【云盘算底子知识3】存储虚拟化

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一、存储虚拟化介绍

引入：虚拟机的存储资源从何而来？上层虚拟机如何使用？
   存储虚拟化就是将多个存储介质(如硬盘、RAID)通过肯定技术会合起来，构成一个存储池(Storage Pool)并举行同一管理。从主机或工作站角度，看到的就不是多个硬盘，而是分区或是卷，就好像是一个超大容量(≥1TB)的硬盘。
这种可以将多个、多种存储设备同一管理起来，为用户提供大容量、高数据传输性能的存储系统，就称为虚拟存储。
  

• 作用
  

(1) 提高硬件资源的使用率
(2) 简化系统管理的复杂程度
(3) 加强云存储平台的可靠性(备份等功能)

• 云盘算存储模子概念
  

(1) 存储资源：表现现实的物理设备。eg. DAS(直连存储)、NAS(网络附加存储)、SAN(存储地区网络)等。
(2) 存储设备：存储资源中的管理单元。eg. 本地磁盘(<=>DAS)、LUN(逻辑单元号)(<=>SAN)、Storage存储池、NAS共享目录(<=>NAS)等。
(3) 数据存储：虚拟化平台中可管理的逻辑存储单元，承载了虚拟机业务。eg. 创建磁盘。
存储资源包罗存储设备，一般一个存储设备对应一个数据存储，通过数据存储分别资源给虚拟机使用。

• 云盘算存储模子
  

存储资源 --> 存储设备 --> 数据存储 --> 卷 --> 虚拟机使用。

• 使用虚拟存储流程(如何创建模子？)
  

(1) 主机软件界面添加存储资源(SAN/DAS/NAS等)，对主机的启动举行设置；
(2) 主机关联存储资源后，举行扫描存储设备(本地磁盘/LUN等)(存储资源中有多个存储设备)，将具体的设备扫描到主机上；
(3) 主机选择存储设备，举行数据存储的添加，并举行虚拟化；
(4) 对虚拟化好的数据存储举行创建卷等操作。
二、常见存储类型

• 本地磁盘
  

   云盘算虚拟化场景下的本地磁盘是指使用服务器本地的磁盘资源，经过RAID(磁盘阵列)化后提供给虚拟化平台使用。
  

特点：
① 使用方便，即插即用；
② 无共享框架；
③ 对跨服务器来说，没有备份、冗余机制。

• DAS直连式存储
  

   DAS(Direct-Attached Storage)：一个存储设备与使用存储空间的服务器直接相连的架构。DAS为服务器提供块级存储服务。
  企业常见使用

特点：
① 多个磁盘合并成一个逻辑磁盘，满意海量存储需求；
② 可实现应用数据和操作系统分离(本地磁盘方式中，OS和存储不分离，都在服务器上)，当服务器损坏，存储的信息不丢失；
③ 能提高存取性能；
④ 实行简单；
⑤ 服务器故障时，数据不可访问(但仍存在没丢失)。

• NAS网络附加存储
  

   NAS(Network-Attached Storage)：将分布、独立的数据举行整合、会合化管理，以便对差别主机和应用服务器举行访问的技术。NAS将存储设备毗连到现有的网络上来提供数据和文件服务。
  

特点：
① 支持快照等高级特性；
② 会合存储(将磁盘阵列会合起来，屏蔽底层复杂性)；
③ 提供安全集成环境(用户认证和授权)；
④ 传输速率低(安全集成环境，要认证 + 文件OS存在)；
⑤ 前期安装和设备成本较高。

• SAN存储地区网络
  

   SAN(Storage Area Networks)：是一种高速的、专门用于存储操作的网络，通常独立于盘算机局域网(LAN)，提供在主机和存储系统之间的数据传输，网络内部数据传输的速率快(常见架构有FC SAN、IP SAN)。
  

特点：
① 存储容量利用率高；
② 兼容性高(∵连到网络上，屏蔽了底层的复杂性)；
③ 传输距离远；
④ 高带宽(光纤)；
⑤ 主机、存储设备可以独立扩展(连上网络上就行)；
⑥ 成本高、复杂。
三、存储模式

• 非虚拟化存储
  

   传统的存储模式，就是将磁盘分区，分割成差别的卷(相当于电脑的分盘)，每一逻辑卷可以给到虚拟机举利用用。(一般不用)
  

特点：
① 性能好(∵ 没经过虚拟化，不必要有中间的VMM，VM直接读写在磁盘上)、速度快、效率高；
② 支持的存储功能少(不支持快照、精简设置等，∵ 没经过存储虚拟化)。

• 虚拟化存储
  

   将差别的存储设备、磁盘举行格式化(格式化的目的是屏蔽底层存储设备的能力、接口协议等的差异性)，将各种存储资源转化为同一管理的数据存储资源。(使用的最多)
  

特点：
① 支持多种存储功能(快照、精简磁盘、磁盘扩容、存储热迁移等)；
② 性能不高(不如非虚拟化存储，∵ 不是直接访问存储设备，必要经过中间层)。

• 裸设备映射
  

   将磁盘直接给虚拟机使用，让虚拟机直接处理调用存储的命令(直接访问磁盘)，中间虚拟化层不在对其举行干预(卷都不用创建)。(非虚拟化也不用中间层干预，但还是必要创建卷)
  

特点：
① 速度最快、性能最好(三种模式之间)；
② 支持的存储功能少，仅支持部分操作系统的虚拟机使用；
③ 数据存储只能整块当作裸设备映射的磁盘使用，不可分割。
四、存储虚拟化实现方式

