隨著圍繞數(shù)字化、網(wǎng)絡化開展的各種多媒體處理業(yè)務的不斷增加，存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺已經(jīng)成為一個核心平臺，同時各種應用對平臺的要求也越來越高，不光是在存儲容量上，還包括數(shù)據(jù)訪問性能、數(shù)據(jù)傳輸性能、數(shù)據(jù)管理能力、存儲擴展能力等等多個方面。可以說，存儲網(wǎng)絡平臺的綜合性能的優(yōu)劣，將直接影響到整個系統(tǒng)的正常運行。
為達到這些要求，一種新興的技術(shù)正越來越受到大家的關(guān)注，即虛擬存儲技術(shù)。
其實虛擬化技術(shù)并不是一件很新的技術(shù)，它的發(fā)展，應該說是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，最早是始于70年代。由于當時的存儲容量，特別是內(nèi)存容量成本非常高、容量也很小，對于大型應用程序或多程序應用就受到了很大的限制。為了克服這樣的限制，人們就采用了虛擬存儲的技術(shù)，最典型的應用就是虛擬內(nèi)存技術(shù)。
隨著計算機技術(shù)以及相關(guān)信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對存儲的需求越來越大。這樣的需求刺激了各種新技術(shù)的出現(xiàn)，比如磁盤性能越來越好、容量越來越大。但是在大量的大中型信息處理系統(tǒng)中，單個磁盤是不能滿足需要，這樣的情況下存儲虛擬化技術(shù)就發(fā)展起來了。在這個發(fā)展過程中也由幾個階段和幾種應用。首先是磁盤條帶集（RAID，可帶容錯）技術(shù)，將多個物理磁盤通過一定的邏輯關(guān)系集合起來，成為一個大容量的虛擬磁盤。而隨著數(shù)據(jù)量不斷增加和對數(shù)據(jù)可用性要求的不斷提高，又一種新的存儲技術(shù)應運而生，那就是存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）技術(shù)。
SAN的廣域化則旨在將存儲設備實現(xiàn)成為一種公用設施，任何人員、任何主機都可以隨時隨地獲取各自想要的數(shù)據(jù)。目前討論比較多的包括iSCSI、 FC Over IP 等技術(shù)，由于一些相關(guān)的標準還沒有最終確定，但是存儲設備公用化、存儲網(wǎng)絡廣域化是一個不可逆轉(zhuǎn)的潮流。
一、虛擬存儲的概念
所謂虛擬存儲，就是把多個存儲介質(zhì)模塊（如硬盤、RAID）通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個存儲池（Storage Pool）中得到統(tǒng)一管理，從主機和工作站的角度，看到就不是多個硬盤，而是一個分區(qū)或者卷，就好象是一個超大容量（如1T以上）的硬盤。這種可以將多種、多個存儲設備統(tǒng)一管理起來，為使用者提供大容量、高數(shù)據(jù)傳輸性能的存儲系統(tǒng)，就稱之為虛擬存儲。
二、虛擬存儲的分類
目前虛擬存儲的發(fā)展尚無統(tǒng)一標準，從虛擬化存儲的拓撲結(jié)構(gòu)來講主要有兩種方式：即對稱式與非對稱式。對稱式虛擬存儲技術(shù)是指虛擬存儲控制設備與存儲軟件系統(tǒng)、交換設備集成為一個整體，內(nèi)嵌在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸路徑中；非對稱式虛擬存儲技術(shù)是指虛擬存儲控制設備獨立于數(shù)據(jù)傳輸路徑之外。從虛擬化存儲的實現(xiàn)原理來講也有兩種方式；即數(shù)據(jù)塊虛擬與虛擬文件系統(tǒng)。具體如下：
1．對稱式虛擬存儲
