网络虚拟化存储
A. 云存储的核心技术：虚拟化存储，究竟虚拟是怎样实现的
虚拟化改变了计算机使用存储的方式。就像物理机器抽象成虚拟机（VM：Virtual Machine）一样，物理存储设备也被抽象成虚拟磁盘（Virtual Disk）。今天我们就来聊聊虚拟化存储（Storage Virtualization）技术，究竟虚拟磁盘是怎样实现的？
虚拟磁盘的实现
我们知道，服务器扩展存储的手段主要有直连存储（DAS）、存储区域网络（SAN）和网络附加存储（NAS）这三种类型。那么哪种存储类型可以用来实现虚拟磁盘呢？
在虚拟化环境中，类似VMWare这样的虚拟机管理程序hypervisor，要同时给很多VM分配存储空间。这个过程中，我们需要先把物理存储资源重新划分成虚拟磁盘，然后再分配给VM。
显然我们不能用DAS方式把物理磁盘直连到VM上，如果这样，需要的物理磁盘就太多了。SAN是以逻辑单元（LUN：Logic Unit）的形式提供存储资源，但是虚拟环境中VM的数量是很大的，而且伦的数量不足以支持这么多虚拟磁盘。
更重要的是，虚拟磁盘是为大量VM共享的，由于VM需要随时创建、删除或迁移，所以需要在迁移VM时共享存储空间，只有原始数据不会丢失。DAS还是SAN，都不适合共享存储。
考虑到资源分配以及共享的问题，虚拟机管理程序以NAS的方式实现虚拟磁盘。VMware通常使用VMFS（虚拟机文件系统）或NFS协议实现虚拟磁盘，VMFS文件系统是专门针对虚拟机环境协议。
每一个虚拟机的数据实际上是一堆文件，及最重要的文件的虚拟磁盘文件（VMDK文件），也有交换分区文件（VSWP文件，等价交换），非易失性存储器（NVRAM的文件相当于BIOS），等等。每个VM对虚拟磁盘的IO操作实际上是对虚拟磁盘文件的读写操作。
设计、施工、和虚拟服务器环境和优化，允许多个虚拟机访问集成的集群存储池，从而大大提高了资源的利用率。使用和实现资源共享，管理员可以直接从更高的效率和存储利用率中获益。
那么我们如何在云计算中使用虚拟磁盘呢？
实例存储
最主要的一种使用虚拟磁盘的方式就是实例存储，每个VM都是虚拟机的一个实例，虚拟机管理程序在每个实例中提供一个仿真硬件环境，它包括CPU、内存和磁盘。这样，虚拟磁盘就是虚拟机实例的一部分，就像物质世界。删除VM后，虚拟磁盘也将被删除。
在这个实例存储模型中，虚拟磁盘与虚拟机之间的存储关系，事实上，它是DAS存储。但是虚拟磁盘的底层实现，我们说，它是以NAS的方式实现的。虚拟机管理程序的作用是存储VM层的存储模型，这是从实施协议分离（VMFS或NFS）的虚拟机的低层。
VMFS协议实现了存储资源的虚拟化，再分配各VMs
卷存储
实例存储有它的限制，开发人员通常希望分离实例数据，例如OS和安装的一些服务器应用程序和用户数据，这样重建VM的时候可以保留用户的数据。
这个需求衍生出另外一种存储模型：卷存储。卷是存储的主要单元，相当于虚拟磁盘分区。它不是虚拟机实例的一部分，它可以被认为是虚拟机的外部存储设备。
该卷可以从一个VM卸载，然后附加到另一个VM。通过这种方式，我们实现了实例数据与用户数据的分离。OpenStack的煤渣是一个体积存储的实现。
除了实例存储和卷存储之外，最后我们还提到另一种特殊的虚拟存储：对象存储。
对象存储
很多云应用需要在不同的VM之间共享数据，它常常需要跨越多个数据中心，而对象存储可以解决这个问题。在前一篇文章中的云计算IaaS管理平台的基本功能是什么？》中曾经提到过对象存储。
在对象存储模型中，数据存储在存储段（bucket）中，桶也可以被称为“水桶”，因为它字面意思。我们可以用硬盘来类推，对象像一个文件，而存储段就像一个文件夹（或目录）。可以通过统一资源标识符（URI：统一资源标识符）找到对象和存储段。
对象存储的核心设计思想实际上是虚拟化，它是文件的物理存储位置，如卷、目录、磁盘等，虚拟化是木桶，它将文件虚拟化为对象。对于应用层，简化了对数据访问的访问，屏蔽了底层存储技术的异构性和复杂性。
对象存储模型
NAS与对象存储各有所长
当然你也许会问，NAS存储技术也是一个可以解决数据共享的问题吗？由于对象存储的大小和成本优势，许多云环境使用对象存储而不是NAS。
