朱麗霞，李 凡

（1．南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇 南京211000；2．南京基石數(shù)據(jù)技術(shù)有限責(zé)任公司，江蘇 南京210093）

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的推廣應(yīng)用，虛擬化的計(jì)算技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是虛擬化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在技術(shù)上跟虛擬化計(jì)算相比卻沒(méi)有較大的改進(jìn)。為了滿足大規(guī)模的應(yīng)用快速開(kāi)發(fā)和快速部署的需要，所需要的存儲(chǔ)容量在不停地增加，所需的成本也在增加，擴(kuò)展方面面臨新的挑戰(zhàn)，運(yùn)維的復(fù)雜程度不斷增加，無(wú)法滿足SLA服務(wù)等級(jí)協(xié)議的要求。軟件定義存儲(chǔ)技術(shù)的出現(xiàn)，使得存儲(chǔ)的管理簡(jiǎn)單化，降低了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本，并且可以滿足SLA服務(wù)等級(jí)協(xié)議的要求。

1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)面臨的問(wèn)題

目前數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)大部分還是依賴硬件，當(dāng)存儲(chǔ)容量需求增大時(shí)，就要新增更多的存儲(chǔ)硬件，但當(dāng)存儲(chǔ)容量需求減少時(shí)，之前新增的存儲(chǔ)硬件又會(huì)閑置，造成資源浪費(fèi)。對(duì)于臨時(shí)性的容量需求沒(méi)有很好的解決方案。增加新的存儲(chǔ)硬件，意味著投入成本就會(huì)增加。硬件數(shù)量增多后，硬件運(yùn)維管理的復(fù)雜程度也會(huì)增加，造成總體成本不斷增加。即使存儲(chǔ)硬件系統(tǒng)的性能更強(qiáng)，容量更大，但這種方式極不靈活，無(wú)法快速應(yīng)對(duì)需求的變化。

（1）為適應(yīng)SLA要求而進(jìn)行的調(diào)整過(guò)程非常復(fù)雜

存儲(chǔ)硬件的資源調(diào)度和日常管理很不靈活，難以支撐不斷變化的應(yīng)用服務(wù)等級(jí)。數(shù)據(jù)中心在建設(shè)的前期，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大量的規(guī)劃工作，滿足性能和容量的要求，同時(shí)能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用服務(wù)，但這種配置規(guī)劃是靜態(tài)固定的。每當(dāng)有新的應(yīng)用需要存儲(chǔ)空間時(shí)，需要將這些應(yīng)用映射到固定的存儲(chǔ)池中。當(dāng)應(yīng)用需求發(fā)生變化時(shí)，存儲(chǔ)也要隨著發(fā)生改變，虛擬機(jī)可能需要遷移到新的存儲(chǔ)邏輯單元或者卷中。這時(shí)，又需要對(duì)系統(tǒng)重新開(kāi)始進(jìn)行費(fèi)時(shí)費(fèi)力的規(guī)劃，并且投入更多的資金。更加糟糕的是，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，很難對(duì)故障進(jìn)行排查。

（2）總投入成本過(guò)高，擴(kuò)展昂貴

由于存儲(chǔ)調(diào)配的不靈活性，用戶在實(shí)際使用時(shí)會(huì)配置超出實(shí)際需要的存儲(chǔ)量，作為后備資源，這樣存儲(chǔ)的利用率和投資回報(bào)率就會(huì)較低。超出需要的配置會(huì)導(dǎo)致實(shí)際分配的資源無(wú)法盡可能地被利用，同時(shí)剩余的資源不能被有效的重新分配或共享。當(dāng)容量不足時(shí)，用戶只能重新購(gòu)買新的存儲(chǔ)設(shè)備，這也是相當(dāng)大的一部分成本投入。如果需要大規(guī)模的升級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)，需要支付昂貴的升級(jí)費(fèi)用，或者徹底更換新的硬件，結(jié)果就是在不斷重復(fù)的購(gòu)買昂貴設(shè)備。

2 軟件定義存儲(chǔ)

基于軟件定義的存儲(chǔ)技術(shù)會(huì)給數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)帶來(lái)更加經(jīng)濟(jì)和高效率的運(yùn)行和維護(hù)方式。這種創(chuàng)新的方式將改變存儲(chǔ)的分配、調(diào)度和管理。軟件定義存儲(chǔ)從應(yīng)用的角度出發(fā)，不再按照存儲(chǔ)磁盤(pán)陣列的角度。軟件定義存儲(chǔ)和軟件定義的數(shù)據(jù)中心可以實(shí)現(xiàn)更加高效敏捷的環(huán)境，提供高速、易用、經(jīng)濟(jì)的解決方案。

軟件定義存儲(chǔ)的核心理念在于，存儲(chǔ)利用虛擬化的軟件程序來(lái)進(jìn)行管理，主要架構(gòu)分為兩層，虛擬數(shù)據(jù)層和驅(qū)動(dòng)控制層。

（1）虛擬數(shù)據(jù)層，即對(duì)物理存儲(chǔ)資源進(jìn)行虛擬化，將其抽象成一個(gè)邏輯上的存儲(chǔ)池，這個(gè)池為虛擬機(jī)服務(wù)，可以靈活的使用和管理。數(shù)據(jù)層可支持各種類型的存儲(chǔ)設(shè)備，如虛擬磁盤(pán)、磁盤(pán)陣列、老式磁帶、光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)或者其他設(shè)備。在虛擬數(shù)據(jù)層，所有的物理存儲(chǔ)被劃分為虛擬磁盤(pán)，作為系統(tǒng)底層物理基礎(chǔ)架構(gòu)。使用虛擬卷和虛擬SAN，存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)為虛擬數(shù)據(jù)層提供存儲(chǔ)容量、性能、服務(wù)等功能，并且通過(guò)算法自動(dòng)調(diào)配服務(wù)的級(jí)別。