存儲控制設備 High Speed Traffic Directors（HSTD）與存儲池子系統(tǒng)Storage Pool集成在一起，組成SAN Appliance。可以看到在該方案中存儲控制設備HSTD在主機與存儲池數(shù)據(jù)交換的過程中起到核心作用。該方案的虛擬存儲過程是這樣的：由HSTD內(nèi)嵌的存儲管理系統(tǒng)將存儲池中的物理硬盤虛擬為邏輯存儲單元（LUN），并進行端口映射（指定某一個LUN能被哪些端口所見），主機端將各可見的存儲單元映射為操作系統(tǒng)可識別的盤符。當主機向SAN Appliance寫入數(shù)據(jù)時，用戶只需要將數(shù)據(jù)寫入位置指定為自己映射的盤符（LUN），數(shù)據(jù)經(jīng)過HSTD的高速并行端口，先寫入高速緩存，HSTD中的存儲管理系統(tǒng)自動完成目標位置由LUN到物理硬盤的轉(zhuǎn)換，在此過程中用戶見到的只是虛擬邏輯單元，而不關(guān)心每個LUN的具體物理組織結(jié)構(gòu)。該方案具有以下主要特點：
（1）采用大容量高速緩存，顯著提高數(shù)據(jù)傳輸速度。
緩存是存儲系統(tǒng)中廣泛采用的位于主機與存儲設備之間的I/O路徑上的中間介質(zhì)。當主機從存儲設備中讀取數(shù)據(jù)時，會把與當前數(shù)據(jù)存儲位置相連的數(shù)據(jù)讀到緩存中，并把多次調(diào)用的數(shù)據(jù)保留在緩存中；當主機讀數(shù)據(jù)時，在很大幾率上能夠從緩存中找到所需要的數(shù)據(jù)。直接從緩存上讀出。而從緩存讀取數(shù)據(jù)時的速度只受到電信號傳播速度的影響（等于光速），因此大大高于從硬盤讀數(shù)據(jù)時盤片機械轉(zhuǎn)動的速度。當主機向存儲設備寫入數(shù)據(jù)時，先把數(shù)據(jù)寫入緩存中，待主機端寫入動作停止，再從緩存中將數(shù)據(jù)寫入硬盤，同樣高于直接寫入硬盤的速度
（2）多端口并行技術(shù)，消除了I/O瓶頸。
傳統(tǒng)的FC存儲設備中控制端口與邏輯盤之間是固定關(guān)系，訪問一塊硬盤只能通過控制它的控制器端口。在對稱式虛擬存儲設備中，SAN Appliance的存儲端口與LUN的關(guān)系是虛擬的，也就是說多臺主機可以通過多個存儲端口（最多8個）并發(fā)訪問同一個LUN；在光纖通道100MB/ 帶寬的大前提下，并行工作的端口數(shù)量越多，數(shù)據(jù)帶寬就越高。
（3）邏輯存儲單元提供了高速的磁盤訪問速度。
在視頻應用環(huán)境中，應用程序讀寫數(shù)據(jù)時以固定大小的數(shù)據(jù)塊為單位（從512byte到1MB之間）。而存儲系統(tǒng)為了保證應用程序的帶寬需求，往往設計為傳輸512byte以上的數(shù)據(jù)塊大小時才能達到其最佳I/O性能。在傳統(tǒng)SAN結(jié)構(gòu)中，當容量需求增大時，唯一的解決辦法是多塊磁盤（物理或邏輯的）綁定為帶區(qū)集，實現(xiàn)大容量LUN。在對稱式虛擬存儲系統(tǒng)中，為主機提供真正的超大容量、高性能LUN，而不是用帶區(qū)集方式實現(xiàn)的性能較差的邏輯卷。與帶區(qū)集相比，Power LUN具有很多優(yōu)勢，如大塊的I/O block會真正被存儲系統(tǒng)所接受，有效提高數(shù)據(jù)傳輸速度；并且由于沒有帶區(qū)集的處理過程，主機CPU可以解除很大負擔，提高了主機的性能。
（4）成對的HSTD系統(tǒng)的容錯性能。
在對稱式虛擬存儲系統(tǒng)中，HSTD是數(shù)據(jù)I/O的必經(jīng)之地，存儲池是數(shù)據(jù)存放地。由于存儲池中的數(shù)據(jù)具有容錯機制保障安全，因此用戶自然會想到 HSTD是否有容錯保護。象許多大型存儲系統(tǒng)一樣，在成熟的對稱式虛擬存儲系統(tǒng)中，HSTD是成對配制的，每對HSTD之間是通過SAN Appliance內(nèi)嵌的網(wǎng)絡管理服務實現(xiàn)緩存數(shù)據(jù)一致和相互通信的。
（5）在SAN Appliance之上可方便的連接交換設備，實現(xiàn)超大規(guī)模Fabric結(jié)構(gòu)的SAN。
