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服務器、存儲和網絡虛擬化的實現與應用

發布時間:2020-03-05 15:00:12 ??文章來源:CDN高防 ??作者:呂求玄
本文由呂求玄編輯,關鍵詞:虛擬化,服務器,存儲,服務器虛擬化,標題:服務器、存儲和網絡虛擬化的實現與應用,主要內容講解的是:虛擬化技術已經成為數據中心必備的技術之一,那什么叫虛擬化技術呢?虛擬化是一個廣義的術語,在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。
服務器、存儲和網絡虛擬化的實現與應用
虛擬化技術已經成為數據中心必備的技術之一,那什么叫虛擬化技術呢?虛擬化是一個廣義的術語,在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。虛擬化技術可以擴大硬件的容量,簡化軟件的重新配置過程。CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行,允許一個平臺同時運行多個操作系統,并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響,從而顯著提高計算機的工作效率。
其中基于主機的虛擬化也稱為基于服務器的虛擬化,是通過在服務器操作系統中嵌入或添加虛擬層來實現設備虛擬化的,該方法不需要添加特殊的硬件而只需安裝具有虛擬化功能的軟件模塊,它以驅動程序的形式嵌入到應用服務器的操作系統中,呈現給操作系統的是邏輯卷(Logic Volume Management),通過邏輯卷把分布在多機上的物理存儲設備映射成一個統一的邏輯虛擬存儲空間,邏輯卷管理系統實際上是一個從物理存儲設備映射到邏輯卷的虛擬化存儲管理層,它可實現系統級和應用級的多機間存儲共享。
服務器、存儲和網絡虛擬化的實現與應用
服務器、存儲和網絡虛擬化的實現與應用
運行在服務器上的虛擬化軟件需要占用服務器的CUP、內存、帶寬等開銷,對操作系統的依賴性較大,使得虛擬化系統不能兼容不同的平臺,移植性較差。
但是基于主機的虛擬化最容易實現的,一般只需在應用服務器端安裝卷管理驅動模塊就可以完成存儲虛擬化的過程,具有成本低、同構平臺下性能高的特點。
存儲設備的虛擬化一般在存儲設備的控制器中實現,又稱為存儲控制器的虛擬化。由于該虛擬化的實現方法直接面對具體的物理設備,在性能上達到最優,由于該虛擬化邏輯被集成到設備內部,存儲虛擬化的管理簡單方便而對用戶透明,但由于這種虛擬化技術沒有統一標準,一般只適用于特定廠商的產品,異構產品間很難實現存儲級聯,所以這種存儲虛擬化產品的可擴展性易受到限制。
另外,由于廠商的限制,用戶對存儲設備的選擇面也很窄,如果沒有第三方的虛擬化軟件提供底層屏蔽服務從而實現存儲級聯和擴展,則該系統的擴展性就很差,但近期也有一些研究成果采用基于目錄的虛擬化方式”來克服這些不足。
網路的虛擬存儲化技術是當前存儲虛擬化的主流技術,它當前在商業上具有較多的成功產品。典型的網絡虛擬存儲技術主要包括網絡附加存儲NAS(Network Attached Storage)和存儲區域網絡SAN(Storage Area Network)。由于這兩種系統的體系結構、通信協議、數據管理的方式不同,所以NAS主要應用于以文件共享為基礎的虛擬存儲系統中,而SAN主要應用在以數據庫應用為主的塊級別的數據共享領域。存儲區域網絡SAN是當前網絡存儲的主流技術。
虛擬化存儲的實現可以分布在從主機到存儲設備之間路徑的不同位置上,由此可把基于網絡的存儲虛擬化細分為基于交換機的虛擬化、基于路由器的虛擬化、基于存儲服務器端的虛擬化。
交換機的虛擬化是通過在交換機中嵌入固件化的虛擬化模塊層來實現的,由于在交換機中集成有交換和虛擬化功能,交換機很容易成為系統的瓶頸,并可能產生單點故障。不過這種結構不需要在服務器上安裝虛擬化軟件,可以減少應用服務器的負載,也沒有基于存儲設備或者主機環境的安全性問題,在異構環境下有較好的互操作性。
路由器的虛擬化是將虛擬化模塊集成到路由器中,使存儲網絡的路由器既具有交換機的交換功能,同時具有路由器的協議轉換功能,它把存儲虛擬化的范圍由局域網范圍內的虛擬存儲擴展到了廣域虛擬存儲。
近年來,基于路由器的虛擬化技術得到了長足的發展和廣泛的應用,例如基于iSCSI的虛擬存儲技術等,它為廣域網下的云存儲夯實了底層結構。
專用元數據的虛擬化是在存儲網絡中接入一臺專用的元數據服務器來完成存儲虛擬化工作,屬于帶外虛擬化方法。
元數據服務器提供基于網絡虛擬存儲服務,它負責映射不同的物理設備,形成整個虛擬設備存儲池的全局統一數據視圖,并負責與駐留在各個應用服務器上的虛擬化代理軟件進行通信,各應用服務器上的虛擬代理軟件負責管理存儲訪問視圖和I/O通信并實現數據訪問重定向;該代理軟件具有實現數據高速緩存和數據預存取功能,并具有維護本地存儲視圖和元數據的功能,可以緩存和暫存本地存取的元數據信息,并保持與專用元數據服務器的數據一致性,通過數據訪問的局部性減少訪問元數據服務器的次數從而可以顯著的提高存儲吞吐率。