• 基于主机的存储虚拟化
  

   针对单个主机(集群)访问多个磁盘阵列。虚拟化的工作通过特定的软件，在主机服务器上完成，经过虚拟化的存储空间可以跨越多个异构的磁盘阵列。
  

最大的长处：久经磨练的稳固性 + 对异构存储系统的开放性(兼容性)。
缺点：软件运行于主机上 --> 应用开销大，占用系统资源，降低系统性能；存在OS与软件间的兼容性问题；主机升级、维护、扩展复杂，易造成系统不稳固。
方式：从与主机毗连的存储上创建虚拟卷。

• 基于设备的存储虚拟化
  

   针对多个主机服务器访问同一磁盘阵列。虚拟化的工作是在阵列控制器上完成，将一个阵列上的存储容量分别为多个存储空间(LUN)，供差别主机访问使用。
这种技术主要用在同一存储设备内部。举行数据掩护和数据迁移。
  

优势：与主机无关，不占用主机资源，数据管理功能丰富。
软件运行于存储设备中专门的嵌入式系统上(而不是像上一种安装在主机中)，因此主机效率提高；同时必要一个专门的嵌入式系统，因此磁盘阵列在前期使用时必要专门制定嵌入式系统，因此设备的提供很麻麻烦，一般只能实现对本设备存储的一个虚拟化，差别厂商不能互相操作；多套存储设备必要多套的数据管理，多套嵌入式系统，成本高。
从与SAN毗连的存储上创建虚拟卷。(DAS\NAS实现不了)

• 基于网络的存储虚拟化
  

   针对于多台服务器/多个集群访问过个存储设备。通过在存储局域网(SAN)中添加虚拟化引擎实现。主要用于异构存储系统的整合和同一数据管理。(使用最多)
  

优势：与主机无关，不占用主机资源(软件没安装在主机上)；支持异构主机、异构存储设备(兼容性好)；能使差别存储设备的数据管理功能同一；同一管理平台，可扩展性好。
软件运行于存储网络中的磁盘阵列上(创建之初在磁盘阵列上安装虚拟化引擎)。
从与磁盘阵列毗连的存储设备上创建虚拟卷。
五、存储虚拟化功能

• 精简磁盘和空间回收
  

   精简磁盘和空间回收用于提高存储资源的使用效率，淘汰虚拟机未使用空间在主机上占用率过大的问题。
  

特点：
① 用户用多少空间分配多少空间(主动分配)；
② 空间回收可以将用户删除的数据空间释放回数据存储中。
实用场景：
实用于运行初期。运行初期分配资源给用户，用户使用率低的情况下，就能降低维护成本、投资成本，存储设备只保存有效数据，不保存预留空间，提高资源利用率。
虚拟机的创建可以选择磁盘精简模式，提高磁盘使用率，增长虚拟机的摆设密度。

• 快照
  

   指定命据集合的一个完全可用拷贝，该拷贝包罗相应数据在某个时间点(拷贝开始的时间点)的映像。快照可以是其所表现的数据的一个副本，也可以是数据的一个复成品。快照的作用就是能够举行在线数据备份与规复。
  说白了就是当前某个时候虚拟机的一个状态。
eg. 当虚拟机发生故障或文件损坏时，可以举行在线的快速规复，以快照模式，规复到之前某个可用的时间点状态。比如昨天使用了快照存储了昨天状态，今天想规复到昨天谁人状态使用快照。
特性：
① 记录了虚拟机在某一时间点的内容和状态；
② 规复虚拟机快照可以使虚拟机多次快速规复到某一时间点；
③ 快照内容包罗磁盘内容、虚拟机设置信息、内存数据；
④ 多次快照之间保存差量数据，节约存储空间。

• 快照方式
  

创建快照时会生成一个新的差分卷，虚拟机遇挂载这个差分卷作为磁盘文件。
方式1：ROW写时重定向

方式2：写时拷贝COW

方式3：随机写WA
用的比较少，随即用哪个磁盘
快照实用场景：在举行一些高危操作之前(系统补丁、升级)使用快照，防止崩掉没法。

• 快照链
  

   对虚拟机举行多次快照操作，这些多次的快照操作形成快照链。
  虚拟卷始终挂载在快照链的最末了。

作用：多次快照后想规复到之前恣意一次快照的内容(读档)，就通过快照链实现。
华为的快照链一般长度不超过32.

• 链接克隆
  

   将原卷和差分卷组合映射为一个链接克隆卷，给虚拟机使用。通过链接克隆，可以轻松地为差别任务创造一个独立的虚拟机。
  一个链接克隆卷必要和原始虚拟机共享同一虚拟磁盘文件。采取共享磁盘文件收缩了创建克隆虚拟机的时间，同时节省了物理磁盘空间。

举个例子：公司使用桌面云，两个部分(财务部和保安部)使用的软件有相同的有差别的，将相同的放到源卷中，差别的放在各自的差分卷中，节省云空间，生成链接克隆卷供各部分使用。
实用场景：快速批量的摆设虚拟机。

• 虚拟机虚拟磁盘文件迁移
  

   将虚拟机的磁盘从一个数据存储迁移到另一个数据存储。可以将虚拟机的全部磁盘团体迁移，也可以单个磁盘分别迁移，虚拟机的快照可以一起迁移。虚拟机开启大概关闭时都可以迁移。
  

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