基于虚拟化的高校数据中心异构存储策略研究及实践

施泽全

【摘要】 高校大量数字资源的建设致存储系统越来越庞大，渐渐形成存储系统孤岛或不同系统存储余量的极度不均衡现象。通过IBM SVC建立虚拟存储系统，将充分利用现有的不同品牌的存储系统资源，并实现了存储系统的动态扩展，对现有数字校园升级改造有较强的现实意义。

【关键词】 数据中心 异构存储 数字资源 虚拟存储

引言

随着高校数字校园应用平台覆盖面越来越宽，数据量也越来越大，使高校数据中心不得不面对存储系统需要经常扩容的问题。以下画面可能是数据中心管理者经常面对的场景：需要新增一门或多门教学资源库，又需要额外申请资源库建设服务器和存储建设经费；而新购置的存储系统与原有系统并非同一品牌，甚至与服务器品牌也不一致，致系统稳定性降低……。这些信息表明，数据中心存储如何满足呈指数增长的数据管理的需要、如何实现不同存储平台之间的数据共享成为数据中心亟待解决的问题。

一、当前高校数据中心存储问题分析

高校的数据中心存储设备通常是根据业务系统的需要分批次进行建设，并在购置应用系统时购置相应的存储设备，从而形成了一套业务系统一套存储的现状。但在实际应用中，从存储的性能分析和有效利用上来讲，这种一套业务一套存储的方式造成了极大的存储资源和资金浪费。另一方面，对于高校而言，数据中心建立时间越长，遇到存储相关的问题越多。其中主要表现为以下方面：

随着应用系统的增加，尤其是OLTP业务的数据库的应用增加，数据中心需要更大I/O吞吐量的存储系统。随之带来的是，由于新建立的存储系统与原有的存储系统存储在接口和速度等方面的兼容性问题，而造成原有投资的浪费，导致数据中心总体成本不断攀升。

另一方面，在进行存储扩充的时候，存储的品牌也成为重要的考虑因素。在进行存储扩充的时候，扩充方案较大程度地依赖于原有存储与服务器的品牌，而导致后期的方案选择、成本预算等灵活性大为降低。

存储虚拟化是解决以上问题的有效办法。

二、存储虚拟化概念及其基本结构

1） 存储虚拟化概念

SNIA（存储网络工业协会）对存储虚拟化的定为：通过对存储系统或存储服务器的内部功能进行抽象、隐藏或隔离，使存储或数据的管理与应用、服务器、网络资源的管理分离，从而实现应用和网络的独立管理。从以上概念来看，存储虚拟化的本质是将物理的存储资源进行了逻辑化和抽象化，将应用系统对物理存储设备数据的访问变成了对逻辑设备的访问。这样从根本上避开了不同存储设备接口的差异性与管理系统的差异性，屏蔽了不同存储设备间的不同物理特性，并将其统一成虚拟逻辑设备，使管理和应用上更为方便，并为存储设备的动态扩展提供了可能。

2） 虚拟存储基本结构

虚拟存储通常由四级构成，即物理存储层、虚拟存储控制层、虚拟磁盘层和服务器层，如图1所示。

物理存储层处于最低层，也即为物理存储系统。此系统可以为不同品牌提供的存储系统，也可以为采用不同存储技术（如RAID10，RAID5等）的存储系统。

虚拟存储控制层由软、硬件构成，其虚拟存储软件运行于集群式的硬件引擎上，并采用工业标准的HBA卡与SAN网络接口相连以实现快速数据交换，并将存储控制层设计为一个完全开放的环境，以兼容各种不同的存储设备。在实际应用中可以将各种存储方案融合其中，从而实现了存储性能和存储容量方面平滑无缝的升级。