網絡的大規模虛擬存儲技術將是今后一段時間內虛擬存儲化技術的主要研究熱點,其中基于iSCSI協議的網絡存儲被認為是繼續推動存儲區域網(SAN)快速發展的關鍵技術,該協議通過IP協議封裝SCSI命令,把大型存儲設備接入網絡,使基于iSCSI的存儲訪問協議和互聯網上,從而實現獨立于地理位置的數據存儲、數據備份和數據檢索。
特別是10Gb以太網的迅速普及和縮短訪問延遲的遠程內存直接訪問技術(RDMA)的快速發展,將會加速基于IP的虛擬存儲技術的進一步快速發展。
互聯網的虛擬化是存儲技術的最高形式。它采用集群技術、網格技術、覆蓋網技術、P2P技術以及分布式文件系統等技術實現將全球范圍內不同類型的存儲設備通過虛擬化技術整合起來,向外提供統一的虛擬內存和硬盤的功能。
雖然基于互聯網的虛擬化的發展還處在起步階段,但一些研究成果已經顯現,如由Jun Wang,Xiaoyu Yao等人提出的基于成熟的TCP/IP協議的SAN技術,采用iSCSI協議及分層緩存機制實現對基于廣域網的存儲服務器的高速訪問?;诨ヂ摼W的存儲虛擬化(例如存儲云)實際上是一種為用戶提供存儲服務的虛擬化技術。
實現存儲虛擬化系統的關鍵是實現眾多異構存儲設備到統一虛擬存儲資源的視圖映射,通常在用戶和存儲設備路徑上加入存儲管理部件來實現虛擬化,它屏蔽了不同類型、不同特性的物理設備,實現大量異構存儲資源的整合,向用戶提供方便訪問、任意劃分、在線擴容、安全穩定的虛擬存儲系統。
實現虛擬化存儲系統需要解決的一些關鍵技術包括:
異構存儲介質的互聯和統一管理。存儲虛擬化的核心任務是兼容多種屬性的存儲設備,屏蔽它們間不同的物理特性并向用戶提供統一的虛擬邏輯設備訪問方式,由網絡連接的各種物理存儲設備以虛擬卷的形式向用戶呈現,而用戶關注的是存儲容量和數據安全策略,而存儲容量的物理分配則對用戶透明的,存儲虛擬化管理系統及其所兼容的協議屏蔽了連接到存儲網絡中的各類設備的差異性,簡化了邏輯存儲設備的管理、配置和分配,并向用戶提供在線劃分、擴展、配置存儲和在線增加與更替存儲設備的虛擬化存儲管理技術。
數據的共享沖突與一致性。數據共享是存儲虛擬化的主要功能之一,基于網絡的虛擬存儲對數據共享訪問提出了很高的要求,存放在不同物理存儲器中的數據拷貝為操作系統間及操作系統和數據倉庫問的數據共享帶來便利,但同時必須仔細設計鎖機制算法、備份分發算法以及緩存一致性技術來保證數據的完整性。
數據的透明存儲和容錯容災策略。數據的透明訪問需要虛擬存儲屏蔽存儲設備的物理差異性,由系統按照資源的特性及用戶的需求自動調度和利用存儲資源,便于用戶在邏輯卷的基礎上對數據進行復制、鏡像、備份以及實現虛擬設備級的數據快照等功能。
虛擬存儲系統必需按照數據的安全級別建立容錯和容災機制,以克服系統的誤操作、單點失效、意外災難等因素造成的數據損失。系統必需對用戶透明地的實現多種機制下的數據備份、數據系統容錯和災難預警及自動恢復等策略。
性能優化和負載均衡。存儲系統應該從全局的觀點并根據不同存儲設備的特性來優化存儲系統,應該根據不同存儲的存儲響應時問、吞吐率和存儲容量來安排多級存儲體系結構,實現數據的多級高速緩存和數據預取功能。
根據用戶的需求安排不同的存儲策略實現對數據的按需存取,仔細設計I/O均衡策略,根據具體的物理設備合理分配用戶的I/O請求,使用條帶化方法、數據分塊、時空負載區分、數據主動存取和數據的過預取策略來提高數據的訪問效率,為了進一步提高訪問效率,也可以采用基于存儲對象的存儲主動服務策略來提高數據的主動預測服務。
數據的安全訪問策略。基于網絡的存儲必需對訪問加以控制,數據被越權訪問和惡意攻擊是虛擬存儲系統必需要避免的,透明的存儲服務所帶來的數據安全性必需由虛擬化管理軟件來實現,其實現安全訪問的策略是多樣的,如基于密鑰的認證管理及數據加密策略,以及在存儲體之上增加一層可信的管理層節點等都是可行的方法。
高可靠性和可擴展性。高可靠和可擴展性是虛擬存儲系統必需具備的特性,系統應該采用高效的故障預測、故障檢測、故障隔離和故障恢復技術來保證系統的高可靠性。
虛擬存儲系統應該在不中斷正常存儲服務的前提下實現對存儲容量和存儲服務進行任意擴展,透明的添加和更替存儲設備,虛擬存儲系統還應該具有自動發現、安裝、檢測和管理不同類型存儲設備的能力。
以上詳細講解了關于服務器、存儲、網絡虛擬化技術的實現與應用,相信對于需要對數據中以進行虛擬化改進的企業來講,有一定的幫助。CDN高防為各級客戶提供一站式服務器、存儲虛擬化的解決方案,詳詢CDN高防客服QQ:317197518。
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