前言
根据2001年网络存储工业协会(简称SNIA)给出的定义，存储虚拟化是一种存储技术，通过抽象化多台磁盘阵列或网络、主机、应用资源的内部功能并简化其复杂度，来消除网络、主机、应用与数据存储的关联性。存储虚拟化目标是让复杂存储使用简单化、标准化，为主机层、应用层提供一个简单的、一致性的界面。存储虚拟化实现主要集中在存储物理数据块的抽象、封装，让数据库或文件系统实现透明的访问物理数据块。
存储虚拟化技术近年随着云计算的发展在业界迅速升温，其实远在5年前或者更早，VERITAS公司、IBM公司和VMware公司各自在自己领域都推出了自己存储虚拟化技术的产品，时至今日，企业级的存储虚拟化的使用仍非常有限，但随着技术的日趋成熟，市场已开始加速发展。作者以IBM的PowerVM、VMware存储虚拟化以及IBM的SVC为代表，结合几年来使用这3个产品的实际领悟，来论述当前企业使用该类技术的问题。
“虚拟”是计算机技术发展中一个持续的话题，虚拟光驱、虚拟主机到虚拟计算等诸多概念纷纷出现。对存储管理而言，虚拟化是一种令人欣喜的且有广阔前景的解决方案。企业数据量的飞升，需要一种既可降低成本又能强化管理的存储技术，在RAID、磁带备份、存储区域网络已得到大规模应用的今天，存储虚拟化给企业的数据存储带来了全新的选择。
1 存储虚拟化技术概论
1．1基于主机或服务器的存储虚拟化
该方案主要依赖安装在服务器上的存储管理软件，实现存储卷虚拟化，形成虚拟逻辑卷，提供给文件系统或数据库访问。由于存储管理软件是运行在服务器上，会占用服务器CPU资源，但是，因为不需要任何附加硬件配置，其最容易实现，投入成本最低，也可提供图形接口，方便SAN和虚拟化存储管理。代表产品为传统的VERITAS的VFS，以及IBM的GPFS实现卷管理和文件系统级的虚拟化，还有目前非常热的IBM的PowerVM，VMware的VMFS的存储管理功能也可以划到此类。在国内，电信、移动通信运营商的系统使用这种传统的存储虚拟化的广度和深度尤为突出。
1．2基于存储设备的存储虚拟化
该方案主要依赖于可提供虚拟化功能的高端存储系统，其封装了其他存储设备物理特性，统一提供给存储区域网络上的服务器。当然，这种虚拟化方案意味着将锁定某一家存储设备供应商，但是，这种方法较容易实现，容易和某个特定存储供应商的设备相协调，更容易管理，同时它对用户或维护管理人员都是透明的。代表厂商如HDS的UVP，HP的XP系列；对于阵列自身的虚拟化，可以有IBM的DS8000、XIV，HP的VA系列，DELL的Dell EqualLogic等。值得一提的是，NetApp的统一存储系列有其独到的特色，控制器的操作系统虚拟化程度非常高，从而可以轻松在一个host端口同时支持包括iscsi、FC等各类协议，近年来发展迅速，算是一个非常有生命力的存储虚拟化的技术分支。
1．3基于存储区域网(SAN)的存储虚拟化
通过在存储区域网这一级采用智能化的路由器、交换机或者是增加一个源数据服务器等来实现虚拟化的工作，提供一种中央虚拟化方式将网络中的存储资源集中起来管理，从而降低了企业的总拥有成本(TCO：Total cost of ownership)，提供了一个“开放的”虚拟实施环境，最有可能支持任何的服务器、操作系统、应用和存储设备。从技术上讲，基于网络的存储虚拟化又分为带内(In—Band)和带外(Out．Band)两种，这两种方式的主要区别在于存储网络中数据I／O与控制信息是否使用同一通道。该方案是目前业界比较认可的发展方向，主要依赖增加SAN的虚拟化设备来实现，在存储和主机(或者准确地说光纤交换机)之间形成虚拟层，将存储区域网络上的各种品牌的磁盘阵列整合成可管理的存储池，在存储池中按需建立存储虚拟卷，并将这些虚拟卷授权分配给存储网络上的服务器，达到充分利用存储容量、集中管理存储、降低存储成本的目的。代表产品为带内产品的IBM的SVC，LSI的StoreAge SVM等，但目前这个市场上，IBM的产品已经处于垄断地位。
