存儲(chǔ)虛擬化是一種對(duì)物理存儲(chǔ)資源進(jìn)行抽象的技術(shù)，使其看起來像是一個(gè)集中的資源。虛擬化掩蓋了管理內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲(chǔ)中資源的復(fù)雜性。
存儲(chǔ)虛擬化運(yùn)行在多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上，使它們看起來就像一個(gè)單一的存儲(chǔ)池。這些池化的存儲(chǔ)設(shè)備可以來自不同的供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)。存儲(chǔ)虛擬化引擎可識(shí)別來自多個(gè)陣列和存儲(chǔ)媒介的可用存儲(chǔ)容量，對(duì)其進(jìn)行聚合、管理并將其呈現(xiàn)給應(yīng)用程序。
虛擬化軟件的工作原理是將存儲(chǔ)系統(tǒng)的I/O請(qǐng)求攔截到服務(wù)器。引擎將物理請(qǐng)求映射到虛擬存儲(chǔ)池，并從物理位置訪問請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，而不是由CPU處理請(qǐng)求以及將數(shù)據(jù)返回到存儲(chǔ)器。一旦計(jì)算機(jī)進(jìn)程完成，虛擬化引擎將I/O從CPU發(fā)送到它的物理地址，并更新其虛擬映射。
該引擎將存儲(chǔ)管理集中到一個(gè)基于瀏覽器的控制臺(tái)，該控制臺(tái)允許存儲(chǔ)管理員將多個(gè)不同供應(yīng)商的陣列作為單個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行有效管理。
存儲(chǔ)虛擬化的剖析
存儲(chǔ)虛擬化可以出現(xiàn)在各種不同的場(chǎng)景中
數(shù)據(jù)級(jí)別:塊或文件
基于塊
基于塊的存儲(chǔ)虛擬化是最常見的存儲(chǔ)虛擬化類型。它將存儲(chǔ)系統(tǒng)的邏輯存儲(chǔ)從其物理組件中抽象出來。物理組件包括內(nèi)存塊和存儲(chǔ)媒介，而邏輯組件包括驅(qū)動(dòng)器分區(qū)。
存儲(chǔ)虛擬化引擎在可以多個(gè)陣列和單個(gè)媒介上發(fā)現(xiàn)所有可用塊，而不考慮存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理位置、邏輯分區(qū)或制造商。引擎將數(shù)據(jù)留在物理位置，并將地址映射到虛擬存儲(chǔ)池。這使引擎能夠?qū)⒍鄠€(gè)供應(yīng)商的存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量呈現(xiàn)給服務(wù)器，就好像整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)是單個(gè)陣列。
文件級(jí)別
文件級(jí)的虛擬化工作在NAS設(shè)備上，以此對(duì)獨(dú)立的NAS設(shè)備進(jìn)行池化和管理。雖然管理單個(gè)NAS并不特別困難，但是管理多個(gè)設(shè)備既耗時(shí)又昂貴。NAS設(shè)備在物理上和邏輯上相互獨(dú)立，這需要單獨(dú)的管理、優(yōu)化和供應(yīng)。這增加了復(fù)雜性，并要求用戶知道訪問文件的物理路徑名。
使用多個(gè)NAS設(shè)備最耗時(shí)的操作之一是在它們之間遷移數(shù)據(jù)。當(dāng)組織的規(guī)模超過了之前的NAS設(shè)備時(shí)，它們通常會(huì)購(gòu)買一個(gè)新的、更大的設(shè)備，這往往需要從接近容量閾值的舊設(shè)備中遷移數(shù)據(jù)。反過來又需要大量停機(jī)時(shí)間來配置新設(shè)備、從遺留設(shè)備遷移數(shù)據(jù)，以及在啟用之前測(cè)試遷移的數(shù)據(jù)。但是停機(jī)時(shí)間會(huì)影響用戶和項(xiàng)目，而且數(shù)據(jù)遷移的停機(jī)時(shí)間延長(zhǎng)也會(huì)在財(cái)務(wù)上為企業(yè)帶來不良影響。
文件級(jí)存儲(chǔ)虛擬化掩蓋了管理多個(gè)NAS設(shè)備的復(fù)雜性，并使管理員能夠共享存儲(chǔ)資源，而不是將它們限制在特定的應(yīng)用程序或工作組中。虛擬化NAS設(shè)備也使數(shù)據(jù)遷移過程中不需要停機(jī)。虛擬化引擎維護(hù)正確的物理地址，并將更改的地址重新映射到虛擬池。用戶可以從舊設(shè)備訪問文件并保存到新設(shè)備，而無需知道發(fā)生了遷移。
組件：主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)與陣列
虛擬化引擎可能位于不同的計(jì)算組件中，最常見的三種是主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)組，服務(wù)于不同的存儲(chǔ)虛擬化用例。
基于主機(jī)
主要用例：為VM環(huán)境和在線應(yīng)用程序提供虛擬化存儲(chǔ)。
有些服務(wù)器提供操作系統(tǒng)級(jí)的虛擬化。操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)虛擬化可用以優(yōu)化容量和自動(dòng)化分層存儲(chǔ)計(jì)劃。
