為了滿足各類信息系統(tǒng)日益增長的IT資源需求，降低架構(gòu)及管理復(fù)雜度并實(shí)現(xiàn)IT資源的快速交付和彈性分配，基于虛擬化技術(shù)建設(shè)云數(shù)據(jù)中心已成為當(dāng)前高校信息化部門的首選。然而，從大多數(shù)高校數(shù)據(jù)中心的建設(shè)實(shí)踐看，虛擬化技術(shù)在計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲這三大體系上的應(yīng)用程度并不均衡，尤其是存儲虛擬化并未引起足夠的重視，已成為高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)的短板。

　　數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)面臨的問題

　　高校應(yīng)用系統(tǒng)類型復(fù)雜，數(shù)量繁多。在建設(shè)和運(yùn)行過程中，其存儲容量需求往往呈現(xiàn)螺旋上升趨勢。數(shù)據(jù)中心建設(shè)時，往往由于對存儲容量需求無法準(zhǔn)確預(yù)估，項(xiàng)目預(yù)算或建設(shè)周期限制等原因，存儲擴(kuò)容成為常態(tài)。在擴(kuò)容過程中，往往由于技術(shù)發(fā)展，采購限制等種種原因，不得不放棄在原有設(shè)備上進(jìn)行擴(kuò)容或采購相同設(shè)備的方案，而采購新的異構(gòu)存儲設(shè)備。隨著存儲系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以下問題便凸顯出來：

　　1.管理復(fù)雜度急劇增加

　　由于不同廠商的存儲設(shè)備底層架構(gòu)、管理界面和軟件功能都有較大的差別，在異構(gòu)存儲環(huán)境下，配置和管理的復(fù)雜度無疑會大大增加。不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)復(fù)制、遷移等操作需要較高的成本。

　　2.存儲資源利用率無法有效提升

　　在異構(gòu)存儲環(huán)境下，各存儲設(shè)備往往會形成容量壁壘，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的資源調(diào)度，資源利用率無法有效提高。

　　3.存儲系統(tǒng)高可用實(shí)現(xiàn)困難

　　異構(gòu)存儲環(huán)境下，增加設(shè)備、架構(gòu)調(diào)整或者數(shù)據(jù)遷移都往往需要對存儲設(shè)備進(jìn)行離線操作，這樣無疑會降低存儲系統(tǒng)的可用性。而實(shí)現(xiàn)高可用的技術(shù)手段，如存儲鏡像等，又會由于異構(gòu)存儲間的技術(shù)壁壘無法順利實(shí)現(xiàn)。

　　存儲虛擬化技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方式

　　根據(jù)SNIA（存儲網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會）的定義，存儲虛擬化是指“通過將存儲系統(tǒng)/子系統(tǒng)的內(nèi)部功能從應(yīng)用程序、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源中進(jìn)行抽象、隱藏或隔離，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)的存儲與數(shù)據(jù)管理”。簡單來說，存儲虛擬化技術(shù)能夠通過屏蔽具體物理設(shè)備的物理特征，將各類存儲設(shè)備資源進(jìn)行整合，為上層服務(wù)器提供一個能夠統(tǒng)一配置管理的邏輯存儲資源池，從而有效地解決了異構(gòu)存儲架構(gòu)帶來的種種問題。

　　存儲虛擬化技術(shù)有多種實(shí)現(xiàn)方式和途徑。一般情況下，根據(jù)虛擬化在I/O路徑中不同的實(shí)現(xiàn)位置，可分為基于主機(jī)的虛擬化、基于存儲設(shè)備的虛擬化和基于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬化。

　　1.基于主機(jī)的虛擬化

　　基于主機(jī)的虛擬存儲依賴于代理或管理軟件，它們安裝在一個或多個主機(jī)上，實(shí)現(xiàn)存儲虛擬化的控制和管理。由于控制軟件是運(yùn)行在主機(jī)上，會占用主機(jī)資源且存在不同操作系統(tǒng)間的兼容性問題。因此，這種方法的可擴(kuò)展性較差，實(shí)際運(yùn)行的性能不是很好。

　　基于主機(jī)的方法也有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，因?yàn)橛锌赡軐?dǎo)致不經(jīng)意間越權(quán)訪問到受保護(hù)的數(shù)據(jù)。這種方法要求在主機(jī)上安裝適當(dāng)?shù)目刂栖浖?，因此一個主機(jī)的故障可能影響整個SAN系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的完整性。軟件控制的存儲虛擬化還可能由于不同存儲廠商軟硬件的差異而帶來不必要的互操作性開銷，所以這種方法的靈活性也比較差。但是，因?yàn)椴恍枰魏胃郊佑布谥鳈C(jī)的虛擬化方法最容易實(shí)現(xiàn)，其設(shè)備成本也最低。

