客戶端上的表現都有所差別。NAS設備利用現有的IP網路和傳輸文件層接入，提取它可用的物理磁碟，並以網路共享的方式向使用諸如CIFS或NFS的終端客戶機提供一致的文件系統。NAS設備對網路方式的文件共享進行了優化，因為它們與文件伺服器幾乎是相同的。
相反，SAN技術，包括FibreChannel(FC)和iSCSI，實現數據塊層訪問，放棄文件系統抽象並在客戶端表現為未格式化的硬碟
。FC是目前最流行的SAN技術，它運行在一個專用的網路上，要求在每個伺服器上使用專屬的FC交換機和主機匯流排適配器(HBA)。而FibreChanneloverEthernet(FCoE)是一個補充的新標准，它將存儲和IP網路合並到一個聚合交換機上，但是它仍然需要在每個伺服器上使用特殊的聚合網路適配器(CNA)。
而另一個數據塊級技術iSCSI則在IP流量中封裝了SCSI命令，同時能夠使用現有Ethernet網路介面適配器，但是它一般會增加一個TCP/IP卸載引擎(TOE)來優化性能。SAN解決方案在性能方面相對於NAS設備具備一定的優勢，但也存在一些爭議。SAN陣列的一個分區能夠在兩台主機上共享，但是這兩台主機都會將空間看作是自己的，這樣這兩台主機之間就會有空間爭奪的風險。雖然有一些方法可以解決這個資源爭奪問題，但是這個修復方法會增加額外一層的抽象——而NAS解決方案已經包含這一層抽象了。
兩種類型的虛擬化存儲數據中心都有各自的作用。例如，Microsoft的Exchange伺服器只支持通過數據塊級訪問數據的網路存儲。由於SAN的性能一般比NAS解決方案好，所以企業會在高I/O要求的應用中使用存儲網路，如資料庫。然而，出於實際管理虛擬機鏡像庫的目的，文件級訪問很可能是許多環境中最簡單的部署方法。根據組織的不同要求，數據中心經理可能會要求存儲團隊實現文件級存儲，或者直接安裝一個專用的NAS設備來滿足他們數據中心虛擬化存儲的需求。
虛擬化環境中NAS的替代方法
雖然許多人將NAS設備看作是支持虛擬化環境的最清晰的方法，但還有許多替代方案。對於已經部署了SAN的組織來說，他們可以使用NAS-SAN混合解決方案，在SAN可用空間之上再建立文件系統抽象。一個混合解決方案可以創建數據中心經理更喜歡的抽象層，同時保持中央存儲網路的性能和可管理性。較小型的組織也可以考慮共享物理伺服器上直接附加的存儲空間，使用其中一個伺服器作為中央存儲庫，而其餘伺服器則從這個伺服器獲取VM鏡像。雖然這個解決方案可以在最小型的環境中運行，但是在較大型的環境中它可能很快就會導致I/O瓶頸。
虛擬化中NAS的網路設計注意事項
對於網路管理員來說，萬幸的是NAS設備所依賴的文件共享和傳輸協議與大多數文件伺服器是一樣的，所以部署使用NAS的設計方法是非常相似的。然而，由於虛擬化環境的本質和所涉及的文件較大，所以在目標伺服器上傳輸這些虛擬機鏡像時需要盡早地考慮一些特別的注意事項。
網路管理員在進行NAS部署時應該保證所有相關的連接至少使用GigabitEthernet。他們也必須驗證連接虛擬環境的網路交換機使用的埠數足夠，從而能給存儲設備提供足夠的帶寬。管理員也應該再次評估可能影響伺服器和存儲之間連接的QualityofService(QoS)策略，並在需要時對它進行調整，可以給予增加的存儲流量更高的優先順序。在NAS部署前後都進行網路基線設置可以清晰的認識到添加NAS設備到數據中心網路所產生的影響。如果性能出現問題，那麼通過VLAN或專用交換機對網路的存儲流量進行劃分也是一個解決方法。
