服务器、存储和网络虚拟化的实现与应用

虚拟化技术已经成为数据中心所必需的技术之一，那么什么是虚拟化技术呢？虚拟化是一个广义术语，通常是指计算机元件在虚拟的基础上运行，而不是在真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU虚拟化技术可以单一CPU模拟多CPU平行允许一个平台同时运行多个操作系统，应用程序可以在不相互影响的独立空间内运行，从而显著提高计算机的工作效率。

基于主机的虚拟化也被称为基于服务器的虚拟化，是通过嵌入或添加虚拟层来实现设备的虚拟化，该方法不需要添加特殊的硬件，只需要安装具有虚拟化功能的软件模块，它以驱动程序的形式嵌入到应用服务器的操作系统中，呈现给操作系统是逻辑卷(LogicVolumeManagement)，分布在多台机器上的物理存储设备通过逻辑卷映射成一个统一的逻辑虚拟存储空间。逻辑卷管理系统实际上是机间存储共享。

实现和应用服务器、存储和网络虚拟化

服务器上运行的虚拟化软件需要占用服务器CUP、内存、带宽等费用，更依赖于操作系统，使虚拟化系统不能与不同的平台兼容，移植性差。

然而，基于主机的虚拟化是最容易实现的。一般来说，存储虚拟化的过程只能在应用服务器端安装线圈管理驱动模块，具有成本低、同构平台性能高的特点。

存储设备的虚拟化通常在存储设备的控制器中实现，也称为存储控制器的虚拟化。由于虚拟化的实现方法直接面对特定的物理设备，性能最好，由于虚拟化逻辑集成到设备中，存储虚拟化管理简单方便，对用户透明，但由于虚拟化技术没有统一的标准，一般只适用于特定厂家的产品，异构产品难以实现存储级联，因此存储虚拟化产品的可扩展性容易受到限制。

此外，由于制造商的限制，用户对存储设备的选择也非常狭窄。如果没有第三方虚拟化软件提供底层屏蔽服务来实现存储级联和扩展，系统的扩展性很差，但最近的一些研究结果是基于目录的虚拟化。

网络虚拟存储技术是当前存储虚拟化的主流技术，在商业上拥有更成功的产品。典型的网络虚拟存储技术主要包括网络附加存储NAS(NetworkAttachedStorage)以及存储区域网络SAN(StorageAreaNetwork)。由于这两个系统的系统结构、通信协议和数据管理方法不同NAS主要用于基于文件共享的虚拟存储系统SAN主要用于块级数据共享领域，主要用于数据库应用。存储区域网络SAN是当前网络存储的主流技术。

虚拟存储的实现可以分布在从主机到存储设备的不同路径上，从而将基于网络的存储虚拟化细分为基于交换机、路由器和存储服务器端的虚拟化。

交换机的虚拟化是通过嵌入交换机中的固件虚拟化模块层来实现的。由于交换机集成了交换和虚拟化功能，交换机很容易成为系统的瓶颈，并可能产生单点故障。然而，该结构不需要在服务器上安装虚拟化软件，可以减少应用服务器的负载，也不基于存储设备或主机环境的安全性，在异构环境中具有良好的互操作性。

路由器的虚拟化是将虚拟化模块集成到路由器中，使存储网络的路由器具有交换机的交换功能和路由器的协议转换功能。它将存储虚拟化的范围从局域网范围内的虚拟存储扩展到广域虚拟存储。

近年来，基于路由器的虚拟化技术得到了广泛的发展和应用iSCSI虚拟存储技术等，为广域网下的云存储夯实了底层结构。

专用元数据的虚拟化是将专用元数据服务器连接到存储网络中完成存储虚拟化的一种方法。

元数据服务器提供基于网络的虚拟存储服务。它负责映射不同的物理设备，形成整个虚拟设备存储池的全球统一数据视图，并与各应用服务器上的虚拟代理软件进行通信I/O通信并实现数据访问的重定向；该代理软件具有实现数据高速缓存和数据访问的功能，并具有维护本地存储视图和元数据的功能。它可以缓存和暂存本地访问的元数据信息，并保持与特殊元数据服务器的数据一致性。

基于此，网络的大规模虚拟存储技术将是未来虚拟存储技术的主要研究热点iSCSI该协议的网络存储被认为是继续促进存储区域网(SAN)协议通过了快速发展的关键技术IP协议封装SCSI命令将大型存储设备连接到网络中，以便基础iSCSI存储访问协议和互联网，实现独立于地理位置的数据存储、数据备份和数据检索。

