虚拟化在IT界已经不是什么新鲜事物，随着硬件性能的飞速提升，信息业务的不断增长，企业用户对部署IT 基础设施的灵活性和可管理性也提出了更高的要求，传统的以硬件服务器主机为单位的架构已经无法满足新的需求，越来越多的企业数据中心已经将核心的信息化系统从原来的机架式服务器或者小机中迁移到X86 架构的服务器虚拟化环境中，既增加了灵活性，又节省了大笔维护费用。服务器虚拟化为数据中带来了革命性的变革，以此为中心向上衍生出了“云”,向下则催生了软件定义网络（Software Defined Network,SDN），并造就了存储虚拟化的凤凰涅磐。
在百度百科中对存储虚拟化作了定义：“ 存储虚拟化（Storage Virtualization）最通俗的理解就是对存储硬件资源进行抽象化表现。通过将一个（或多个）目标（Target）服务或功能与其他附加的功能集成，统一提供有用的全面功能服务。典型的虚拟化包括如下一些情况：屏蔽系统的复杂性，增加或集成新的功能，仿真、整合或分解现有的服务功能等。虚拟化是作用在一个或者多个实体上的，而这些实体则是用来提供存储资源或/ 及服务的。”这个定义从文字上很难理解，下面让我们从其产生开始逐步揭开它的面纱。
1.存储虚拟化的产生
最早的存储虚拟化技术是逻辑卷管理器（LVM），由IBM 开发，在AIX 系统上运行，OS/2 操作系统与HP-UX 也支持这个功能。在1998 年，Heinz Mauelshagen 根据在HP-UX 上的LVM,写出第一个Linux 版本的LVM.使用LVM 可以抽象主机的存储空间，并且可以很容易的更改“虚拟分区”.使用LVM 可以比正常的硬盘分区更容易的管理硬盘分区（逻辑卷）。例如：
1）使用卷组（VG），使众多硬盘空间看起来像一个大硬盘。
2）使用逻辑卷（LV），可以创建跨越众多硬盘空间的分区。
3）可以根据需要，对分区（LV）和硬盘空间（VG）进行创建、删除、调整大小等操作。
虽然没有明确提出“虚拟化”这个概念，但实际上LVM 已经具备了“虚拟化”的特征，将多个磁盘集成起来，统一提供空间划分、RAID 以及空间调整等高级的功能。
早先的存储厂商并没有提出存储虚拟化的概念，因为当时基于RAID 的磁盘阵列柜无论是从容量还是性能上都能够满足大多数应用的需求。随着网络技术的产生和发展，用户对存储设备的需求也不再停滞不前，尤其是在容量和性能方面都对当时的存储厂商提出了苛刻的要求。于是，存储领域的“虚拟化”技术出现了，典型的产品是EVA 系列，采用了VDISK 技术，此产品最初由DEC 公司开发，后被Compaq 收购，现在是HP 公司的企业级存储产品。
2.存储虚拟化的分类
存储虚拟化有不同的分类方式，这里介绍的是从实现虚拟化的系统层次角度进行的分类。大类分为3种，分别是整合到应用的存储虚拟化、交换架构虚拟化和磁盘阵列虚拟化。磁盘阵列虚拟化中又分为3 种，分别是基于网关、基于数据块和混合型虚拟化。它们之间的划分关系如图1 所示。
图1 存储虚拟化技术的关系图
2.1 整合到应用的存储虚拟化
整合到应用的存储虚拟化就是由操作系统内置的磁盘空间管理组件对连接到服务器的所有存储空间进行统一管理和分配，典型的例子是LVM 技术。虽然整合到应用的存储虚拟化产生的时间最早，但并不代表它已经落伍，相反，在虚拟化和云盛行的今天，反而焕发出新生，最典型的当数分布式文件系统和并发文件系统，其中商用化程度最高的是由vmware 开发的VMFS.VMFS 是vmware 虚拟化架构的核心组件之一，它将底层来自不同存储LUN 的块级存储空间（SAN）整合为可供上层ESX 主机访问的共享存储池，不但为动态资源调配提供了可靠的共享存储资源，而且还能够实现数据的跨LUN 访问，大大提高了虚拟化环境的整体可用性和可靠性。
整合到应用的存储虚拟化由于需要主机参与空间管理，对于单一节点来说，性能会比较差，而且对主机的资源占用比较高，尤其是在虚拟化环境中处理跨卷的迁移时这个劣势由显突出，为了解决这个矛盾，各厂商也采取了开放底层接口的方法，通过存储管理模块直接调用底层存储设备的方式提高性能，减少主机资源占用。在执行跨卷迁移时，存储管理器会直接调用符合上述协议的存储设备，后面的操作都有存储设备自己完成，这样大大降低了主机的资源占用，提高了迁移性能。同时，还可以直接调用存储设备的数据保护功能，如快照和恢复等高级功能，也提高了虚拟环境整体的故障恢复能力。
2.2 交换架构虚拟化
交换架构虚拟化的目的是不改变上层主机和下层存储的架构，而在中间SAN 交换机中对存储卷进行统一管理的虚拟化技术。典型的产品是EMC 的Invista,Invista 利用交换机中增加的专用处理能力，以线速执行虚拟化的基本操作（I/O 重定向）。Invista 是利用SAN 交换机部署基于网络的存储虚拟化。
图2 EMC Invista 示意图
用户通过Invista 对底层的存储进行统一管理，包括划分卷，配置映射等，上层主机看到的是来自Invista 的卷，而非来自存储设备，Invista 则通过IO 重定向功能对主机的IO 访问进行智能分配。