網路管理員應該與數據中心經理緊密協作，一起進行性能測試和比較NAS設備上可用的各種網路協議，一般是NFS和CIFS。這兩種標準的實現會因為網路設備、操作系統和虛擬化存儲方案的不同而差別很大。由於平台的差異，以及組織的不同需求，每個可用方法的性能測試都將會幫助您確定特定環境中的最佳解決方案。
最後，網路管理員和數據中心經理在數據中心中部署一個NAS設備時需要注意那些可能超出技術支持容量的增長。網路存儲的作用可能快速地增大，從而導致I/O瓶頸和其他問題。虛擬環境快速修復可能會像滾雪球一樣成為一個企業存儲解決方案，特別是在小型組織。可以肯定的是，即使是很小型的NAS部署都會討論向更包容的企業網路存儲戰略發展。根據不同需求，如果企業需要更高的吞吐量，那麼網路存儲可能需要增長為較大規模NAS的解決方案或遷移到SAN的解決方案。

『肆』 如何解決伺服器虛擬化中的存儲問題

但也因為虛擬化的特性，為承載環境中不斷增長的虛擬機，需要擴容存儲以滿足性能與容量的使用需求。IT經理們已經發現，那些因伺服器虛擬化所節省的資金都逐漸投入存儲購買的方案上了。 伺服器虛擬化因虛擬機蔓延、虛擬機中用於備份與災難恢復軟體配置的問題，讓許多組織徹底改變了原有的數據備份與災難恢復策略。EMC、Hitachi Data System、IBM、NetApp和Dell等都致力於伺服器虛擬化存儲問題，提供包括存儲虛擬化、重復數據刪除與自動化精簡配置等解決方案。 伺服器虛擬化存儲問題出現在數據中心虛擬化環境中傳統的物理存儲技術。導致虛擬伺服器蔓延的部分原因，在於虛擬伺服器可能比物理伺服器多消耗約30%左右的磁碟空間。還可能存在虛擬機「I/O 攪拌機」問題：傳統存儲架構無法有效管虛擬機產生的混雜模式隨機I/O。虛擬化環境下的虛擬存儲管理遠比傳統環境復雜——管理虛擬機就意味著管理存儲空間。解決伺服器虛擬化存儲問題 作為一名IT經理，你擁有解決此類伺服器虛擬化存儲問題的幾個選項，我們從一些實用性較低的方案開始介紹。其中一項便是以更慢的速度部署虛擬機。你可以在每台宿主上運行更少的虛擬機，降低「I/O混合器」問題出現的可能性。另外一個方法則是提供額外存儲，但價格不菲。 一個更好的選擇是在采購存儲設備時，選擇更智能的型號並引入諸如存儲虛擬化，重復數據刪除與自動化精簡配置技術。採用這一戰略意味著新技術的應用，建立與新產商的合作關系，例如Vistor、DataCore與FalconStor。將存儲虛擬化作為解決方案 許多分析師與存儲提供商推薦存儲虛擬化，作為伺服器虛擬化存儲問題的解決方案。即使沒有出現問題，存儲虛擬化也可以減少數據中心開支，提高商業靈活性並成為任何私有雲的重要組件之一。 概念上來說，存儲虛擬化類似伺服器虛擬化。將物理存儲系統抽象，隱藏復雜的物理存儲設備。存儲虛擬化將來自於多個網路存儲設備的資源整合為資源池，對外部來說，相當於單個存儲設備，連同虛擬化的磁碟、塊、磁帶系統與文件系統。存儲虛擬化的一個優勢便是該技術可以幫助存儲管理員管理存儲設備，提高執行諸如備份/恢復與歸檔任務的效率。 存儲虛擬化架構維護著一份虛擬磁碟與其他物理存儲的映射表。虛擬存儲軟體層(邏輯抽象層)介於物理存儲系統與運行的虛擬伺服器之間。當虛擬伺服器需要訪問數據時，虛擬存儲抽象層提供虛擬磁碟與物理存儲設備之間的映射，並在主機與物理存儲間傳輸數據。 只要理解了伺服器虛擬化技術，存儲虛擬化的區別僅在於採用怎樣的技術來實現。容易混淆的主要還是在於存儲提供商用於實現存儲虛擬化的不同方式，可能直接通過存儲控制器也可能通過SAN應用程序。同樣的，某些部署存儲虛擬化將命令和數據一起存放(in-band)而其他可能將命令與數據路徑分離(out-of-band)。 存儲虛擬化通過許多技術實現，可以是基於軟體、主機、應用或基於網路的。基於主機的技術提供了一個虛擬化層，並扮演為應用程序提供單獨存儲驅動分區的角色。