信核存储虚拟化技术白皮书v1.5

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1、异构存储资源统一管理 存储虚拟化技术白皮书 2015/122015/12 存储虚拟化技术白皮书 2 内容概要内容概要 本文档分三部分。 第一部分扼要分析了目前存储管理所面临的问题。 第二部分介绍了存储虚拟化技术、不同实现层面及实施原理。 第三部分阐述了信核数据的存储虚拟化技术及工作原理，并对其特点进行 分析。 预期读者预期读者 文档编写对象为 IT 系统维护人员、存储技术工程师、系统工程师、系统架 构师以及其他希望了解存储虚拟化原理的专业技术人员。文档描述涉及某些名 词和概念未作充分解释，假定读者已经获知以下基本概念。 一般性技术概念：磁盘阵列、高可用集群。 存储行业技术概念：块级存储、存储区

2、域网络、逻辑卷与物理磁盘。 目录目录 1现有存储管理面临的问题1 2存储虚拟化技术.1 2.1基于块的存储虚拟化技术1 2.2基于存储网络的存储虚拟化技术.4 2.3存储虚拟化的实施带内虚拟化.5 2.4OSNSolution 存储虚拟化组件6 3OSNSolution 技术特点与优势9 3.1概述.9 3.2存储介质管理10 3.3存储协议支持10 3.4规格参数10 3.5技术优势11 4缩略语清单.13 存储虚拟化技术白皮书 1 1 1现有存储管理面临的问题现有存储管理面临的问题 需要存储虚拟化的客户，一般面临以下挑战： 拥有不同厂商多套存储，但总体利用率不到 30%； 有多家厂商存储需

3、要管理，维护复杂，成本高昂； 存储老旧或性能不足，需要在线迁移数据至新存储； 有多套不同厂商存储需要进行高可用或容灾建设； 如果在存储规划、运维中遇到以上问题，存储虚拟化是可考虑的一种解决方案。 2 2存储虚拟化存储虚拟化技术技术 存储虚拟化技术一般用来为单台或多台存储设备提供更好的功能特性，如实现异 构存储整合，提供更好的资源利用率；或实现异构存储高可用、容灾等多种数据保护 功能。 在阐述存储虚拟化的技术原理之前，我们首先要明确虚拟化可以在不同的 IO 层级 实现。当前主要有磁盘层级和文件层级两种存储虚拟化技术。本文中所阐述的信核数 据“存储虚拟化”技术是磁盘层级的虚拟化，即基于块级别的虚拟

4、化。基于文件系统的虚 拟化本文不涉及。 2.12.1基于块的存储虚拟化技术基于块的存储虚拟化技术 将块级物理存储设备进行虚拟化，是将多个存储设备虚拟成一个线性存储空间， 或者将一个物理存储设备虚拟成多个独立的逻辑块，隐藏物理存储设备的特征，给用 户提供一个统一的管理视图。块虚拟化主要是为了在不影响用户及应用的前提下，克 服块级物理存储设备的物理限制。 存储虚拟化技术白皮书 2 图图 1 1 基于块的存储虚拟化示意图基于块的存储虚拟化示意图 如图 1 所示，磁盘子系统 A、B、C 分别提供了物理磁盘 LUN，虚拟化引擎可以查 看到这些 LUN。在 OSNSolution 中，这些 LUN 即为物

5、理磁盘，虚拟化引擎将一个或几 个 LUN 添加到存储池（Pool）中，然后可从存储池中分配出虚拟卷（Volume）提供给 前端应用主机（主机上一般有多路径驱动）使用。对于应用主机来说这些虚拟出来的 磁盘即为逻辑卷。图图 2 2展示了磁盘间的映射关系，一个虚拟卷是由块 0-块 7 组成，每 一个块都映射到物理磁盘 1、2、3 中的其中一个块。而 Mapping Table（映射表）就 记录了这些映射关系。还没有被映射的块即为未使用的块，可以被用来创建新的卷或 是用于数据迁移、备份等。 存储虚拟化技术白皮书 3 图图 2 2 块虚拟化示意图块虚拟化示意图块块(Block)(Block) 存储虚拟化