更常見的基于主機(jī)的存儲(chǔ)虛擬化池存儲(chǔ)在虛擬環(huán)境中，并將池呈現(xiàn)給客戶操作系統(tǒng)。一種常見的實(shí)現(xiàn)方法是用動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的VM充當(dāng)存儲(chǔ)池。由于VM希望看到硬盤驅(qū)動(dòng)器，所以虛擬化引擎將底層存儲(chǔ)作為硬盤驅(qū)動(dòng)器呈現(xiàn)給VM。實(shí)際上，“硬盤驅(qū)動(dòng)器”是由基于磁盤和陣列的存儲(chǔ)資產(chǎn)創(chuàng)建的邏輯存儲(chǔ)池。
這種虛擬化方法在云存儲(chǔ)和超融合存儲(chǔ)中最常見，單個(gè)主機(jī)或超融合系統(tǒng)將可用的存儲(chǔ)池存儲(chǔ)到虛擬驅(qū)動(dòng)器中，并將這些驅(qū)動(dòng)器呈現(xiàn)給客戶機(jī)。
基于網(wǎng)絡(luò)
主要用例：SAN存儲(chǔ)虛擬化
基于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化是SAN存儲(chǔ)最常見的一種類型，組織一般會(huì)使用它來添加更多的存儲(chǔ)。存儲(chǔ)虛擬化從服務(wù)器或交換機(jī)上，跨光纖通道或iSCSI網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。
基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備抽象了跨存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的存儲(chǔ)I/O，并且可以跨所有連接的存儲(chǔ)設(shè)備復(fù)制數(shù)據(jù)。它還使用針對(duì)所有池化存儲(chǔ)的單一管理接口簡(jiǎn)化了SAN管理。
基于陣列
主要用例：存儲(chǔ)分層。
基于陣列的存儲(chǔ)虛擬化并不新鮮。某些RAID級(jí)別本質(zhì)上就是虛擬化的，因?yàn)樗鼈儗⒋鎯?chǔ)從多個(gè)物理磁盤抽象為一個(gè)邏輯數(shù)組。
如今，基于陣列的虛擬化通常指的是一種專門的存儲(chǔ)控制器，它攔截來自二級(jí)存儲(chǔ)控制器的I/O請(qǐng)求，并在連接的存儲(chǔ)系統(tǒng)中自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分層。該設(shè)備允許管理員將媒體分配給不同的存儲(chǔ)層，通常是將SSD分配給高性能層，將HDD分配給近線或二級(jí)存儲(chǔ)層。虛擬化還允許管理員在同一存儲(chǔ)層中采用混合介質(zhì)。
這種虛擬化方法比基于主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)的虛擬化更加有限，因?yàn)樘摂M化只發(fā)生在連接的控制器上。二級(jí)控制器需要與虛擬化存儲(chǔ)控制器相同的帶寬，而這會(huì)影響性能。
但是，如果企業(yè)在高級(jí)混合陣列上投入了大量資金，那么陣列的存儲(chǔ)智能可能會(huì)超過存儲(chǔ)虛擬化所能提供的能力。在這種情況下，基于陣列的虛擬化允許企業(yè)保留陣列的本機(jī)功能，并添加虛擬化層以提高效率。
帶（Band）：帶內(nèi)帶外
帶內(nèi)
當(dāng)虛擬化引擎在主機(jī)和存儲(chǔ)之間進(jìn)行操作時(shí)，就會(huì)發(fā)生帶內(nèi)存儲(chǔ)虛擬化。I/O請(qǐng)求和數(shù)據(jù)都通過虛擬化層，這允許引擎提供高級(jí)功能，如數(shù)據(jù)緩存、復(fù)制和數(shù)據(jù)遷移。
帶內(nèi)占用更少的主機(jī)服務(wù)器資源，因?yàn)樗恍枰檎液透郊佣鄠€(gè)存儲(chǔ)設(shè)備。服務(wù)器只在其數(shù)據(jù)路徑中看到虛擬池存儲(chǔ)。但是，池增長(zhǎng)得越大，它對(duì)數(shù)據(jù)路徑吞吐量產(chǎn)生影響的風(fēng)險(xiǎn)就越大。
帶外
帶外存儲(chǔ)虛擬化將路徑分為控制(元數(shù)據(jù))和數(shù)據(jù)路徑。只有控制路徑通過虛擬化設(shè)備運(yùn)行，它攔截來自主機(jī)的I/O請(qǐng)求，查找并映射物理內(nèi)存位置上的元數(shù)據(jù)，并向存儲(chǔ)器發(fā)出更新的I/O請(qǐng)求。數(shù)據(jù)不通過設(shè)備，這使得緩存不可能實(shí)現(xiàn)。
帶外虛擬化在各個(gè)服務(wù)器上安裝代理，將它們的存儲(chǔ)I/O定向到虛擬化設(shè)備。盡管這在一定程度上增加了單個(gè)服務(wù)器的負(fù)載，但帶外虛擬化不會(huì)像帶內(nèi)虛擬化那樣造成數(shù)據(jù)瓶頸。不過，最佳的實(shí)踐辦法是通過添加額外的冗余帶外設(shè)備來避免虛擬化中斷。
存儲(chǔ)虛擬化的優(yōu)勢(shì)
·支持動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)使用以及附加存儲(chǔ)資源(包括塊和文件)的虛擬可伸縮性。
·避免在數(shù)據(jù)遷移期間停機(jī)。虛擬化在后臺(tái)操作，可維護(hù)數(shù)據(jù)的邏輯地址以保留訪問權(quán)限。
·集中一個(gè)管理臺(tái)來管理多個(gè)供應(yīng)商的存儲(chǔ)設(shè)備，節(jié)省了管理開銷和成本。
·通過將可用存儲(chǔ)擴(kuò)展到主機(jī)或SAN來保護(hù)現(xiàn)有的投資。
·可以在多供應(yīng)商環(huán)境中添加存儲(chǔ)智能，如分層、緩存、復(fù)制和集中管理接口。
原文作者：Christine Taylor