特别是10Gb远程内存直接访问技术在以太网的快速普及和缩短访问延迟(RDMA)加快基础的快速发展IP虚拟存储技术的进一步快速发展。

互联网的虚拟化是存储技术的最高形式。采用集群技术、网格技术、覆盖网络技术P2P该技术和分布式文件系统通过虚拟化技术整合了世界各地不同类型的存储设备，并提供了统一的虚拟内存和硬盘功能。

虽然基于互联网的虚拟化发展仍处于起步阶段，但一些研究成果已经出现JunWang，XiaoyuYao以成熟为基础，等人提出TCP/IP协议的SAN技术，采用iSCSI协议和分层缓存机制实现基于广域网的存储服务器的高速访问。基于互联网的存储虚拟化（如存储云）实际上是一种为用户提供存储服务的虚拟化技术。

实现存储虚拟化系统的关键是实现许多异构存储设备到统一的虚拟存储资源视图映射，通常在用户和存储设备路径上添加存储管理部件实现虚拟化，屏蔽不同类型、不同特点的物理设备，实现大量异构存储资源的整合，为用户提供方便访问、任意划分、在线扩展、安全稳定的虚拟存储系统。

虚拟化存储系统需要解决的一些关键技术包括：

异构存储介质的互联和统一管理。存储虚拟化的核心任务是与各种属性兼容的存储设备，屏蔽其不同的物理特性，并为用户提供统一的虚拟逻辑设备访问模式。网络连接的各种物理存储设备以虚拟卷的形式呈现给用户，用户关注存储容量和数据安全策略，存储容量的物理分配对用户透明。存储虚拟化管理系统及其兼容协议屏蔽了连接到存储网络的各种设备的差异，简化了逻辑存储设备的管理、配置和分配，为用户提供在线划分、扩展、配置存储和在线增加和更换存储设备的虚拟存储管理技术。

数据共享的冲突和一致性。数据共享是存储虚拟化的主要功能之一。基于网络的虚拟存储对数据共享访问提出了很高的要求。存储在不同物理存储器中的数据副本方便了操作系统、操作系统和数据仓库之间的数据共享，但必须仔细设计锁定机制算法、备份分发算法和缓存一致性技术，以确保数据的完整性。

数据的透明存储和容错容灾策略。数据的透明访问需要虚拟存储屏蔽存储设备的物理差异。系统根据资源特性和用户需求自动调度和利用存储资源，方便用户在逻辑卷的基础上复制、镜像、备份和实现虚拟设备级数据快照。

虚拟存储系统必须根据数据的安全水平建立容错和容灾机制，以克服系统误操作、单点故障、意外灾害等因素造成的数据损失。系统必须在各种机制下透明地实现数据备份、数据系统容错、灾难预警和自动恢复策略。

性能优化和负载平衡。存储系统应根据不同存储设备的整体观点和特点，根据不同存储响应、吞吐率和存储容量安排多级存储系统结构，实现数据的多级高速缓存和数据访问功能。

根据用户的需要安排不同的存储策略，实现数据的按需存取和精心设计I/O根据具体，根据具体的物理设备合理分配用户I/O请求采用条带化方法、数据块、时空负荷区分、数据主动访问和数据过度访问策略，提高数据访问效率。为了进一步提高访问效率，还可以采用基于存储对象的存储主动服务策略来提高数据的主动预测服务。

数据安全访问策略。基于网络的存储必须控制访问。虚拟存储系统必须避免数据被越权访问和恶意攻击。透明存储服务带来的数据安全性必须由虚拟管理软件实现。事实上，实现安全访问的策略是多种多样的，如基于密钥的认证管理和数据加密策略，以及在存储器上添加一个可靠的管理节点。

高可靠性和可扩展性。虚拟存储系统必须具备高可靠性和可扩展性。系统应采用高效的故障预测、故障检测、故障隔离和故障恢复技术，以确保系统的高可靠性。

虚拟存储系统应在不中断正常存储服务的前提下，任意扩展存储容量和存储服务，并透明地添加和更换存储设备。虚拟存储系统还应具有自动发现、安装、检测和管理不同类型存储设备的能力。

以上详细说明了服务器、存储和网络虚拟化技术的实现和应用。我相信这对需要在数据中进行虚拟化改进的企业有帮助。微云网络为各级客户提供一站式服务器和存储虚拟化解决方案。详情请咨询微云客服电话400-0289-798。