因為系統(tǒng)保持了標準的SAN結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展和互連提供了技術(shù)保障，所以在SAN Appliance之上可方便的連接交換設備，實現(xiàn)超大規(guī)模Fabric結(jié)構(gòu)的SAN。
2．非對稱式虛擬存儲系統(tǒng)
網(wǎng)絡中的每一臺主機和虛擬存儲管理設備均連接到磁盤陣列，其中主機的數(shù)據(jù)路徑通過
FC交換設備到達磁盤陣列；虛擬存儲設備對網(wǎng)絡上連接的磁盤陣列進行虛擬化操作，將各存儲陣列中的LUN虛擬為邏輯帶區(qū)集（Strip）,并對網(wǎng)絡上的每一臺主機指定對每一個Strip的訪問權(quán)限（可寫、可讀、禁止訪問）。當主機要訪問某個Strip時，首先要訪問虛擬存儲設備，讀取Strip信息和訪問權(quán)限，然后再通過交換設備訪問實際的Strip中的數(shù)據(jù)。在此過程中，主機只會識別到邏輯的Strip，而不會直接識別到物理硬盤。這種方案具有如下特點：
（1）將不同物理硬盤陣列中的容量進行邏輯組合，實現(xiàn)虛擬的帶區(qū)集，將多個陣列控制器端口綁定，在一定程度上提高了系統(tǒng)的可用帶寬。
（2）在交換機端口數(shù)量足夠的情況下，可在一個網(wǎng)絡內(nèi)安裝兩臺虛擬存儲設備，實現(xiàn)Strip信息和訪問權(quán)限的冗余。
但是該方案存在如下一些不足：
（1）該方案本質(zhì)上是帶區(qū)集——磁盤陣列結(jié)構(gòu)，一旦帶區(qū)集中的某個磁盤陣列控制器損壞，或者這個陣列到交換機路徑上的銅纜、GBIC損壞，都會導致一個虛擬的LUN離線，而帶區(qū)集本身是沒有容錯能力的，一個LUN的損壞就意味著整個Strip里面數(shù)據(jù)的丟失。
（2）由于該方案的帶寬提高是通過陣列端口綁定來實現(xiàn)的，而普通光纖通道陣列控制器的有效帶寬僅在40MB/S左右，因此要達到幾百兆的帶寬就意味著要調(diào)用十幾臺陣列，這樣就會占用幾十個交換機端口，在只有一兩臺交換機的中小型網(wǎng)絡中，這是不可實現(xiàn)的。
（3）由于各種品牌、型號的磁盤陣列其性能不完全相同，如果出于虛擬化的目的將不同品牌、型號的陣列進行綁定，會帶來一個問題：即數(shù)據(jù)寫入或讀出時各并發(fā)數(shù)據(jù)流的速度不同，這就意味著原來的數(shù)據(jù)包順序在傳輸完畢后被打亂，系統(tǒng)需要占用時間和資源去重新進行數(shù)據(jù)包排序整理，這會嚴重影響系統(tǒng)性能。
3．數(shù)據(jù)塊虛擬與虛擬文件系統(tǒng)
以上從拓撲結(jié)構(gòu)角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同，實際從虛擬化存儲的實現(xiàn)原理來講也有兩種方式；即數(shù)據(jù)塊虛擬與虛擬文件系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)塊虛擬存儲方案著重解決數(shù)據(jù)傳輸過程中的沖突和延時問題。在多交換機組成的大型Fabric結(jié)構(gòu)的SAN中，由于多臺主機通過多個交換機端口訪問存儲設備，延時和數(shù)據(jù)塊沖突問題非常嚴重。數(shù)據(jù)塊虛擬存儲方案利用虛擬的多端口并行技術(shù)，為多臺客戶機提供了極高的帶寬，最大限度上減少了延時與沖突的發(fā)生，在實際應用中，數(shù)據(jù)塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結(jié)構(gòu)為表現(xiàn)形式。
虛擬文件系統(tǒng)存儲方案著重解決大規(guī)模網(wǎng)絡中文件共享的安全機制問題。通過對不同的站點指定不同的訪問權(quán)限，保證網(wǎng)絡文件的安全。在實際應用中，虛擬文件系統(tǒng)存儲方案以非對稱式拓撲結(jié)構(gòu)為表現(xiàn)形式。 #p#副標題#e#