虚拟磁盘层通过软件或硬件将实体存储单元映射为虚拟磁盘并提供给服务器使用。实体存储系统中的一个或多个存储单元被映射为SVC内部的存储单元MDisk（Managed Disk），一个或多个Mdisk被虚拟化为1个存储池（称为MDG）， MDG根据一定的分配策略（如Striped、Image或Sequential）分配虚拟的存储单元，称为VDisk（Virtual Disk）。虚拟磁盘即作为应用系统或服务器的直接存储单元。

三、虚拟存储方案及实施

不同的虚拟存储方案，其实现和实施过程稍有不同。下面以IBM SVC（SAN Volume Controller）虚拟存储系统的实施过程为例，说明虚拟存储系统的实现过程：

1）了解IBM SVC

IBM SVC是一套软硬件集成化的产品，专业的虚拟存储软件运行在集群式的硬件引擎上。硬件上，SVC与SAN网络接口通过工业标准的HBA卡相连接；软件上，系统使用了定制的IBM System x服务器，其操作系统基于Linux kernel，大大提高了易用性和可管理性。由于SVC是为一个完全开放的存储环境设计的，故兼容各种不同的存储设备，可以将多种存储方案融入系统。其灵活开放的体系结构和易于实施、易于在性能和容量双向发展的特点，使基于IBM SVC为基础的虚拟存储方案实施具有较强的优势。

2） 检查SVC的兼容性

IBM SVC兼容性非常广，但并非所有的设备都支持，故在安装之前需要检查操作系统与存储系统的兼容性。

操作系统上，IBM SVC支持Windows系统、Linux、Sun Solaris、Hewlett Packard HP-UX等操作系统。

硬件上，SVC可以支持包括IBM和非IBM在内的120多中磁盘存储系统，包括了IBM、EMC、HP、HDS、Sun、Dell、NetApp、Fujitsu、NEC、Bull等厂家的存储系统。

3） 检查安装空间与不间断电源是否符合安装需求。

BM SVC必须要一个19英寸安装机柜，至少需要一对SVC节点单元；需要准备一个不间断电源，最好同时提供一个冗余的不间断电源。

4） 完成硬件连接规划图

IBM SVC管理器设备与存储交换机可直接相连，并不需要对存储系统现有拓扑结构作大的改动。其拓扑结构图如图2所示。

5） 进行硬件安装及物理线路连接。将IBM SVC安装到预定的机架上，并用光纤将IBM SVC控制器接入到存储交换机上。

6） 在光纤交换机上设置Zone。主機Zone应该包含主机和SVC，存储Zone应该包含SVC的所有端口和存储的所有端口。

7）查找存储系统，发现新的Mdisk，创建Mdisk组并且选择组成该组的mdisk。

8）创建Vdisk，并选择Vdisk的创建方式。通常可选用Strip方式，这样Vdisk将架构在多块Mdisk上，能提供比较好的性能。

9） 格式化Vdisk，此时该Vdisk在格式化完成后将转变为online状态。并可被使用。如果立刻要使用该Vdisk，可以不选择格式化。

10）卸载各服务器上原有的对应厂商使用多路径软件，装IBM专门的系统存储多路子系统设备驱动程序（SDD，IBM System Storage Multipath Subsystem Device Driver）。

11）重新启动IBM SVC，系统即进入正常使用状态。

四、结语

通过虚拟存储的建立和实施，可以将现有的不同品牌、不同时期的存储系统整合成一个存储系统，不仅方便了管理，更有利于充分利用现有存储资源。同时，整合了现有的存储资源，完全避免了分散存储存在的不同存储资源利用率严重不均衡的现状。虚拟存储的灵活性也为今后存储系统的扩展提供了自由度。由于实施了虚拟存储，在需要扩充存储时，不再受原有存储品牌、类型等限制，为扩充存储的选购留下了空间。同时在存储的性能和可靠性等方面也有一定的提升。虚拟存储的特性决定了其使用的广泛性。在需要的时候，实现异地备份容灾、存储快照、断电恢复等将变得更为容易。

参 考 文 献

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