6、技术白皮书 4 图图 3 3带区卷带区卷与顺序卷与顺序卷 块虚拟化的卷按读写原理不同分为带区卷（并行读写）和顺序卷（串行读写）， 如图 3 所示。带区卷在映射磁盘块时，采用的方式是平均地映射到每个磁盘，这样做 的优势是读写都是并行操作，同时对多块物理磁盘进行操作，速度更快，但是当其中 一个物理磁盘损坏不可读写时，会导致所有相关的虚拟磁盘全部不可用，一般建议对 带区卷进行镜像或高可用保护；顺序卷对物理磁盘串行操作，即按顺序映射各个磁盘 的块，当前磁盘块被全部映射时，继续映射下一块磁盘。虽然其读写速度不及带区 卷，但是其相对安全性更高，当一块物理磁盘不可读写时，受影响的虚拟磁盘更少。 信核数据静态

7、卷采用的是顺序卷技术，动态卷采用的是带区卷技术，块大小默认为 512MB。 2.22.2基于存储网络的存储虚拟化技术基于存储网络的存储虚拟化技术 存储虚拟化主要适用于异构存储整合、异构存储数据在线迁移、异构存储高可用 等建设场景，可以通过主机层（Host）、存储网络层（Network），或存储设备 （Storage devices）中实现这些功能。实现存储虚拟化的位置不同，其虚拟化效果、设 备兼容性、部署难度等方面均存在差异。 存储虚拟化技术白皮书 5 图图 4 4基于存储网络的存储虚拟化基于存储网络的存储虚拟化 信核 OSNSolution 存储虚拟化方案通过在服务器与存储设备之间的存储网络

8、中添 加虚拟化引擎实现数据的虚拟化存储。主要可应用于异构存储系统的整合，在此基础 上可添加高可用、数据保护等功能，保障业务系统的连续稳定运行。 表表 1 1基于存储网络的存储虚拟化的特点基于存储网络的存储虚拟化的特点 优点优点 1)与主机无关，不占用主机资源。 2)能够支持异构主机、异构存储设备。 3)使不同存储设备的数据管理功能统一。 4)构建统一管理平台，可扩展性好。 缺点缺点 1)占用交换机资源。 2)原有盘阵的高级存储功能将不能使用。 2.32.3存储虚拟化的实施存储虚拟化的实施带内虚拟化带内虚拟化 在存储虚拟化技术的具体实施中，主要有两种实现方式，一种是带内（In-Band） 虚拟化

9、，即基于存储网关等其他存储网络设备的虚拟化；另一种是带外（Out-of- 存储虚拟化技术白皮书 6 Band）虚拟化，即基于元数据服务器的虚拟化。不同的架构有不同的特点，现在主流 的厂商均为带内虚拟化技术。 信核数据采用基于存储网关的带内虚拟化，将虚拟化引擎嵌入 SAN 存储网络层使 用。这种技术的优点是可以不用在应用服务器上运行虚拟化软件，也无需占用后端存 储中控制器的资源，有效减少负载；当一个网关出现故障时， DP 群组内的另一台网 关会自动接替前端的应用服务，保障业务系统连续不中断。 图图 5 5OSNSolutionOSNSolution 存储虚拟化示意图存储虚拟化示意图 2.42.4

10、OSNSolutionOSNSolution 存储虚拟化组件存储虚拟化组件 信核数据的 OSNSolution 存储虚拟化方案是基于存储网络的虚拟化，主要以存储 网关的形式嵌入到已有的业务系统中，一方面连接应用服务器，另一方面连接后端磁 盘阵列等各种存储。对于后端存储资源可实现跨品牌型号、跨存储协议统一管理，而 对于前端应用主机，可提供 iSCSI 或 FC 块存储设备。 存储虚拟化技术白皮书 7 OSNSolution 虚拟化技术是基于块(Block)的虚拟化，克服了物理存储设备固定大 小、扩展性差的缺点，可以按需提供存储，并且易于扩展。 2.4.12.4.1服务器群组服务器群组( (DPD

11、P) ) 信核数据的存储服务器即存储网关，一般以两台网关构成服务器群组(DP)。2 台 网关之间以内部 FC 通道进行数据传输，组成群组的两台存储网关互为冗余。 DP 群组内的两台网关可以存储池(Pool)为单位设置优先访问节点，既可达到双节 点 Active 特性，也可保证用户可指定优先读的存储(如读操作都从高性能全闪存读) 另外 DP 群组还可设置站点(Site)属性，实现群组间的同城双活、容灾配置。 2.4.22.4.2虚拟化存储池虚拟化存储池( (PoolPool) ) OSNSolution 存储虚拟化技术，可用提供三种存储池：静态存储池（Static Pool）、动态存储池（Dyn