2 存储虚拟化技术的实际价值
对于存储虚拟化技术的实际价值，各个厂商论述不同，下面仅谈谈作者的实际感受：
(1)可以有效控制存储容量增长，提高存储资源利用率。
利用VMware的VMFS存储虚拟化技术，我们实现了3台存储的整合，共为120套系统分配了多达30TB的空间，并实现了存储分级。采用存储虚拟化精简配置，分配容量远远超过了存储真实裸容量，达到24TB，而实际目前只用了8TB，避免了很大浪费。如果不采用此技术实际购买物理存储，就需要更多的投资，管理起来也更复杂。
利用IBM的PowerVM的存储虚拟化技术，我们实现了3台存储的整合，供60套系统使用。
随着2011年底我们试验云项目的启动，已开始正式使用IBM SVC存储虚拟化技术，在更大范围内整合IBMDS4000存储EMC、HDS、UIT等各家存储厂商的存储，并提高更深层次的存储虚拟化。同样利用精简配置，一套小型机的系统环境节省的空间可高达70％以上。
(2)大大增加存储灵活性，原有应用程序不用修改就可以实现老存储至新存储整合迁移。利用VMware公司提供的vmotion工具，我们实现了1台老的H3C存储平滑迁移到1台新的UIT存储上。
同时，也利用了IBM的PowerVM技术完成了从老的富士通阵列向新的IBM存储的整合迁移。
而最新的SVC使用过程中，我们顺利实现一个操作系统的一个磁盘跨越3个阵列的镜像，而无需系统层面做任何镜像，看到的和原来一个磁盘没有区别，大大降低业界长久以来为了实现存储本地高可用性的技术复杂度。
可喜的是，在这些迁移和整合过程中，应用程序未做任何变更，甚至在大部分场景下用户业务无需中断。
(3)简化存储的部署、管理。
利用存储虚拟化技术，对于不同厂商的存储，除了初期的部署，日常存储的管理有了统一的管理平台。对于日常系统管理人员来说，基本上不再需要了解具体存储的存放位置、管理界面等等。
3 存储虚拟化技术的适用场景
对于目前的存储虚拟化技术，存在以下实际情况：
(1)实现成本较高。
不论是IBM的PowerVM，还是VMware或VERITAS，或是IBM SVC，都不是免费的午餐。该技术本身的采购成本会比较高。
(2)对性能不一定有很大提升。
由于多了中间层，一般情况下某些大量读写下，对性能有转换的损耗，能否由于存储虚拟化设备cache的增大而提升中低端阵列的性能，需要根据应用的特点具体分析和验证。由于精简配置之类的优点，对性能的损失更是需要注意的。
(3)还没有形成标准。
虽然随着越来越多厂商的推动，尤其是云计算的兴起，存储虚拟化技术发展更迅速，但实际上目前仍然没有真正形成业界的标准，实施时的某项技术后不能排除这样的现象：运行几年后，该技术分支的没落，设备出了问题时找不到技术支持。基于以上三点，以下场景，可推荐使用存储虚拟化技术：
(1)数据中心的存储数量种类多、数量多，以中低端存储为主，至少5台以上。
(2)数据中心的大多数环境用途以非核心业务环境为主，灵活性和管理便利性远大于性能的需求。
(3)数据中心大多数环境的存储的I／O负荷一般很低。
(4)数据中心大多数环境的存储使用负载有各自不同的时间周期，负载高峰不会同时到来。
(5)环境存储厂商种类较多，希望简化管理。
(6)存储设备逐步老化，但其运行的应用软件无法修改仍需继续使用。
(7)系统环境申请时很难预估今后的容量变化或者不适合在线扩充容量，希望精简管理。
(8)分配的项目环境生命周期短，数量多，申请、撤消变化快。
(9)系统运维人员有足够的技术实力消化或有经济能力购买厂商的支持实施老存储的整合。
(10)有较强的技术实力处理存储虚拟化技术产生的管理问题。
不难发现，对于开发测试环境、学习试验环境、边缘非核心系统、云计算数据中心，存储虚拟化技术有着天然的优势。对于规模较大的企业，上述环境需求较多时，可以实施该技术。