因为对象存储将跨多个节点传播，最新数据并不总是可用的 因此，对象存储的数据一致性不强。如果有强一致性的要求，然后你可以使用NAS。目前，在云计算环境中，NAS和对象存储是共存的。
和NAS一样，对象存储也是软件体系结构，而不是硬件体系结构。应用程序通过REST API直接访问对象存储。公共对象存储包括：Amazon S3和OpenStack的Swift。
结语
在实际的云平台应用中，我们需要根据自己的实际情况来合理运用不同的虚拟化存储技术。
对于非结构化的静态数据文件，如音视频、图片等，我们一般使用对象存储。
对于系统镜像以及应用程序，我们需要使用云主机实例存储或者卷存储。
对于应用产生的动态数据，我们一般还需要利用云数据库来对数据进行管理。
B. 存储虚拟化的概念是什么
对于用户来说，虚拟化的存储资源就像是一个巨大的“存储池”，用户不会看到具体的磁盘、磁带，也不必关心自己的数据经过哪一条路径通往哪一个具体的存储设备。从管理的角度来看，虚拟存储池是采取集中化的管理，并根据具体的需求把存储资源动态地分配给各个应用。值得特别指出的是，利用虚拟化技术，可以用磁盘阵列模拟磁带库，为应用提供速度像磁盘一样快、容量却像磁带库一样大的存储资源，这就是当今应用越来越广泛的虚拟磁带库（VTL,VirtualTapeLibrary），在当今企业存储系统中扮演着越来越重要的角色。
C. 考题，快：什么是虚拟存储器它主要解决什么问题
扩大存储容量。
虚拟存储器即虚拟内存，虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。针对物理地址的直接映射的许多弊端，计算机的设计中就采取了一个虚拟化设计，就是虚拟内存。CPU通过发出虚拟地址，虚拟地址再通过MMU翻译成物理地址，最后获得数据。
(3)网络虚拟化存储扩展阅读：
注意事项：
基于主机的虚拟化存储技术其就是位于第三层的虚拟化存储技术管理软件。在现实应用中，这个软件通常是有操作系统下的逻辑卷管理软件来实现。
如Windows操作系统下面的自动卷管理软件。不过从笔者的经验来看，还是采用操作系统自带的卷管理软件为好。在兼容性、性能上面都比较优越，而且还是的。通过这个虚拟层，可以将存储设备组成逻辑磁盘与逻辑卷。
D. 什么是虚拟化存储
对于中小型架构来说存储虚拟化看起来是过大或过于昂贵的技术。但实际上许多不同规模的企业也可以从存储虚拟化中获益--通过使用商品硬件和传统的虚拟化存储引擎。
简而言之，虚拟化存储就是将数据从磁盘中抽象出来。在传统存储部署设置中，我们受限于驱动器盘符（在Windows系统上）或逻辑单元号（LUN），并且在特定磁盘层上给定了特定的RAID（独立磁盘冗余阵列）算法。
虚拟化存储的第一个实例可能是来自将存储迁移到虚拟服务器环境。在大多数情况下，这需要实施某种形式的共享存储。这种共享存储通常是一个通过光纤通道或iSCSI（互联网小型计算机系统接口）网络的存储局域网（SAN）。
在这种设置中，各个服务器从通常与服务器架构相连的硬件中抽象出来。从存储的角度而言，用户可以也可以不将数据从磁盘中完全抽象出来。虚拟化存储提供了主机和磁盘的抽象化。
这种互联的系统，无论是VMware ESXi主机或Windows Server系统，都不知道底层的磁盘是RAID 5、6或者是否可以和它直接互动。存储处理器作为存储虚拟化引擎，可以协调实际磁盘和主机系统之间的I/O。
虚拟化存储还可以带来新的功能，比如允许透明的存储扩展。在这些功能中，最引人注目的功能之一就是自动精简配置。自动精简配置可以仅消耗实际使用的驱动器空间。存储管理员另一个青睐的功能就是重复数据删除。
当用户在块层次上部署重复数据删除的时候，重复数据删除会检查逻辑区的磁盘使用情况并寻找相同的数据块。这些相同的数据块会被链接到第一个实例，然后重复的块会被存储系统回收。
其他可能推动管理员转向虚拟化存储的功能是卷管理功能，比如复制、快照和迁移。
从一个存储系统到另一个存储系统的卷或LUN复制是灾难恢复的福音。实际上，像VMware Site Recovery Manager（VMware站点恢复管理器）这样的解决方案依赖于这种复制技术，需要复制技术才能系统完好地复原到另一个站点。LUN的快照也可以非常有用。LUN快照可以像虚拟机的快照功能那样运作，整个数据集可以很快地恢复到指定的时间点。
