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1、存储技术应用现状调查学生姓名： 指导老师： 摘 要 目前IT行业备受瞩目的热门技术之一就是虚拟化。利用虚拟化技术可以提高硬件资源的利用效率，降低硬件采购成本和管理成本，改善灾难恢复和业务持续性。本文讨论了虚拟化的概念、优势、分类和发展方向，从虚拟内存、虚拟网络、虚拟服务器和虚拟存储四个方面解析虚拟化的主要应用，详细介绍了存储虚拟化中的块级存储虚拟技术。最后对虚拟化技术的发展前景与方向进行了展望。关键词 虚拟化；虚拟内存；虚拟网络；虚拟服务器；虚拟存储1 引 言当今社会，信息和数据呈爆炸式增长，计算机领域技术的不断革新也促使我们生活的方方面面越来越依赖于它。如何更好的处理和管理信息资源，如何更好
2、的优化系统的响应性能，如何节约成本等等也成为非常现实而又迫切的问题。IT行业一直面临着两个最主要的挑战：一个是如何适应业务的需要和变化，体现IT价值；另一个是如何降低成本、提高IT效率。在传统的IT资源固定分配模式下，资源利用率低、投资回报差、IT适应性低。利用虚拟化技术可以有效降低物理服务设备的数量及其运行采购成本。1.1 虚拟化概述 虚拟化：“对一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看并维护资源。” 未来，所有的资源都透明地运行在各种各样的物理平台上，资源的管理都将按逻辑方式进行，完全实现资源的自动化分配，而虚拟化技术就是实现它的理
3、想工具。虚拟化技术的根本目的就是通过有效管理虚拟资源和物理资源之间的映射关系来达到充分共享物理资源的目标，同时为应用系统提供较好的服务水准。不难想象，有效利用虚拟化技术所实现的这种从独占到共享的转变，可以进一步实现整合、简化 IT 基础架构、提高 IT 资源的整体利用率，降低管理成本等等。根据具体的实现，还可以增强 IT 基础架构的可用性，有利于实现在业务不中断的条件下进行系统维护工作。 虚拟化技术主要由内存虚拟化、服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化组成。2 虚拟化技术2.1 内存虚拟化 内存虚拟化，即每个应用所见到的是自己的逻辑内存，与实际内存无关。内存虚拟化要求允许多个应用和进程，在其内
4、存需求之和大于可用内存的情况下，依然可以运行且互不影响。操作系统创建一个由物理内存空间和一部分硬盘存储组成的虚拟内存，其地址空间大于物理内存空间。进程负责将不活动的页面移交至硬盘虚拟化的内存中，在需要时再将这些页面从中取回到物理内存。这样可以在多个应用之间充分利用有限的可用物理内存。 内存虚拟化去掉了物理内存的限制，使系统可以一次运行多个应用程序。例如，现在的计算机操作系统允许多个任务同时在线运行就是利用内存虚拟化技术。但是，由于硬件存储本身响应速度远不及内存，当多个任务都在线时，打开之前很久没浏览的任务会比较慢。所以，在今后的一段时间里，为适应计算机业务的扩展我们还是应该发展内存技术，降低内
5、存硬件成本。在服务器中，留有内存余量的服务器显然会造成资源利用率低下和硬件成本高，而虚拟化内存的实现使只有服务器需要更多内存资源的时给其分配足够的内存，当其需求减低时，自动释放多余的内存以便其他服务器调用，从而避免了固定内存的缺陷。在嵌入式应用中，由于系统的限制，芯片的内存容量一般都比较小。应用虚拟化技术后，芯片上能同时并行的运行多个操作系统，从而满足了嵌入式设备对实时性和功能性的需求。2.2 服务器虚拟化 服务器虚拟化就是把单个物理服务器资源，虚拟化成多个逻辑服务器，使得上层的操作系统看起来是一组服务器，而每个操作系统在一个逻辑服务器上运行，并且相互之间互不干扰。服务器虚拟化技术的商业使用已