三、虛擬存儲技術(shù)的實現(xiàn)方式
目前實現(xiàn)虛擬存儲主要分為如下幾種：
1．在服務器端的虛擬存儲
服務器廠商會在服務器端實施虛擬存儲。同樣，軟件廠商也會在服務器平臺上實施虛擬存儲。這些虛擬存儲的實施都是通過服務器端將鏡像映射到外圍存儲設備上，除了分配數(shù)據(jù)外，對外圍存儲設備沒有任何控制。服務器端一般是通過邏輯卷管理來實現(xiàn)虛擬存儲技術(shù)。邏輯卷管理為從物理存儲映射到邏輯上的卷提供了一個虛擬層。服務器只需要處理邏輯卷，而不用管理存儲設備的物理參數(shù)。
用這種構(gòu)建虛擬存儲系統(tǒng)，服務器端是一性能瓶頸，因此在多媒體處理領(lǐng)域幾乎很少采用。
2．在存儲子系統(tǒng)端的虛擬存儲
另一種實施虛擬的地方是存儲設備本身。這種虛擬存儲一般是存儲廠商實施的，但是很可能使用廠商獨家的存儲產(chǎn)品。為避免這種不兼容性，廠商也許會和服務器、軟件或網(wǎng)絡廠商進行合作。當虛擬存儲實施在設備端時，邏輯（虛擬）環(huán)境和物理設備同在一個控制范圍中，這樣做的益處在于：虛擬磁盤高度有效地使用磁盤容量，虛擬磁帶高度有效地使用磁帶介質(zhì)。
在存儲子系統(tǒng)端的虛擬存儲設備主要通過大規(guī)模的RAID子系統(tǒng)和多個I/O通道連接到服務器上，智能控制器提供LUN訪問控制、緩存和其他如數(shù)據(jù)復制等的管理功能。這種方式的優(yōu)點在于存儲設備管理員對設備有完全的控制權(quán)，而且通過與服務器系統(tǒng)分開，可以將存儲的管理與多種服務器操作系統(tǒng)隔離，并且可以很容易地調(diào)整硬件參數(shù)。
3．網(wǎng)絡設備端實施虛擬存儲
網(wǎng)絡廠商會在網(wǎng)絡設備端實施虛擬存儲，通過網(wǎng)絡將邏輯鏡像映射到外圍存儲設備，除了分配數(shù)據(jù)外，對外圍存儲設備沒有任何控制。在網(wǎng)絡端實施虛擬存儲具有其合理性，因為它的實施既不是在服務器端，也不是在存儲設備端，而是介于兩個環(huán)境之間，可能是最“開放”的虛擬實施環(huán)境，最有可能支持任何的服務器、操作系統(tǒng)、應用和存儲設備。從技術(shù)上講，在網(wǎng)絡端實施虛擬存儲的結(jié)構(gòu)形式有以下兩種：即對稱式與非對稱式虛擬存儲。
從目前的虛擬存儲技術(shù)和產(chǎn)品的實際情況來看，基于主機和基于存儲的方法對于初期的采用者來說魅力最大，因為他們不需要任何附加硬件，但對于異構(gòu)存儲系統(tǒng)和操作系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的運行效果并不是很好。基于互聯(lián)設備的方法處于兩者之間，它回避了一些安全性問題，存儲虛擬化的功能較強，能減輕單一主機的負載，同時可獲得很好的可擴充性。
不管采用何種虛擬存儲技術(shù)，其目的都使為了提供一個高性能、安全、穩(wěn)定、可靠、可擴展的存儲網(wǎng)絡平臺，滿足節(jié)目制作網(wǎng)絡系統(tǒng)的苛刻要求。根據(jù)綜合的性能價格比來說，一般情況下，在基于主機和基于存儲設備的虛擬存儲技術(shù)能夠保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力要求時，優(yōu)先考慮，因為這兩種虛擬存儲技術(shù)構(gòu)架方便、管理簡單、維護容易、產(chǎn)品相對成熟、性能價格比高。在單純的基于存儲設備的虛擬存儲技術(shù)無法保證存儲系統(tǒng)性能要求的情況下，我們可以考慮采用基于互連設備的虛擬存儲技術(shù)。
四、虛擬存儲的特點
虛擬存儲具有如下特點：
（1）虛擬存儲提供了一個大容量存儲系統(tǒng)集
