漫谈虚拟化07-存储虚拟化基本概念

前面我们介绍了计算虚拟化，这个话题包括 CPU、内存和 I/O 虚拟化三部分内容，今天我们主要针对存储虚拟化来聊一聊。

1 存储虚拟化综述

存储是指根据不同的应用环境，通过采取合理、安全、有效的方式将数据保存到某些介质上并能保证有效的访问。存储也包括两层含义，其一是数据临时或长期驻留的物理媒介；其二是确保数据完整、安全地被保存的方法或行为。

1.1 有关存储的基本概念

1.1.1 存储技术

数据备份越来越受到人们的重视，并成为网络建设过程中必须考虑的内容。网络存储设备根据存储技术的不同，主要分为三类：

（1）直接附加存储 DAS（direct attached storage）：

也称为服务器附加存储 SAS（server attached storage），是指将存储设备通过 SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）线缆或 FC（fiber channel 光纤通道）直接连接到服务器上。DAS 方式实现了机内存储到存储子系统的跨越。下图示意：

DAS 主要使用于服务器在地理分布上很分散，很难在服务器之间通过 NAS 或 SAN 进行互连；存储系统直接连接到应用服务器上；或者是某些应用需要直接连接到存储器上，这些应用包括许多数据库应用、应用服务器、群件（帮助群组协同工作的软件）应用以及一些邮件服务等。

（2）网络附加存储 NAS（network attached storage）

这是一种基于 LAN 的、专业的网络文件存储及文件备份设备。NAS 按照 TCP/IP 协议进行通信，以文件的 I/O 方式进行数据传输；它拥有自己的文件系统，通过网络文件系统NFS（Network File System）或通过 Internet 文件系统 CIFS（common Internet file system）对外提供文件访问服务。下图示意：

NAS 主要适用于在企业或运营商数据中心中以文件形式存放非结构化数据。通常在这种场景下，非结构化数据的数据量呈爆发性增长。

（3）存储区域网络 SAN（storage Area Network）

SAN 是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构，这个网络专用于服务器和存储设备之间的访问。当有数据的存取需求时，数据可以通过 SAN 在服务器和后台存储设备之间告诉传输。SAN 代表的是一种专用于存储的网络架构，与协议和设备类型无关。

下图示意：

据传输方式的不同，SAN 主要有如下两种存储方案：

1）FC SAN：早期的 SAN 采用的是 FC 技术，称为 FC SAN。FC SAN 在20世纪末得到大规模应用。FC SAN 技术较为成熟，且性能较为优异，但存在兼容性差，成本高昂，扩展能力差和异构化严重等问题，在一定程度上限制了其的继续发展。

2）IP SAN：这种方案遵循 IETF 的 iSCSI 标准，通过高速以太网络连接服务器和后端存储系统，将 SCSI 指令和数据块经过高速以太网传输。IP SAN 具有高可靠性、高可扩展性、低成本的特性，在千兆以太网环境下 IP SAN 的数据交换流量性能逊色于 FC SAN。但 IP SAN 发展迅速，其竞争力日益加强。

主流的存储阵列由于同时提供光纤通道接口和普通网线接口，因此能够利用 FC SAN 和 IP SAN 结构与服务器连接。

在应用场景方面，SAN 通常是一个企业的整个计算机网络资源的一部分。SAN 一般与其它计算资源共同实现远程备份和存储。SAN 支持镜像、备份与恢复、存储设备间的数据迁移以及网络中不同服务器间的数据共享等功能。SAN 还可用于合并子网和 NAS 系统。

1.1.2 存储方式

文件存储（NAS）和块存储（DAS，SAN）是比较传统的存储方式。随着数据可扩展性和安全性的要求不断提高，这两种存储方式逐渐不能满足需要。对象存储（OSD）被提出，受到广泛关注，逐渐成为主流的存储方式。

1.1.3 存储接口

常见的存储接口包括 SCSI、iSCSI、SAS、SATA、FC、FCoE 等。

1.1.4 可靠性技术

存储的可靠性技术主要有 RAID、备份、快照、镜像、群集并发存取等。

1.1.5 相关硬件

常用的存储设备主要有磁盘阵列 RAID、存储服务器和 FC 交换机。

1.1.6 几个和存储相关或者与其容易混淆的常见概念

（1）逻辑单元号 LUN（logical unit number）：是对存储设备而言的，是为了使用和描述更多存储设备及对象而引进的一个方法。选择存储设备上的多个硬盘形成一个 RAID组，再在 RAID 组的基础上创建一个或多个 LUN（一般创建一个 LUN）。此时 LUN 相对于存储设备是一个逻辑设备。

（2）卷 VOLUME：是对主机而言的，指磁盘“卷标”。当网络中的主机连接到存储设备时，识别到存储设备上的逻辑设备 LUN。此时 LUN 相对于主机来讲是一个“物理磁盘”，与C盘、D盘所在的硬盘的属性相同。在该“物理硬盘”上创建一个或多个分区，再创建文件系统，才可以得到一个 VOLUME 。此时 VOLUME 相对于主机是一个逻辑设备。

容量大小关系是 VOLUME = 分区 ≤ 主机设备管理器中的磁盘 = LUN ≤ 阵列RAID ≤ 存储设备中硬盘的总容量。

（3）块block：是创建一个阵列 RAID 时设置的，RAID 控制器每次读写数据时的最小单位。块是存储设备上与 RAID 相关的概念。

（4）簇：是创建文件系统时设置的，每次读写数据时的最小单位，簇是主机上与文件系统相关的概念。

以上这些基本概念，各位小伙伴可以根据自己的情况，自行搜索相关知识点进一步学习^^

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