（2）驅(qū)動(dòng)控制層，作為虛擬數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層之間的橋梁，遵循管理上的策略，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理存儲(chǔ)、分配資源的功能。根據(jù)不同應(yīng)用程序的需要，分配不同的容量給應(yīng)用，滿足應(yīng)用程序的性能和數(shù)據(jù)要求，驅(qū)動(dòng)控制層同時(shí)管理各種不同類型的存儲(chǔ)。在驅(qū)動(dòng)控制層，不管是磁盤(pán)陣列、云端存儲(chǔ)還是普通服務(wù)器的存儲(chǔ)，都被視為通用的存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)，驅(qū)動(dòng)控制層采用通用的管理方式。驅(qū)動(dòng)控制層采用管理策略來(lái)定義不同的存儲(chǔ)類別，當(dāng)應(yīng)用的需求發(fā)生變化時(shí)，管理策略也會(huì)隨之更新，驅(qū)動(dòng)管理層自動(dòng)根據(jù)策略來(lái)調(diào)整資源，虛擬機(jī)應(yīng)用方不會(huì)受到任何的中斷。

最后，使用虛擬化管理軟件來(lái)管理所有虛擬機(jī)、應(yīng)用程序、系統(tǒng)資源。存儲(chǔ)功能完全軟件化，管理軟件獲取所有虛擬機(jī)的信息，如CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等信息，管理各個(gè)應(yīng)用程序的運(yùn)行情況，如CPU使用率、內(nèi)存占用率、存儲(chǔ)使用率等。根據(jù)這些信息，虛擬化管理軟件統(tǒng)一調(diào)配存儲(chǔ)資源，在各個(gè)應(yīng)用之間平衡。

3 優(yōu)化思路

軟件定義存儲(chǔ)改變了傳統(tǒng)的存儲(chǔ)管理模式，傳統(tǒng)方式從存儲(chǔ)硬件到上層應(yīng)用，以磁盤(pán)陣列為主，軟件定義存儲(chǔ)以應(yīng)用為主，根據(jù)上層應(yīng)用的需求，選擇適當(dāng)?shù)南聦哟鎯?chǔ)。

按照軟件定義存儲(chǔ)的優(yōu)化思路，首先需要將各種不同類型的存儲(chǔ)虛擬化。要求虛擬存儲(chǔ)提供高性能的存儲(chǔ)，快速的讀寫(xiě)響應(yīng)，可以靈活的進(jìn)行擴(kuò)展。針對(duì)虛擬機(jī)應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)的需求，分析目前已有各種類型的存儲(chǔ)的利用情況，對(duì)已有的資源按照容量、性能、可靠性等指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分，將數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有的各種類型的存儲(chǔ)資源整合成為統(tǒng)一的存儲(chǔ)資源池，以便于虛擬機(jī)的應(yīng)用程序調(diào)用。在混合存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)中，虛擬存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)會(huì)將連接的HDD和SSD統(tǒng)一虛擬化為一個(gè)存儲(chǔ)池，提供分布式的共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將底層的存儲(chǔ)應(yīng)用虛擬化，為用戶的應(yīng)用程序提供軟件定義存儲(chǔ)。普通磁盤(pán)提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，SSD可提供更快速度、更高性能的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

虛擬卷是連接虛擬機(jī)和存儲(chǔ)之間的重要一環(huán)，虛擬卷是軟件定義存儲(chǔ)的基本單元。站在存儲(chǔ)的角度上，所有的操作和策略配置都綁定在虛擬卷上。站在虛擬化軟件的角度上，虛擬卷就是一個(gè)虛擬機(jī)文件，現(xiàn)有的架構(gòu)和流程不變。虛擬卷能夠感知虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)操作，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給存儲(chǔ)執(zhí)行。虛擬卷是一種虛擬磁盤(pán)容器，獨(dú)立于底層的物理存儲(chǔ)，是數(shù)據(jù)管理的基本單元。存儲(chǔ)容器是虛擬存儲(chǔ)池，背后可跨多個(gè)不同類型、不同廠商的存儲(chǔ)設(shè)備，提供虛擬資源管理，訪問(wèn)控制等功能。存儲(chǔ)是獨(dú)立的，與硬件設(shè)備無(wú)關(guān)。開(kāi)發(fā)者還可以在現(xiàn)有存儲(chǔ)功能上進(jìn)行自定義開(kāi)發(fā)，通過(guò)軟件定義的方式，開(kāi)發(fā)更多創(chuàng)新的存儲(chǔ)功能。

4 結(jié) 論

軟件定義存儲(chǔ)提供了高效、快速、經(jīng)濟(jì)的存儲(chǔ)解決方案，將存儲(chǔ)服務(wù)的虛擬化充分利用起來(lái)，對(duì)存儲(chǔ)物理資源進(jìn)行抽象化處理，形成虛擬的存儲(chǔ)池，可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。這種方式整合了資源，全面降低了存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)的成本和運(yùn)維的復(fù)雜程度。隨著軟件定義存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)勢(shì)勢(shì)必會(huì)在未來(lái)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。