此外，对于有实力实施高可用性方案的企业，又有如上述第6点所述的特殊需求，也是一个较好的选择。比如银行、实施托管机房的企业等等。
除了少数特殊场景，截至目前，对于大多数企业级的高性能核心应用，还是建议采用传统方式，我们暂时不推荐使用该技术，但据分析和观察，这样的核心系统在整个企业里的比例正在快速缩小，应该已经低于20％。
4 存储虚拟化技术的实施成本
对于IBM的PowerVM技术，高端机型是免费赠送，中低端机型需要购买，但价格一般占机器的5％以下。对于IBM的UNIX刀片服务器，也免费赠送。
对于VMware，价格就相当可观了，加上必备的VMware软件，据称相当于一台服务器本身50％的价格，当然一方面本身涵盖了服务器虚拟化的功能，另一方面随着业界竞争的激烈，相信价格应该还会逐步下降；此外ESXi的免费版本已可以实施基本的VMFS的存储虚拟化的功能。
作为SAN层虚拟化的代表，IBM的SVC和最新推出的V7000系列已对外宣传为云存储的主打产品，价格和中低端阵列的成本相当。
其次，由于存储虚拟化技术的实施、管理、维护都是一个新的技术，也增加了相应的复杂度，相应带来的成本也需要考虑。
总的来说，目前由于存储虚拟化的相关软硬件实施技术价格不菲，企业想使用该技术需要相当多的经济投入。当然IBM的UNIX刀片服务是特例，但前提是要有刀片中心。
5 存储虚拟化技术的适用时机
目前存储虚拟化技术已趋于成熟，对于新技术较为敏感和有实力的企业，如果想分享存储虚拟化技术带来的好处，时机已经成熟。
对于IBM的PowerVM存储虚拟化技术，真正全面应用是从power5系列机器开始的，2005年对这一技术进行研究，到2007年5月在某大型企业经营管理系统开发测试平台中正式购买安装，标志着存储虚拟化技术已可以开始企业级应用。
对于Vmware，随着大量硬件厂商的支持，市面上新购买的x86服务器大都可以使用。从很早就有的Vmware虚拟机(Vmware Workstation)，到现在Vshpere的ESX server，不可同日而语。基于和EMC、DELL的合作，目前我们在内部的试验测试环境使用，效果良好。实际上，有相当数量的银行在实施Vmware的服务器虚拟化的同时也已经实施了Vmware的存储虚拟化。
对于IBM的SVC，早在2008年就开始跟踪研究，从当时不太稳定的SVC4版的长期测试到现在的SVC6实施，经过8年磨一剑，该产品已基本趋于稳定，可以适于企业级应用。事实上，今年IBM的SVC系列在国内的销售成爆发性增长，也强有力地证实了我们的观点。而我们从实验室验证并公司白用了2年后，正逐步工程实施推广，并获得了多项云计算存储相关的技术方案和发明专利。
6 存储虚拟化技术的展望
随着越来越多的云计算厂商特别是开源服务商Google、Amazon、Redhat、Cloudrea等公司的加入，尤其是开放源码的云计算存储技术hadoop的出现，存储虚拟化技术仍然在快速发展中，我们认为未来将会有以下变化：
(1)逐步从专业化向标准化转变。即目前各个厂商互不兼容的现象将逐步消失，中低端存储领域的速度会远远快于高端存储。
(2)成本逐步下降，乃至免费。开源的云存储技术的出现，将迫使IBM、EMC、Vmware、NetApp等主流厂商调低软硬件本身的价格，而采取服务收费等方式获取利润。
(3)应用范围加速扩大。上述两点问题的解决将促使越来越多的企业运用该技术。
7 结语
通过以上论述，我们不难理解，虽然目前存储虚拟化技术非常火热，但企业应用尤其是国内企业其实还非常有限。但我们也同样不难预见，该技术在企业的应用将越来越广泛。对于该技术的掌握和方案的形成及实施，也是一个IT企业技术实力的体现。
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本文标题：企业云计算的基石之存储虚拟化技术及其企业应用的探讨
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