基於軟體的技術管理著基於存儲網路的硬體設施。基於網路的技術與基於軟體的技術類似，但工作於網路交換層。 存儲虛擬化技術也有一些缺陷。實現基於主機的存儲虛擬化工具實際上就是卷管理器，而且已經流傳了好多年。伺服器上的卷管理器用於配置多個磁碟並將其作為單一資源管理，可以在需要的時候按需分割，但這樣的配置需要在每台伺服器上配置。此解決方式最適合小型系統使用。 基於軟體的技術，每台主機僅需要通過應用軟體查詢是否有存儲單元可用，而軟體將主機需求重定向至存儲單元。因為基於軟體的應用通過同樣的鏈路寫入塊數據與控制信息(metadata)，所以可能存有潛在瓶頸，影響主機數據傳輸的速度。為了降低延遲，應用程序通常需要維護用於讀取與寫入操作的緩存，這也增加了其應用的價格。伺服器虛擬化存儲創新：自動化精簡配置與重復數據刪除 存儲技術的兩個創新，自動化精簡配置與重復數據刪除，同樣是減少伺服器虛擬化環境對存儲容量需求的解決方案。這兩項革新可以與存儲虛擬化結合，以提供牢固可靠的存儲容量控制保障。 自動精簡配置讓存儲「走的更遠」，可減少已分配但沒有使用的容量。其功能在於對數據塊按需分配，而不是對所有容量需求進行預先分配。此方法可以減少幾乎所有空白空間，幫助避免利用率低下的情況出現，通常可以降低10%的磁碟開銷，避免出現分配大量存儲空間給某些獨立伺服器，卻一直沒有使用的情況。 在許多伺服器部署需求中，精簡配置可通過普通存儲資源池提供應用所需的存儲空間。在這樣的條件下，精簡配置可以與存儲虛擬化綜合應用。 重復數據刪除從整體上檢測與刪除位於存儲介質或文件系統中的重復數據。檢測重復數據可在文件、位元組或塊級別進行。重復數據刪除技術通過確定相同的數據段，並通過一份簡單的拷貝替代那些重復數據。例如，文件系統中有一份相同的文檔，在50個文件夾(文件)中，可以通過一份單獨的拷貝與49個鏈接來替代原文件。 重復數據刪除可以應用與伺服器虛擬化環境中以減少存儲需求。每個虛擬伺服器包含在一個文件中，有時文件會變得很大。虛擬伺服器的一個功能便是，系統管理員可以在某些時候停下虛擬機，復制並備份。其可以在之後重啟，恢復上線。這些備份文件存儲於文件伺服器的某處，通常在文件中會有重復數據。沒有重復數據刪除技術支持，很容易使得備份所需的存儲空間急劇增長。改變購買存儲設備的觀念 即使通過存儲虛擬化，重復數據刪除與精簡配置可以緩解存儲數容量增長的速度，組織也可能需要改變其存儲解決方案購買標准。例如，如果你購買的存儲支持重復數據刪除，你可能不再需要配置原先規劃中那麼多的存儲容量。支持自動化精簡配置，存儲容量利用率可以自動提高並接近100%，而不需要管理員費心操作維護。 傳統存儲購買之前，需要評估滿足負載所需的存儲能力基線、三年時間存儲潛在增長率、存儲擴展能力與解決存儲配置文件，還有擬定相關的采購合同。以存儲虛擬化與雲計算的優勢，購買更大容量的傳統存儲將越來越不實際，尤其在預算仍是購買存儲最大的限制的情況下。以下是一些簡單的存儲購買指導： 除非設計中明確說明，不要購買僅能解決單一問題的存儲方案。這樣的做法將導致購買的存儲架構無法與其他系統共享使用。 ·關注那些支持多協議並提供更高靈活性的存儲解決方案。 ·考慮存儲解決方案所能支持的應用/負載范圍。 ·了解能夠解決存儲問題的技術與方案，例如重復數據刪除與自動化精簡配置等。 ·了解可以降低系統管理成本的存儲管理軟體與自動化工具。 許多組織都已經在內部環境中多少實施了伺服器虛擬化，並考慮如何在現有存儲硬體與伺服器上實現私有雲。存儲預算應用於購買合適的硬體或軟體，這點十分重要。不要將僅將注意力集中在低價格上。相反，以業務問題為出發點，提供解決問題最有價值的存儲解決方案才是王道。