6、经非常成熟，在市场已经有很多成熟的产品。有VMware Server， Workstation，微软的 Virtual PC 和 Virtual Server，Xen，Bochs。 虚拟化技术通过两个方向来改善服务器的资源管理，使得服务器能更加合理地分配资源，一种方向就是把若干个分散的物理服务器虚拟为一个大的逻辑服务器，有个典型的例子就是磁盘阵列和存储虚拟化；另一个方向就是把一个物理的服务器虚拟成若干个单独的逻辑服务器。第二个方向一个熟悉的例子是虚拟机技术。其将操作系统和应用程序封装成虚拟机并作为一个单元进行管理，从而良好地隔离故障和外部干扰。在我们学习实践中，为了保护电脑的硬件设施，实现多系
7、统的管理、测试或解决兼容问题，可以在电脑上装虚拟机，将所要测试应用装载到虚拟机上。但是由于个人电脑服务器的限制，这种小型服务器虚拟化不适用于大型的企业的实际运用，这就对服务器的容量和性能提出了很高的要求。服务器虚拟化给我们带来方便的同时，也使整个网络面临更大的挑战。由于服务器虚拟化相当于所有应用程序都装载到服务器上，当这些应用程序同时全部运行起来，就会大量占用内存、中央处理器、网络等硬件系统，很可能出现服务器超载的现象，这会使所有在此服务器上运行程序的速度慢，影响客户的使用。更严重的还可能造成物理服务器系统崩溃，给客户带来无法估量的损失。所以提高监控服务器的相关技术，自动化实现对服务器的利用很
8、重要。2.3 网络虚拟化 网络虚拟化，每个应用程序见到的是自己的逻辑网络，与实际网络无关。“网络虚拟化”一般是指虚拟专用网络(VPN)。 网络虚拟化可以帮助保护 IT 环境，防止来自 Internet 的威胁，同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。网络虚拟化的实现方法主要有两种方式，一是基于互联设备的虚拟化，二是基于路由器的虚拟化。第一种是基于互联设备的虚拟化，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 供应商提供的操作系统。第二种方法中，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
9、主机到存储系统的命令。网络的异构、设备的不兼容性造成网络的复杂性，而通过网络虚拟化将多个网络节点进行整合，虚拟化成一台逻辑设备，提升数据中心网络可用性、节点性能的同时将极大简化网络架构；同时，网络虚拟化可以分割所构建的大网络，实现虚拟局域网，使得不同企业机构、企业的不同部门，或是不同的应用、业务和群组用户进行安全隔离，保证数据传输的私密性和安全性。例如，可以利用虚拟局域网实现企业内部财务部和其他部门的隔离。2.4 存储虚拟化 存储虚拟化是一种将服务器操作系统的存储描述与实际物理存储设备相分离的技术。它是存储的抽象，使用户能够在一个更高的抽象层来显示存储资源的视图，将所有的存储资源置于一个统一的
10、、可用的存储池中，为用户提供一个统一的逻辑视图。 存储虚拟化实现了数据与存储位置分离，屏蔽了存储管理中的一系列复杂问题，对实现对存储设备有效的统一管理和高效的利用，解决存储需求不可预见的持续膨胀式增长有关键的作用。根据存储虚拟化的实现方式的不同，可以划分为三个层次:主机级、存储设备级、存储网络级。由于DAS、SAN、NAS存储网络技术的发展，使得存储网络级的虚拟化尤为重要。例如，有基于块级存储技术的SAN存储网络的虚拟化，有基于文件级存储的NAS存储网络虚拟化。 本文重点介绍块级存储虚拟。其可以采用对称方式实现，也就是带内方式来实现。在这种方式中，数据和控制流都是走的同一个路径。这种方式实现起
11、来相对比较容易，不需要在应用服务器上安装特殊的软件。通过增加的卷控制器，可以在存储网络上提供Cache、数据迁移等功能，从而提高整个存储系统的性能。由于在存储网络上增加了一个虚拟层，将服务器与存储设备相分离，从而可以实现透明的可扩展性，能完成设备的透明地加入、移动或删除，极大地减少了管理的开销，并且下层的存储空间能够更有效地使用。因此节约了成本，提高了性能，易于管理。SAN中的每个服务器都有自己的虚拟存储地址，这个虚拟地址与其物理地址相对应。因此，当物理地址改变的时候，服务器的虚拟地址可以保持不变，从而不必停机。卷控制器可以保证服务器和应用在“块级”共享存储网络内的存储资源，提供物理存储的逻辑
