企业关键信息的几何级增长、应用程序和业务过程复杂度的激增、严格的服务级别要求(如信息24×7小时可用性的需求)导致了TB/PB/EB级海量数据的产生。如何应对大数据存储的挑战和保证业务的连续性，并且高效地管理存储基础架构成为研究的重点。随着云计算和云存储的发展，存储虚拟化和其他关键技术(如重复数据消除和压缩、精简资源调配、联合存储访问和存储分层的运用使得这一难题的破解成为可行。高效的存储和管理不仅为用户提供更高质量的服务，而且还可以降低用户成本，实现高效低碳的环保型存储。
1、存储基础架构管理中的虚拟化技术
作为云计算环境的核心基础架构，数据中心通常由百万级以上节点组成，存储其上的数据规模往往达到PB级甚至EB级，常态化的数据失效成为云计算应用和推广的瓶颈。因此，高效的存储管理成为云存储研究的关键点。
在数据中心执行的主要存储基础架构管理活动大致分为可用性管理(根据定义的服务级别建立适当的指导原则以确保可用性)、容量管理(确保资源可用性足以满足其服务级别要求)、性能管理(确保所有组件达到最优的运行效率)、安全管理(确保虚拟化和非虚拟化环境中的信息的机密性、完整性和可用性)和报告(跟踪和收集各种组件/进程的信息，用来生成趋势分析、容量规划、按存储容量使用计费和性能的报告，并说明存储基础架构组件的基本配置)。
如图1所示，存储基础架构管理的关键组件包括：服务器、网络、存储阵列。如果能在IT基础架构的各个层次上运用虚拟化技术，便可以使复杂的存储基础架构管理任务变得更加灵活、轻松、高效。
(1)存储层的虚拟化
存储虚拟化已支持动态迁移数据和扩展存储卷。由于动态扩展，可以无中断方式扩展存储卷，以便满足容量和性能要求。由于虚拟化突破了呈现给主机的存储卷及其物理存储之间的绑定，因此数据可在数据中心中或跨数据中心迁移，而不会产生任何宕机。改变基础架构管理成本和复杂性方案的另一工具是虚拟存储资源调配。在传统资源调配中，存储容量根据未来增长的预期提前进行资源调配。由于增长是不均匀的，因此一些用户或应用程序会发现自己容量不足，而另一些用户或应用程序还有许多未使用的容量。使用虚拟资源调配可解决这一难题，它使容量管理面临的挑战更小。在虚拟资源调配中，存储是从共享池按需分配到主机的，如此能提高可用容量的利用率，从而降低容量管理的复杂度。
(2)网络层的虚拟化
虚拟化还提高了网络管理效率。VSAN和VLAN允许以逻辑方式将一个物理网络隔离成若干不同的虚拟网络，并且可快速重新配置节点，而无需进行任何物理更改，使管理工作更加轻松，它还解决了一些可能存在于常规环境中的安全问题。
(3)计算层的虚拟化
在主机端，计算虚拟化能使主机部署、重新配置和迁移比在物理环境中更轻松。计算、应用程序和内存虚拟化不仅改进了资源调配，还有助于实现资源的高可用性。
2、虚拟化存储管理案例——为新服务器/主机分配存储空间
图2展示了在向新服务器/主机分配存储空间时，在服务器、SAN和存储阵列上执行的活动。该案例需要将新的RDBMS服务器部署到现有非虚拟化存储基础架构中，步骤如下：
(1)管理员需要在服务器上安装和配置HBA和设备驱动程序以将其物理连接到SAN。建议在服务器上安装可选的多路径软件。同时，存储阵列端口也应连接到SAN。
(2)管理员需要在SAN交换机上分区，以允许新服务器通过其HBA访问存储阵列端口。为保证服务器和存储阵列之间存在冗余路径，新服务器HBA应连接到不同的交换机，并通过不同的阵列端口分区。同时，需要在阵列上配置LUN，然后将这些LUN分配给存储阵列前端端口。此外，可在存储阵列上配置LUN掩蔽，以限制特定服务器对LUN的访问。
(3)服务器通过“总线重新扫描”进程发现分配给它的LUN。在主机上创建逻辑卷和文件系统(其数目取决于希望数据库或应用程序使用存储的方式)，以便于管理员在新的文件系统空间安装和使用数据库或应用程序。
在虚拟化环境中，将存储调配到运行RDBMS的虚拟机上需要执行不同的管理任务。与非虚拟化环境类似，必须通过SAN在承载虚拟机的物理服务器和存储阵列之间建立物理连接。在SAN级别，可将VSAN配置为在物理服务器和存储阵列之间传输数据。VSAN可将此存储通信与SAN中的任何其他通信隔开，并且管理员可在VSAN中配置分区。在存储端，管理员需要从共享存储池中创建精简LUN，并将这些精简LUN分配到存储阵列前端端口。与物理环境类似，需要在存储阵列上执行LUN掩蔽。在物理服务器端，虚拟机管理程序可发现分配的LUN，并且可以创建逻辑卷和文件系统来存储和管理虚拟机文件。然后，管理员可创建虚拟机并在其上安装OS和RDBMS。创建虚拟机时，虚拟机管理程序会在虚拟机管理程序文件系统中创建虚拟磁盘文件和其他虚拟机文件。虚拟磁盘文件作为SCSI磁盘显示给虚拟机用于存储RDBMS数据。或者，虚拟机管理程序启用虚拟资源调配，以创建精简虚拟磁盘并将其分配到虚拟机。虚拟机管理程序通常具有本机多路径功能，也可以将第三方多路径软件安装在虚拟机管理程序上。
3、面临的挑战及优化方案
由于存储阵列、网络、服务器、数据库和应用程序具有异构性，因而监视和管理当今复杂的存储基础架构环境变得极具挑战。例如，异构存储阵列在容量、性能、保护和体系结构方面各不相同；存储基础架构部署了SAN和IP网络；以及使用不同操作系统(如Unix、Linux、Windows)的服务器或大型机。这些来自不同供应商的产品和服务会产生互联问题，增加了管理存储基础架构的复杂度。如图3所示。
数据中心的每个组件通常附带着供应商特定的工具来进行管理。然而在一个使用多种工具(工具之间可能无法互操作)的环境下，理解环境的整体状况并提供组件间的故障、影响和行为分析非常困难。理想情况下，管理工具应该能够将所有组件的信息整合起来，以提供基于整体环境的端到端视图和更快的根源分析，从而更快地解决警报。
如图4所示，优化的解决方案应充分了解基础架构的整体状况，并提供每次故障的根源分析。此方案还应在多供应商存储环境中提供集中监视和管理，并创建存储基础架构的端到端视图。端到端监视的优势在于它能够将一个组件的行为与另一个组件的行为关联起来。这有助于在逐个查看每个组件不足以揭露问题的实际原因时调试或分析问题。集中监视和管理系统应从所有组件收集信息，并通过单一用户界面管理这些信息。此外，它必须使用方法(例如电子邮件和简单网络管理协议(SNMP)陷阱)提供向管理员通知各种事件的机制。它还应能够生成监视报告和运行自动化脚本，以使任务自动化。
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本文标题：虚拟化环境中的存储基础架构管理及优化方案
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