隨著以電子商務、數據倉庫、網絡娛樂等為代表的網絡應用的快速崛起，信息容量呈爆炸式增長，計算機應用也從以計算為中心發展到以數據為中心的時代。以數據為中心的應用對現代存儲系統提出了全新的要求:高可靠性、高可用性、開放性、可動態擴展、易于管理和維護。
存儲區域網絡(Storage Area Network，SAN)是一種利用FC(Fiber Channel)等互連協議連接起來的，可以在服務器與存儲設備之間以及存儲設備與存儲設備之間直接傳送數據的網絡。它利用可擴展的網絡拓撲結構，在相對獨立的專用網絡中為各種應用提供數據存儲服務。SAN存儲系統提供高性能、高靈活性以及強大的容災備份功能。
然而由于缺乏統一的標準，不同存儲設備廠商的SAN之間缺乏互操作性，從而使得用戶很可能會被某一廠商“鎖定”，不能實現不同廠商存儲設備之間的自由選擇;同時不同的存儲區域網之間也無法實現信息及數據的充分交流。存儲虛擬化技術的提出，為解決這些問題提供了一種良好的解決方案。
1 存儲虛擬化技術
據估計，隨著存儲系統規模的不斷擴大，存儲系統的管理費用最多可達到存儲設備本身費用的11倍，這就要求能夠實現存儲系統的便捷管理。虛擬化存儲技術正是一種在邏輯上實現對存儲資源的便捷管理的有效手段。虛擬化存儲技術實現了存儲資源對用戶的透明性，可以將不同地點、不同廠商的存儲設備等異構存儲資源進行有機整合，形成統一管理、監控和使用的公用存儲池。
利用虛擬化存儲技術，我們可以非常簡單的方式，隨時方便地獲取和使用，而不用關心資源的提供者和它們各自的特性。通過采用虛擬化技術，用戶將可以徹底擺脫存儲設備的復雜性，如存儲設備的容量、異構性等，實現對存儲資源的有效規劃及管理。通過虛擬化存儲技術我們可以非常方便、統一的形式使用存儲資源，就像我們日常生活中的電力一樣，無須關心它的提供者及提供方式。
2 SAN虛擬化中的關鍵問題
存儲區域網絡獨特的體系結構和構建技術為SAN帶來了很多優點，如高性能、高靈活性、存儲容量的在線擴容，實現LAN-free備份工作。然而，為了達到以數據為中心的網絡應用對現代網絡存儲系統的要求，同時消除SAN自身存在的缺陷，需要在實現的SAN虛擬化過程中解決如下問題:
(1)異構產品互連
復雜而龐大的應用環境中擁有不兼容的技術和標準，如不同的網絡環境(SAN，Ethernet， InfiniBand)、不同的編程接口(塊、文件、對象)等。即使對于相同的網絡環境，如SAN，不同設備制造商的具體協議實現之間也有所差異，在客觀上造成不同廠商之間的設備缺乏可互操作性。實現異構存儲產品之間的互連，保證異構存儲設備的透明性是SAN虛擬化的基本要求。
(2)存儲資源位置、容量對用戶透明
由于SAN中FC協議傳輸距離的限制，不同企業、不同應用，在不同地點建造的SAN之間不能形成統一的管理和監控機制，造成了相對獨立的數據孤島。存儲資源統一管理要求實現存儲設備相對用戶的地域透明性和容量透明性，即利用虛擬化技術為用戶屏蔽存儲設備的位置特征和容量特性，用戶可以將整個存儲區域網絡看作單個存儲設備進行使用。
(3)數據安全
由于整個存儲系統相對應用來說是完全透明的，因此必須提供安全訪問控制，防止越權訪問相關數據以及惡意攻擊等。數據安全性由存儲系統的管理軟件負責。應根據應用需要，建立相應的密鑰認證管理體系及數據加密體系，保證數據安全性。
(4)性能優化和負載均衡
不同的應用具有各自不同的I/O特點，如數據倉庫I/O量大但數據量相對較小;流媒體應用會有突發的大數據量訪問;大規模科學計算會產生大量的中間數據，可能會有持續的大數據量訪問，因此在實現存儲虛擬化的過程中，必須建立高效、智能的調度策略來滿足具有不同I/O特點的應用需求。