　　2.基于存儲設(shè)備的虛擬化

　　基于存儲設(shè)備的虛擬化依賴于存儲設(shè)備的控制器軟件功能模塊，這種虛擬化技術(shù)往往只能解決同一廠商系列設(shè)備的虛擬化問題，無法支持包含多個廠商設(shè)備的復(fù)雜存儲系統(tǒng)的虛擬化。依賴于存儲供應(yīng)商的虛擬化功能模塊將會在系統(tǒng)中排斥簡單的硬盤組和簡單存儲設(shè)備的使用，因?yàn)檫@些設(shè)備并沒有提供存儲虛擬化的功能。采用該存儲虛擬化技術(shù)也會導(dǎo)致存儲系統(tǒng)在建設(shè)過程中的品牌唯一問題。當(dāng)然，對于已經(jīng)采用同一廠商不同系列存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)中心來說，該方案能夠較容易地實(shí)現(xiàn)存儲資源的虛擬化和統(tǒng)一管理。

　　3.基于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬化

　　基于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬化是指在存儲系統(tǒng)的SAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)存儲虛擬化功能。根據(jù)其數(shù)據(jù)路徑和控制路徑的耦合情況，可分為對稱虛擬化和非對稱虛擬化兩種。對稱虛擬化是指數(shù)據(jù)路徑與控制路徑重合，在數(shù)據(jù)讀寫的過程中，在主機(jī)到存儲設(shè)備的路徑上實(shí)現(xiàn)虛擬存儲。具體實(shí)現(xiàn)時，實(shí)現(xiàn)虛擬化功能的設(shè)備安裝在主機(jī)和存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)通道內(nèi)，所有控制及數(shù)據(jù)訪問都必須通過該設(shè)備。該實(shí)現(xiàn)方式無需對現(xiàn)有SAN架構(gòu)進(jìn)行任何更改，也無需占用任何的主機(jī)資源。

　　非對稱虛擬化是指數(shù)據(jù)路徑與控制路徑不重合，在主機(jī)到存儲設(shè)備的路徑外實(shí)現(xiàn)虛擬存儲。非對稱存儲虛擬化設(shè)備位于主機(jī)和存儲之間的數(shù)據(jù)通道之外，通過其他的網(wǎng)絡(luò)連接方式與主機(jī)系統(tǒng)通信，因而在主機(jī)中需要安裝專門的客戶端軟件，所面臨的問題與基于主機(jī)的存儲虛擬化類似。

　　存儲虛擬化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

　　華中科技大學(xué)從2012年開始啟動數(shù)據(jù)中心建設(shè)，根據(jù)需求，采用了分級建設(shè)的模式，建成了面向?qū)W校人事、學(xué)工、設(shè)備等重要應(yīng)用的核心數(shù)據(jù)中心（如圖1）及滿足學(xué)校各二級單位網(wǎng)站、信息系統(tǒng)建設(shè)需求的二級數(shù)據(jù)中心（如圖2）。

　　可以看出，在兩級數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)中，均采用了接入SAN網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化控制器設(shè)備實(shí)現(xiàn)了基于存儲網(wǎng)絡(luò)的對稱存儲虛擬化。在這種架構(gòu)下，虛擬化控制器將異構(gòu)的存儲設(shè)備虛擬化為一個統(tǒng)一的存儲資源池，服務(wù)器不再直接訪問任何的存儲設(shè)備，而是通過存儲虛擬化控制器構(gòu)造的存儲虛擬化層進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。

　　從應(yīng)用實(shí)踐看，存儲虛擬化的實(shí)施為數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運(yùn)維帶來了以下幾點(diǎn)好處。

　　1.降低了存儲系統(tǒng)建設(shè)和管理的復(fù)雜度

　　由于采用了存儲虛擬化技術(shù)，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維人員在日常管理與維護(hù)中通常無需對單一存儲設(shè)備進(jìn)行操作，而是通過存儲虛擬化控制器提供的統(tǒng)一界面，對存儲資源進(jìn)行管理。對存儲系統(tǒng)擴(kuò)容時，可以靈活地根據(jù)需求、成本、項(xiàng)目預(yù)算等因素考慮采用利舊，對原有設(shè)備擴(kuò)容及采購異構(gòu)存儲等多種方案。學(xué)校兩級數(shù)據(jù)中心自2012年起的多次擴(kuò)容中，先后采購了三個廠商的多臺存儲設(shè)備并利舊使用一臺存儲設(shè)備。由于采用了存儲虛擬化技術(shù)，所有擴(kuò)容實(shí)施均實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的不中斷操作。