这种方式的优势是IO 性能高，劣势是需要重新配置SAN 网络，当上下两端设备变更时，需要调整SAN 配置，这个过程一方面复杂性较高，另一方面也增加停机次数。总的来说就是灵活性比较差，因此在面市不久就全面退市了。
2.3 磁盘阵列虚拟化
磁盘阵列虚拟化是存储厂商炒的最热存储虚拟化技术，在厂商的全力推动下，市场份额越来越大，开始呈现出全面取代传统存储的趋势。同传统存储相比，磁盘阵列虚拟化产品在容量、性能、功能和可用性方面都有了长足的进步，用户对此也颇为认可。
磁盘阵列虚拟化是不影响服务器和交换机的架构，在存储控制器内部运行的虚拟化引擎。物理磁盘的空间首先被池化处理，统一进行管理和维护；在此基础上，为主机提供一些高级的功能，比如精简配置、分层和精简快照等。
同传统的存储设备相比，磁盘阵列的虚拟化有下列特点。
1）可交付的容量达到PB 级。
2）IO性能得到提升，通过池化处理，IO 能够分布到更多的磁盘中，增加并发能力。
3）提供卷的精简配置。
4）提供精简快照功能，同传统快照相比，空间和处理器的占用率很低。
5）内置远程复制功能，便于实现容灾。
6）管理界面简洁实用，易于使用。
磁盘阵列虚拟化有3 种实现方式，分别是基于网关的存储虚拟化、基于数据块的存储虚拟化和基于盘组的存储虚拟化。这3 种方式各自都有不同的存储厂商提供产品，也各有优缺点，下面对它们分别讨论。
2.3.1 基于网关的存储虚拟化
这种方式是在主机层与存储层之间以带内（In-Band）方式增加一个存储网关层，用于接管原先由主机直接访问的存储卷（LUN）。存储设备先将卷映射给存储网关，存储网关将这些卷根据性能或其他因素整合为存储池，然后再根据主机的需要划分为卷并映射给相应的主机。主机对卷的访问全部通过存储网关执行，由于进行了池化处理，并发性会得到一定的提升。基于网关的存储虚拟化为用户带来的好处如下。
1）整合存储，将不同型号的存储通过存储网关整合到一起，便于统一管理和维护。
2）增加高级功能，存储网关在存储池的基础上能够为主机提供一般存储无法实现的很多高级功能，如精简配置、精简快照、远程复制，甚至应用级容灾等。
由于技术所限，存储网关也有一些不足之处。
1）性能瓶颈，在这种架构中，有两个地方会产生性能瓶颈，一是网关本身，因为所有的IO 都要通过网关才能实现；二是被整合存储中性能最低的存储设备，木桶效应告诉我们，如果所有存储设备的卷都在一个存储池的话，IO 性能会与性能最低的设备持平，从而降低整体性能指标。
2）责任划分不清，出现故障时，由于接入的设备情况比较复杂，会为排除故障造成更多的阻碍，甚至还会发生厂家相互扯皮摆脱责任的情况，不利于迅速解决问题。
图3 基于网关的存储虚拟化架构图
2.3.2 基于盘组的存储虚拟化
这种方式是在存储控制器中先将磁盘组融合为存储池，然后从存储池中为服务器分配和映射卷。
同基于网关的存储虚拟化相比，这种方法的资源消耗比较少，性能相对较高，也能提供高级功能，可以进行分层存储。缺点是无法进行存储整合。
基于盘组的存储虚拟化可以用作生产存储，性能和功能基本满足一般的存储需求。
图4 基于盘组的存储虚拟化架构图
2.3.3 基于数据块的存储虚拟化
这种方式是在存储控制器中，将来自磁盘箱中各个磁盘的物理扇区直接划分到存储池中，然后从存储池中为服务器分配和映射卷。
图5 基于数据块的存储虚拟化
2.3.4 最佳实践
在实际应用过程中，虚拟化架构的选择还需根据实际现状来确定，选择适合的，能够满足需求的才是最好的。
实际当中可以参照下面的原则选型。
1）当规划中的存储空间超过50块硬盘时，就不应购买传统的或者低端存储。
2）如果需要整合很多老存储设备，比如DAS、低端SAN 等，就需要选择基于网关的存储虚拟化产品。
3）如果需要建立新的生产存储，应该考虑选择基于数据块的存储虚拟化产品。
4）如果上面两个条件都满足，应该将整合后的老旧存储用于二线存储，例如测试、开发环境等。
表1 磁盘虚拟化功能对比
3.存储虚拟化的发展
技术创造一切，市场则决定其生死。在未来的发展中整合到应用的存储虚拟化技术将乘着虚拟化的东风破浪前进，而且会更加深入地挖掘和利用底层存储的功能来提高自身的效率。交换架构虚拟化已经成为历史，所有供应商都终止了此类产品的供应。
在磁盘阵列虚拟化中基于盘组的存储虚拟化基本是由一些传统的存储大厂推出的，他们为这个不太先进的架构给予的市场推广力度大的惊人，但用户是聪明的，当他们用过并比较了之后，一定会发现这个庞然大物的玄机。虽然它不会迅速落幕，但走下坡路是肯定的。
基于网关的存储虚拟化虽然无法提供很高的性能和精细优质的功能，但是其独有的整合功能却也是无法替代的。这个架构在未来会在存储整合与数据保护和容灾的道路上走得很远。基于数据块的存储虚拟化由于技术上的先天优势会在主生产存储方面大放异彩，优越的磁盘并发性、精细的分层机制、优化的远程复制能力、高效的存储集群功能将会引领它走向巅峰。
来源：ciotimes