中管理的手段，由網(wǎng)絡中的一個環(huán)節(jié)（如服務器）進行統(tǒng)一管理，避免了由于存儲設備擴充所帶來的管理方面的麻煩。例如，使用一般存儲系統(tǒng)，當增加新的存儲設備時，整個系統(tǒng)（包括網(wǎng)絡中的諸多用戶設備）都需要重新進行繁瑣的配置工作，才可以使這個“新成員”加入到存儲系統(tǒng)之中。而使用虛擬存儲技術(shù)，增加新的存儲設備時，只需要網(wǎng)絡管理員對存儲系統(tǒng)進行較為簡單的系統(tǒng)配置更改，客戶端無需任何操作，感覺上只是存儲系統(tǒng)的容量增大了。
（2）虛擬存儲對于視頻網(wǎng)絡系統(tǒng)最有價值的特點是：可以大大提高存儲系統(tǒng)整體訪問帶寬。存儲系統(tǒng)是由多個存儲模塊組成，而虛擬存儲系統(tǒng)可以很好地進行負載平衡，把每一次數(shù)據(jù)訪問所需的帶寬合理地分配到各個存儲模塊上，這樣系統(tǒng)的整體訪問帶寬就增大了。例如，一個存儲系統(tǒng)中有4個存儲模塊，每一個存儲模塊的訪問帶寬為50MBps，則這個存儲系統(tǒng)的總訪問帶寬就可以接近各存儲模塊帶寬之和，即200MBps。
（3）虛擬存儲技術(shù)為存儲資源管理提供了更好的靈活性，可以將不同類型的存儲設備集中管理使用，保障了用戶以往購買的存儲設備的投資。
（4）虛擬存儲技術(shù)可以通過管理軟件，為網(wǎng)絡系統(tǒng)提供一些其它有用功能，如無需服務器的遠程鏡像、數(shù)據(jù)快照(Snapshot)等。
五、虛擬存儲的應用
由于虛擬存儲具有上述特點，虛擬存儲技術(shù)正逐步成為共享存儲管理的主流技術(shù)，其應用具體如下：
1．數(shù)據(jù)鏡像
數(shù)據(jù)鏡像就是通過雙向同步或單向同步模式在不同的存儲設備間建立數(shù)據(jù)復本。一個合理的解決方案應該能在不依靠設備生產(chǎn)商及操作系統(tǒng)支持的情況下，提供在同一存儲陣列及不同存儲陣列間制作鏡像的方法。
2．數(shù)據(jù)復制
通過IP地址實現(xiàn)的遠距離數(shù)據(jù)遷移（通常為異步傳輸）對于不同規(guī)模的企業(yè)來說，都是一種極為重要的數(shù)據(jù)災難恢復工具。好的解決方案不應當依賴特殊的網(wǎng)絡設備支持，同時，也不應當依賴主機，以節(jié)省企業(yè)的管理費用。
3．磁帶備份增強設備
過去的幾年，在磁帶備份技術(shù)上鮮有新發(fā)展。盡管如此，一個網(wǎng)絡存儲設備平臺亦應能在磁帶和磁盤間搭建橋路，以高速、平穩(wěn)、安全地完成備份工作。
4．實時復本
出于測試、拓展及匯總或一些別的原因，企業(yè)經(jīng)常需要制作數(shù)據(jù)復本。
5．實時數(shù)據(jù)恢復
利用磁帶來還原數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)恢復工作的主要手段，但常常難以成功。數(shù)據(jù)管理工作其中一個重要的發(fā)展新方向是將近期內(nèi)的備分數(shù)據(jù)（可以是數(shù)星期前的歷史數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)移到磁盤介質(zhì)，而非磁帶介質(zhì)。用磁盤恢復數(shù)據(jù)就象閃電般迅速（所有文件能在60秒內(nèi)恢復），并遠比用磁帶恢復數(shù)據(jù)安全可靠。同時，整卷（Volume）數(shù)據(jù)都能被恢復。
6．應用整合
存儲管理發(fā)展的又一新方向是，將服務貼近應用。沒有一個信息技術(shù)領(lǐng)域的管理人員會單純出于對存儲設備的興趣而去購買它。存儲設備是用來服務于應用的，比如數(shù)據(jù)庫，通訊系統(tǒng)等等。通過將存儲設備和關(guān)鍵的企業(yè)應用行為相整合，能夠獲取更大的價值，同時，大大減少操作過程中遇到的難題。
7．虛擬存儲在數(shù)字視頻網(wǎng)絡中的應用
從拓撲結(jié)構(gòu)來講，對稱式的方案具有更高的帶寬性能，更好的安全特性，因此比較適合大規(guī)模視頻網(wǎng)絡應用。非對稱式方案由于采用了虛擬文件原理，因此更適合普通局域網(wǎng)（如辦公網(wǎng)）的應用。