(5)容災備份
SAN虛擬化存儲系統必須能以較小的花費實現數據的容災備份功能，以保證在系統遭遇不可抗力的時候能夠將損失的數據恢復。
(6)儲設備統一管理
由于SAN存儲設備異地、異構的特性，要求虛擬化技術提供存儲設備的統一管理界面，實現存儲資源的統一分配和維護。
3 SAN虛擬化實現方案
在現有的SAN虛擬化解決方案中，根據其實現方式的不同，主要可以分為三個層次:基于主機的虛擬化;基于存儲設備的虛擬化;基于網絡的虛擬化。其中基于網絡的虛擬化又有對稱式及非對稱式兩種。然而，這些解決方案基本上都是在SAN應用的某一個層次上實現存儲虛擬化，實現方式本身的特點決定了它們不可能解決SAN虛擬化過程中需要解決的所有問題。
由于SAN虛擬化過程中需要解決很多問題，如果只是在主機、存儲設備、網絡中的某一個層次上實現虛擬化，則很難同時解決這些問題。針對這一問題，我們提出了新的虛擬化實現方案，即通過主機、網絡和存儲設備三個層次共同合作的方式來實現虛擬化功能。根據“誰的工作誰負責”的原則，每個虛擬化層次負責完成與本層功能相關的工作，也存在一些工作是通過跨層次方式首先的。
我們首先引入一種中間語言ILoS(Inter-Language of SAN)來解決不同產品的異構性。主機上的虛擬化組件負責把應用I/O請求轉換為ILoS，存儲設備前端的虛擬化組件則負責將ILoS轉換為存儲設備所能理解的語言，進行I/O操作。SAN虛擬化過程中所有其他的管理工作都是基于ILoS語言實施。利用ILoS可以最小的代價屏蔽主機及存儲設備的異構特性，如主機有m種環境，存儲設備共有n種，則只需要(m+n)個操作轉換組件則可以實現異構產品之間的互連和訪問。圖1給出了SAN實現虛擬化后部分功能的實現層次。
定位邏輯的主要功能是為應用程序確定相關數據的物理存儲位置。在實現虛擬化的SAN存儲系統中，主機中的虛擬化組件將應用I/O請求轉換為ILoS語言，同時負責確定相關數據存儲地點，即所在的存儲設備(通常為RAID)的編號，由網絡層負責確定相應存儲設備地點并傳遞操作指令。也就是說，由主機層和網絡層協同實現應用系統中的定位邏輯屏蔽存儲設備的地理位置特性。網絡層主要專注于網絡相關工作，如設備尋址、性能優化和負載均衡，大部分現有網絡設備都具有此功能。數據的存儲和備份也需要通過ILoS語言來屏蔽設備異構性，利用交換機將數據在SAN之間的網絡上傳輸，在實現快速備份的同時不影響整個系統的網絡性能。ILoS語言以完全一致的方式實現對存儲設備的統一管理以及異構產品互連和互操作。SAN自身的特性保證能夠通過網絡層和存儲設備實現數據的本地、異地快速備份。
通過ILoS實現SAN虛擬化，使應用系統具有良好的可擴展性。對于現有的應用系統，僅需要在主機層的后端和存儲設備的前端添加虛擬化組件，重點實現應用環境操作語言與ILoS之間的轉換。對于新開發的應用，則能保證其良好的可擴展性，便于系統管理與升級。
4 結束語
本文簡單介紹了存儲虛擬化內容及主要虛擬化實現技術，重點分析了SAN虛擬化過程中需要解決的關鍵問題，并提出了一種新的SAN虛擬化實現方案。通過ILoS，可以實現存儲設備異構、異地等特性對用戶透明，實現SAN的虛擬化統一管理，很好地解決了數據孤島問題，保證應用系統具有良好的集成和擴展能力。
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本文標題：一種SAN存儲虛擬化的實現方案
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