12、amic Pool）、透明存储池（Transparent Pool）。 静态存储池 图图 6 6静态池原理示意图静态池原理示意图 存储虚拟化技术白皮书 8 静态池容量为所管理的物理磁盘总容量（图中以 10TB 为例），从静态池分配出 来的虚拟化为静态卷。在分配单个静态卷时，卷大小要小于该池容量；分配多个静态 卷时，所有的卷大小总和也要小于静态池的总容量（图中以 5TB 为例）。 当存储网关将几个物理磁盘接管为静态池时，会将往磁盘中写入进行虚拟化所需 的 Virtual header，对于分配给前端应用主机的静态卷，系统将会识别到一个带有 EIM 标志的磁盘。 动态存储池 图图 7 7动态池原理

13、示意图动态池原理示意图 动态池容量为所管理的物理磁盘总容量（图中以 10TB 为例），这是实际可用容 量。从动态池分配出来的虚拟卷即为动态卷。在分配单个动态卷时，可根据需求情况 设定卷大小（刚分配时每个起始占用 512MB），可以超过实际可用容量配（1MB- 1PB，以 20TB 为例）；分配多个动态卷时，也可超实际可用容量分配。 当业务实际所用的空间大小接近实际可用空间时（阈值可设，默认 80%），系统 会报警，此时可以直接往动态池里添加新的存储资源，对主机及应用无影响。 透明存储池 存储虚拟化技术白皮书 9 图图 8 8透明池原理示意图透明池原理示意图 透明存储池常用于存储网关快速嵌入 S

14、AN 网络为已有数据的存储阵列做存储高可 用保护或数据在线迁移，用透明池接管的阵列 LUN，不改变原来的数据格式与大小 （TVM 技术），前端应用主机识别到的还是原来磁盘的信息（如某品牌 XXX 磁盘， TPM 技术），对业务来说无变化，确保了网关嵌入迁出时的业务连续性。 3 3OSNSolutionOSNSolution 技术技术特点与特点与优势优势 3.1概述概述 开放式存储网络管理系统 OSNSolution，是信核数据自主研发的网络化数据存储管 理平台，在技术上处于国际先进水平。通过操作简单、功能强大的 OSNSolution，可统 一管理企业的异构存储设备，降低存储管理成本，并提高数

15、据的安全等级与可用性。 OSNSolution 包含功能众多的组件，可根据具体的用户需求将这些组件进行合理搭配。 存储设备高效管理存储设备高效管理：信核数据先进的存储虚拟化技术，存储设备与应用数据的松 耦合，应用数据不再依赖某个促成设备，实现数据的动态移动。同时，根据具体的业 务情况，动态的调配存储资源，提高存储设备使用效率，从而简化管理。 存储虚拟化技术白皮书 10 业务连续性保护业务连续性保护：存储级高可用方案采用存储设备与存储网关冗余架构，任何设 备出现故障，均不会影响整个存储系统的正常使用。故障切换全自动完成，真正保障 业务系统的连续性。 总体应用成本的减低总体应用成本的减低：精简配置

16、技术（按需分配）大大减低了企业的初始投资， 存储资源使用率从 30%大幅提升到 90%。 动态灵活的基础架构动态灵活的基础架构：先进的虚拟技术为存储资源无缝扩展提供了可行性，在应 用数据和存储之间，数据随着业务动态的变化，相应的存储空间，也可以实现伸缩调 整，减少了存储资源的浪费。 3.23.2存储介质管理存储介质管理 OSNSolution 存储虚拟化解决方案，支持当前主流的开放存储系统（FC、iSCSI、 SAS、FCoE）。同时，对于不同接口的存储可以统一管理，按照存储性能划分不同的 存储池，分配给前端业务主机。从存储介质利用率上，可以实现存储的分层管理，使 存储的有效使用率得以提高。 高性能存储池 可以包括 SSD 或 SAS 硬盘空间，分配给数据库等对性能要求高的应用。 近线存储池 包括 NL-SAS 或 SATA，满足大数据量的存储需求。 3.33.3存储协议支持存储协议支持 OSNSolution 存储虚拟化解决方案，通过存储虚拟化引擎，可以提供统一存储支 持，即提供 FC SAN 和 IP SAN 两种存储架构，其中 FC SAN 支持