最后，迁移功能也可以为架构管理员带来很多方便。通过带虚拟技术（比如VMware的Storage vMotion功能）的虚拟化引擎，管理员可以进行从一个存储系统到另一个存储系统的迁移。但是这对于非虚拟化的存储部分则没有多大用处。基于SAN的迁移功能可以将一个卷从存储处理器背后的一个存储系统迁移到另一个存储系统，以便将数据从需要移除的设备中迁移出来。
这种功能的一个主要使用情境就是将数据从旧磁盘阵列（比如使用Ultra-320 SCSI磁盘的阵列）迁移到新的磁盘阵列（比如使用串行链接SCSI（SAS）驱动器的阵列）。这可以带来更好的性能。通过虚拟化存储环境，LUN可以从一个存储系统迁移到另一个存储系统，完全不受制于所连接的系统。这主要是因为VMware ESXi主机或Windows Server连接到的不是底层存储而是存储处理器，也就是抽象层。
虚拟化存储的一个隐性好处就是管理员可以解决非结构化数据的数据保护问题。比如说有数TB的存储，这虽然看起来也不是太多，但是如果这里面包含1KB文件的数据，你会很快发现这么多的数据很难在文件系统中管理。
这种情况导致这种类型的数据备份变得异常繁琐。虚拟存储可以在块层次上解决这个问题，将卷复制或快照到另一个存储系统，从而满足数据保护的要求。只要存储系统可以块层次上对LUN的内容进行操作，那么虚拟存储的好处就会显现出来。
E. 简述虚拟化存储技术的三种实现方法及工作原理
从系统的观点看，有三种主要的存储虚拟化方法:
基于主机的虚拟存储;
基于存储设备的虚拟存储;
基于网络的虚拟存储。
方法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。
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。
方法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路径上。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，例如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。
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，其他主机仍然可以通过其他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。
F. 存储虚拟化的功能和特点
所谓的虚拟存储呢就是通过一定手段集中管理多个存储介质模块。
它的特点就是中央管理，集中管理，这是一个突出的特点。
打破了存储供应商的界限。
可以应用于不同品牌高中低档的存储设备。
G. 存储虚拟化方式有哪些，请分析它们的用途及优缺点
您好，很高兴能帮助您
主机级别的方案中通常只是虚拟化直连主机的存储，当然也有一些可以部署在一个SAN环境中的多台存储子系统上。
早先的存储虚拟化产品常用于简化内部磁盘驱动器和服务器外部直连存储的空间分配，以及支持应用集群。Veritas Volume Manager和Foundation Suite就是首批这类解决方案，这类方案使得存储扩展，以及为应用程序和文件服务器提供空间更为简单快速。
随着存储需求的增长远远超过直连存储所能提供的范围，存储虚拟化逐渐成为存储阵列中的一种容量提供方式。而容量持续增长以及诸如iSCSI等小型IT组织负担得起的共享存储技术的出现又使得存储虚拟化技术也融合进基于网络的设备和运行在通用硬件的软件里。
不过现今的服务器和桌面虚拟化技术兴起给存储虚拟化技术带来了新的生机，而基于主机的存储虚拟化技术正在逐渐回归。服务器虚拟化平台必需要基于共享存储体系架构来实现一些关键特性，比如VMware的vMotion和Distributed Resource Schele (DRS)。通过传统的SAN架构自然可以实现这种共享存储体系架构，不过越来越多的IT组织开始寻求更简单的方式来实现共享存储。基于主机的虚拟化技术就是方式之一。
