存储虚拟化简介

• 存储虚拟化：将存储网络中的各个分散且异构的存储设备按照一定的策略映射成一个统一的连续编址的逻辑存储空间，称为虚拟存储池。

• 虚拟存储池可跨多个存储子系统，并将虚拟存储池的访问接口提供给应用系统。逻辑卷与物理存储设备之间的映射操作是由存储网络中的专门的虚拟化引擎来实现和管理的。

• 虚拟化引擎可以屏蔽掉所有存储设备的物理特性，使得存储网络中的所有存储设备对应用服务器透明，应用服务器只与分配给它们的逻辑卷打交道。

• 存储虚拟化将系统中分散的存储资源整合：提高存储资源利用率，降低单位存储空间成本，降低存储管理负担和复杂性

• 在虚拟层通过使用数据镜像、数据校验和多路径等技术，提高数据的可靠性及系统的可用性

• 利用负载均衡、数据迁移、数据块重组等技术，提升系统的潜在性能

• 整合和重组底层物理资源，得到多种不同性能和可靠性的新的虚拟设备，满足多种存储应用的需求

存储虚拟化一般模型

• 虚拟化存储系统在原有存储系统结构上增加虚拟化层，将多个存储单元抽象成一个虚拟存储池，存储单元可以是异构，可以是直接的存储设备，也可以是基于网络的存储设备或系统
• 优势
  • 减少存储系统的管理开销
  • 实现存储系统数据共享
  • 提供透明的高可靠性和可扩展性

存储虚拟化实现方式

• 实现存储虚拟化的方式主要有三种：基于主机的存储虚拟化、基于存储设备的存储虚拟化、基于网络的存储虚拟化

基于主机存储虚拟化

• 基于主机的存储虚拟化，也称基于服务器的存储虚拟化或者基于系统卷管理器的存储虚拟化，其一般是通过逻辑卷管理来实现的。
• 虚拟机为物理卷映射到逻辑卷提供一个虚拟层。虚拟机主要功能是在系统和应用级上完成多台主机之间的数据存储共享、存储资源管理（存储媒介、卷及文件管理）、数据复制及迁移、集群系统、远程备份及灾难恢复等存储管理任务。
  
• 基于主机的存储虚拟化不需要任何附加硬件。虚拟化层作为扩展的驱动模块，以软件的形式嵌入操作系统中，为连接到各种存储设备，如磁盘、磁盘阵列等，提供必要的控制功能。主机的操作系统就好像与一个单一的存储设备直接通信一样。
  

基于存储设备存储虚拟化

• 基于存储设备的存储虚拟化，也称基于存储控制器的存储虚拟化。它主要是基于存储设备的存储虚拟化主要是在存储设备的磁盘、适配器或者控制器上实现虚拟化功能。

• 有很多的存储设备（如磁盘阵列）内部都有功能比较强的处理器，且都带有专门的嵌入式系统，可以在存储子系统的
  内部进行存储虚拟化，对外提供虚拟化磁盘，比如支持RAID的磁盘阵列。

• 优点：这类存储子系统与主机无关，对系统性能的影响小，容易管理。

• 缺点

  • 基于存储设备的存储虚拟化依赖于提供相关功能的存储模块，往往需要第三方的虚拟软件，否则，其通常只能提供一种且不完全的存储虚拟化方案
  • 这种设备往往规模有限并且不能进行级联，使得虚拟存储设备的可扩展性比较差

基于网络存储虚拟化

• 基于网络的存储虚拟化方法是在网络设备上实现存储虚拟化功能，包括基于互连设备和基于路由器两种方式。
• 基于互连设备的虚拟化方法能够在专用服务器上和标准操作系统中运行。
  • 优点：易使用、设备便宜。
  • 缺点：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在路由器固件上实现虚拟存储功能。将路由器放置在每个主机到存储网络的数据通道之间，截取网络中从主机到存储系统的命令。
  • 优点：基于路由器的虚拟化在性能、效果和安全方面更好。
  • 缺点：如果路由器出现故障，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，路由器的冗余需要支持动态多路径。

案例分析：VMFS

VMFS功能

• VMFS(Virtual Machine File System)：允许来自多个不同主机服务器的并发访问，即允许多个物理主机同时读写同一存储器。
• VMFS的功能主要包括
  1. 磁盘锁定技术：锁定已启动的虚拟机的磁盘，以避免多台服务器同时启动同一虚拟机。如果物理主机出现故障，系统释放该物理主机上虚拟机的磁盘锁定，使虚拟机能够在其他物理主机上重新启动。
  2. 故障一致性和恢复机制：用于快速识别故障的根本原因，使虚拟机、物理主机和存储子系统从故障中恢复。该机制中包括分布式日志、故障一致的虚拟机I/O路径和计算机状况快照等。
  3. 裸机映射（RDM）：RDM使得虚拟机能够直接访问物理存储子系统（iSCSI或光纤通道）上的LUN（Logical Unit Number）。

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• VMware vSphere存储架构由各种抽象层组成，这些抽象层隐藏并管理物理存储子系统之间的复杂性和差异。
  

• 虚拟机内的应用程序和客户机操作系统通过虚拟SCSI控制器连接到虚拟SCSI磁盘，这些控制器包括BusLogic并行、LSI逻辑并行、LSI逻辑SAS和VMware准虚拟。虚拟SCSI磁盘通过数据中心的数据存储元素配置。

• 数据存储为多个物理主机上的虚拟机提供存储空间，抽象了复杂的物理存储技术，让客户机虚拟机不直接接触光纤通道SAN、iSCSI SAN、直接连接存储器和NAS。

• 每个虚拟机作为一组文件存储在数据存储的目录中，这些文件可以进行复制、移动、备份等操作。无须关闭虚拟机即可添加新虚拟磁盘，系统会在VMFS中创建虚拟磁盘文件（.vmdk文件）。

• 每个数据存储是存储设备上的物理VMFS卷，NAS数据存储是带有VMFS特征的NFS卷，数据存储可跨多个物理存储子系统。单个VMFS卷可包含多个存储LUN。

• 新LUN可以被检测并用于所有数据存储。存储容量可以在不关闭物理主机或存储子系统的情况下进行扩展。

• VMFS卷中的LUN故障只影响与该LUN关联的虚拟机。