　　2.實(shí)現(xiàn)了存儲資源的有效利用

　　與傳統(tǒng)存儲配置方式相比，基于虛擬存儲的自動精簡配置技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)存儲資源的有效利用，能夠有效地避免物理存儲空間因超量分配導(dǎo)致的閑置。同時，存儲虛擬化技術(shù)通過構(gòu)造存儲資源池，突破了單一設(shè)備的容量壁壘，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的容量整合。

　　3.存儲系統(tǒng)的高可用易于實(shí)現(xiàn)

　　通過存儲虛擬化控制器能夠非常容易在不同存儲設(shè)備上定義和實(shí)現(xiàn)存儲同步鏡像及雙活且對主機(jī)透明，當(dāng)單一存儲設(shè)備因故障、檢修等原因需要停機(jī)時，不會影響相關(guān)業(yè)務(wù)的運(yùn)行。2015年，學(xué)校核心數(shù)據(jù)中心中一臺主存儲由于電源發(fā)生故障須停機(jī)維修，因?yàn)椴捎昧舜鎯μ摂M化技術(shù)，所以維修過程中也實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的不中斷運(yùn)行。

　　4.可實(shí)現(xiàn)存儲資源的服務(wù)質(zhì)量管理

　　通過存儲虛擬化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)存儲系統(tǒng)中異構(gòu)存儲的差異化管理。通過配置不同服務(wù)級別的存儲資源池，可以將不同性能的存儲設(shè)備分類管理并分配給對應(yīng)需求的應(yīng)用系統(tǒng)。例如，可以把高端的存儲資源集中分配給關(guān)鍵應(yīng)用，而把較低端的存儲資源分配給非關(guān)鍵應(yīng)用。

　　和所有技術(shù)相同，存儲虛擬化技術(shù)在帶來以上便捷性的同時，也存在著一些弊端和問題。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

　　1.性能瓶頸及單點(diǎn)故障風(fēng)險

　　在某些存儲虛擬化實(shí)現(xiàn)方式下，例如對稱存儲網(wǎng)絡(luò)虛擬化時，由于所有主機(jī)對存儲設(shè)備的訪問均通過存儲虛擬化設(shè)備，其設(shè)備性能就成為了整個存儲系統(tǒng)的性能瓶頸，并帶來了單點(diǎn)故障風(fēng)險。雖然存儲虛擬化設(shè)備廠商均采用了大容量Cache等技術(shù)應(yīng)對性能瓶頸，但對于一些高性能存儲設(shè)備而言，采用對稱存儲網(wǎng)絡(luò)虛擬化設(shè)備時，仍無疑會出現(xiàn)“小馬拉大車”的情況。對于單點(diǎn)故障風(fēng)險，存儲虛擬化設(shè)備廠商在設(shè)計中也進(jìn)行了充分考慮，采用了物理冗余等一系列措施進(jìn)行保障。

　　2.廠商綁定風(fēng)險

　　雖然存儲虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)存儲的統(tǒng)一管理，但就存儲虛擬化設(shè)備而言，仍只能進(jìn)行單一選擇。這就意味著，一旦選擇了某個廠商的存儲虛擬化設(shè)備，在擴(kuò)容中，則必須選擇該設(shè)備所兼容的存儲設(shè)備。所以在存儲虛擬化設(shè)備選擇前，須充分了解該設(shè)備的兼容性列表。

　　所以，存儲虛擬化技術(shù)能夠方便地實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備的統(tǒng)一管理及存儲資源的整合，有效地提高存儲系統(tǒng)資源利用率、可用性及可擴(kuò)展性，并大大降低管理復(fù)雜度和成本。

　　高校在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)過程中應(yīng)當(dāng)充分重視和研究存儲虛擬化技術(shù)，根據(jù)自身需求和特點(diǎn)靈活使用，以提升數(shù)據(jù)中心存儲服務(wù)的質(zhì)量。（責(zé)編：陶春）

　　（作者單位為華中科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與計算中心）

　　本文刊載于《中國教育網(wǎng)絡(luò)》雜志2018年7月刊