12、视图。通过卷管理器这个单一管理点，可以实现快照、点到点拷贝、数据迁移等高级功能。这种实现方式中，可以考虑采用GFS来实现卷管理器。GFS原来是用于集群环境的全局文件系统，可以让多个客户端通过网络来共享存储设备。GFSs Pool Driver可以用来共享SAN中的存储设备，它可以作为SAN中的存储池驱动器，能提供一个基于FC或SCSI设备的中间层逻辑块(Block)设备，从而实现块级的虚拟化。由于采用单个的服务器作为卷管理器存在着性能瓶颈和单点故障的危险，而GFS本身就是基于集群应用的，所以本文考虑对于规模较大、应用要求较严格的SAN，可以采用一个集群系统作为卷控制器，并在构成集群的每个服务器
13、中采用大的读写Cache。 块级存储虚拟化可以实现存储卷在线扩展，解决了应用系统对于存储空间增长的需求，整合了异构的存储阵列，实现不同卷的透明访问，实现非中断性迁移。同时，虚拟化存储降低了数据丢失破坏的风险。3 虚拟化技术的发展趋势虚拟化技术的出现，很大程度上为企业增强生产力，增高资产利用率，并有效的管理企业运营环境，而不同的虚拟化技术提供给用户不同方面的支持。然而单一的从内存、服务器、网络、存储上分别实现虚拟化对整体的IT系统的性能的提升是有限的，我们需要结合利用多种技术实现虚拟化。虚拟化技术的出现极大地提高了整个IT系统的资源利用率和整体性能，它的发展离不开内存、服务器、网络、存储技术的发
14、展，它必然会随着整个IT系统的更新而不断更新。虽然计算机技术日新月异，但是如果没有长远的合理虚拟化规划同样会造成资源的浪费，也不能简化复杂的网络结构。因此无论是从国家还是从企业方面来说，在协调各方资源和着眼于长远的基础上制定虚拟化部署方案异常重要。这里，我们可以使用著名的BC计划生命周期来具体实现这个过程。同时，为了与计算机技术的发展同步，我们在建设整体的虚拟化系统的时候需要不断的补充、修改规划。4 结束语 随着业务需求和信息存储需求的不断增长，虚拟化已成为IT系统的发展方向。虚拟化的系统在减少管理开销，方便户使用，优化系统性能，提高资源利用率等方面具有传统系统无法比拟的优势。内存虚拟化、服务
15、器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化四大技术都已取得不错的进展。文章大概介绍了这四种虚拟化技术，针对基于SAN的快速发展重点介绍了块级存储虚拟化。虚拟化技术的应用非常广泛，所涉及的具体技术在文章中不可能一一介绍。随着虚拟化技术的进步，它定会给我们带来更多的惊喜。参考文献1Chen P,Lee E,Gibson G, Katz R and Patterson D. RAID:high-performance, reliable secondary storageJ.ACM Comput-ing Surveys,June1994.26(2):1451882Carl A. Waldspurger. Memory Resource Management in VMware ESX Server. 2002. 3王庆波. 虚拟化与云计算. 北京：电子工业出版社. 2009-10-01. 4金海，计算系统虚拟化原理与应用 清华大学出版社，2008 年 12 月，50-62 5张冬，大话存储网络存储系统原理精解与最佳实践，清华大学出版社，2008 年 11 月，77-86 6 辛格豪，网络虚拟环境：设计与实现（潘金贵 译），电子工业出版社，2006 年 06 月，18-19 7 鲁松，计算机虚拟化技术及应用，机械工业出版社，2008 年 01 月，121-123
