存儲虛擬化是一種對物理存儲資源進行抽象的技術，使其看起來像是一個集中的資源。虛擬化掩蓋了管理內存、網絡、服務器和存儲中資源的復雜性。

存儲虛擬化運行在多個存儲設備上，使它們看起來就像一個單一的存儲池。這些池化的存儲設備可以來自不同的供應商和網絡。存儲虛擬化引擎可識別來自多個陣列和存儲媒介的可用存儲容量，對其進行聚合、管理并將其呈現給應用程序。

虛擬化軟件的工作原理是將存儲系統的I/O請求攔截到服務器。引擎將物理請求映射到虛擬存儲池，并從物理位置訪問請求的數據，而不是由CPU處理請求以及將數據返回到存儲器。一旦計算機進程完成，虛擬化引擎將I/O從CPU發送到它的物理地址，并更新其虛擬映射。

該引擎將存儲管理集中到一個基于瀏覽器的控制臺，該控制臺允許存儲管理員將多個不同供應商的陣列作為單個存儲系統進行有效管理。

存儲虛擬化的剖析

存儲虛擬化可以出現在各種不同的場景中

數據級別:塊或文件

基于塊

基于塊的存儲虛擬化是最常見的存儲虛擬化類型。它將存儲系統的邏輯存儲從其物理組件中抽象出來。物理組件包括內存塊和存儲媒介，而邏輯組件包括驅動器分區。

存儲虛擬化引擎在可以多個陣列和單個媒介上發現所有可用塊，而不考慮存儲系統的物理位置、邏輯分區或制造商。引擎將數據留在物理位置，并將地址映射到虛擬存儲池。這使引擎能夠將多個供應商的存儲系統的容量呈現給服務器，就好像整個存儲系統是單個陣列。

文件級別

文件級的虛擬化工作在NAS設備上，以此對獨立的NAS設備進行池化和管理。雖然管理單個NAS并不特別困難，但是管理多個設備既耗時又昂貴。NAS設備在物理上和邏輯上相互獨立，這需要單獨的管理、優化和供應。這增加了復雜性，并要求用戶知道訪問文件的物理路徑名。

使用多個NAS設備最耗時的操作之一是在它們之間遷移數據。當組織的規模超過了之前的NAS設備時，它們通常會購買一個新的、更大的設備，這往往需要從接近容量閾值的舊設備中遷移數據。反過來又需要大量停機時間來配置新設備、從遺留設備遷移數據，以及在啟用之前測試遷移的數據。但是停機時間會影響用戶和項目，而且數據遷移的停機時間延長也會在財務上為企業帶來不良影響。

文件級存儲虛擬化掩蓋了管理多個NAS設備的復雜性，并使管理員能夠共享存儲資源，而不是將它們限制在特定的應用程序或工作組中。虛擬化NAS設備也使數據遷移過程中不需要停機。虛擬化引擎維護正確的物理地址，并將更改的地址重新映射到虛擬池。用戶可以從舊設備訪問文件并保存到新設備，而無需知道發生了遷移。

組件：主機，網絡與陣列

虛擬化引擎可能位于不同的計算組件中，最常見的三種是主機、網絡和數組，服務于不同的存儲虛擬化用例。

基于主機

主要用例：為VM環境和在線應用程序提供虛擬化存儲。

有些服務器提供操作系統級的虛擬化。操作系統的存儲虛擬化可用以優化容量和自動化分層存儲計劃。

更常見的基于主機的存儲虛擬化池存儲在虛擬環境中，并將池呈現給客戶操作系統。一種常見的實現方法是用動態擴展的VM充當存儲池。由于VM希望看到硬盤驅動器，所以虛擬化引擎將底層存儲作為硬盤驅動器呈現給VM。實際上，“硬盤驅動器”是由基于磁盤和陣列的存儲資產創建的邏輯存儲池。

這種虛擬化方法在云存儲和超融合存儲中最常見，單個主機或超融合系統將可用的存儲池存儲到虛擬驅動器中，并將這些驅動器呈現給客戶機。

基于網絡

主要用例：SAN存儲虛擬化

基于網絡的存儲虛擬化是SAN存儲最常見的一種類型，組織一般會使用它來添加更多的存儲。存儲虛擬化從服務器或交換機上，跨光纖通道或iSCSI網絡運行。

基于網絡的設備抽象了跨存儲網絡運行的存儲I/O，并且可以跨所有連接的存儲設備復制數據。它還使用針對所有池化存儲的單一管理接口簡化了SAN管理。

基于陣列

主要用例：存儲分層。

基于陣列的存儲虛擬化并不新鮮。某些RAID級別本質上就是虛擬化的，因為它們將存儲從多個物理磁盤抽象為一個邏輯數組。

如今，基于陣列的虛擬化通常指的是一種專門的存儲控制器，它攔截來自二級存儲控制器的I/O請求，并在連接的存儲系統中自動對數據進行分層。該設備允許管理員將媒體分配給不同的存儲層，通常是將SSD分配給高性能層，將HDD分配給近線或二級存儲層。虛擬化還允許管理員在同一存儲層中采用混合介質。

這種虛擬化方法比基于主機或網絡的虛擬化更加有限，因為虛擬化只發生在連接的控制器上。二級控制器需要與虛擬化存儲控制器相同的帶寬，而這會影響性能。

但是，如果企業在高級混合陣列上投入了大量資金，那么陣列的存儲智能可能會超過存儲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保留陣列的本機功能，并添加虛擬化層以提高效率。

帶(Band)：帶內帶外

帶內

當虛擬化引擎在主機和存儲之間進行操作時，就會發生帶內存儲虛擬化。I/O請求和數據都通過虛擬化層，這允許引擎提供高級功能，如數據緩存、復制和數據遷移。

帶內占用更少的主機服務器資源，因為它不需要查找和附加多個存儲設備。服務器只在其數據路徑中看到虛擬池存儲。但是，池增長得越大，它對數據路徑吞吐量產生影響的風險就越大。

帶外

帶外存儲虛擬化將路徑分為控制(元數據)和數據路徑。只有控制路徑通過虛擬化設備運行，它攔截來自主機的I/O請求，查找并映射物理內存位置上的元數據，并向存儲器發出更新的I/O請求。數據不通過設備，這使得緩存不可能實現。

帶外虛擬化在各個服務器上安裝代理，將它們的存儲I/O定向到虛擬化設備。盡管這在一定程度上增加了單個服務器的負載，但帶外虛擬化不會像帶內虛擬化那樣造成數據瓶頸。不過，最佳的實踐辦法是通過添加額外的冗余帶外設備來避免虛擬化中斷。

存儲虛擬化的優勢

·支持動態存儲使用以及附加存儲資源(包括塊和文件)的虛擬可伸縮性。

·避免在數據遷移期間停機。虛擬化在后臺操作，可維護數據的邏輯地址以保留訪問權限。

·集中一個管理臺來管理多個供應商的存儲設備，節省了管理開銷和成本。

·通過將可用存儲擴展到主機或SAN來保護現有的投資。

·可以在多供應商環境中添加存儲智能，如分層、緩存、復制和集中管理接口。

原文作者：Christine Taylor

總結

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