诸如VMware之类的服务器虚拟化供应商认为存储是妨碍虚拟化技术大规模普及的瓶颈之一。这些Hypervisor供应商已经实现了处理器和内存资源的抽象，实现更好的控制并提高资源利用率，他们自然而然也会希望这样控制存储。不过将存储控制功能整合到主机服务器端，称之为“存储Hypervisor”时会带来一些潜在的问题。处理一些在虚拟服务器和虚拟桌面环境中至关重要的存储服务，诸如快照、克隆和自动精简配置时，会严重影响主机服务器的性能。
Virsto的解决方案
Virsto开发出了一款软件解决方案，安装在每台主机服务器上(无论是一台虚拟机或Hypervisor上的过滤驱动器)并在主存储上创建一个虚拟化层，称为Virsto存储池。其同时创建一个高性能磁盘或者固态存储区域，成为“vLog”。读操作会直接指向主存储，不过写操作会通过vLog进行，这会给请求的虚拟机或应用程序发回一个确认。然后vLog将这些写操作异步地分布写入主存储，从而减少对写性能的影响。该存储池可以容纳多至4层的存储方式，包括固态存储和各类型的磁盘驱动器。
和缓存的工作方式类似，vLog通过在存储前端降低耦合度改善了存储性能，降低了后端存储的延迟。其同时将前端主机的随机写操作变为顺序方式，实现后端存储的最佳性能。基于Virsto主机的存储虚拟化软件实现了以上这些功能。
虚拟存储设备
基于主机的存储虚拟化的另一项应用实例是虚拟存储设备(VSA)
VSA是运行在虚拟机上的存储控制器，其虚拟化统一集群中的主机所直接连接的存储。VSA提供一个主机使用的简易的存储共享体系架构，并支持高可用性、虚拟机迁移，并改善存储提供方式。对于很多企业，这种方式可以替代原本需要建立并管理传统SAN或NAS来支持虚拟服务器和桌面的体系架构。
vSphere Storage Appliance。VMware的vSphere Storage Appliance以一个虚拟机的方式运行，从在2个或3个节点集群中，每个ESX/ESXi主机所直连的DAS存储中，创建一个共享存储池。VMware VSA提供每个节点的RAID保护，并在同一集群的各个节点之间提供镜像保护。虽然从技术角度上看，VMware VSA是一个基于文件的体系架构，不过其亦为集群中每台主机提供数据块级别的存储虚拟化，并用户可以从这种部署方式中获取和基于数据块的共享存储一样的收益。
HP的LeftHand Virtual SAN Appliance。虽然和VMware VSA的功能类似，P4000 VSA软件可以支持每台主机直连DAS以外的方式。其还允许使用iSCSI或FC SAN等外部存储来创建共享存储池。这就意味着可以将如何可用的存储，本地存储或用于容灾的异地存储，转变为LeftHand存储节点。P4000t提供快照和自动精简配置，并且支持Hyper-V和VMware。
DataCore的SANsymphony-V。DataCore的解决方案是通过在一个虚拟机中部署其SANsymphony软件来整合其它各个VMware，Hyper-V或XEN主机的直连存储，形成共享存储池。SANsymphony-V可以和HP的解决方案那样虚拟化外部的网络存储，并且该软件可以在迁移到传统的共享存储体系架构时部署在外部服务器上。SANsymphony-V同时提供各类存储服务，譬如快照、自动精简配置、自动化分层和远程复制。
FalconStor的NSS Virtual Appliance。FalconStor的Network Storage Server Virtual Appliance(NSSVA)是该公司NASS硬件产品中唯一支持的VMware版本，用网络上其它主机的直连存储创建一个虚拟存储池。和DataCore和LeftHand的解决方案类似，该存储池可以扩展到网络上任何可用的iSCSI存储上。该NSS Virtual Appliance包括快照、自动精简配置、读/写缓存、远程复制和卷分层等存储功能。
基于主机的存储虚拟化解决方案是目前大多使用在虚拟化服务器和虚拟化桌面环境中，用以实现环境的高可用性特性，以及改善存储性能、利用率和管理效率。
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