理论研究漫谈云计算IT基础设施04-存储虚拟化

Posted 2020-11-27

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存储虚拟化的概念也是一个发展的过程。

在实现了计算虚拟化与网络虚拟化的时期，存储其实还未完成彻底的虚拟化，但是由于计算与网络都已经被叫上虚拟化了，所以存储也不得不借虚拟化的概念热炒一波。

因此在当时，以IBM SVC为首的一批名为虚拟化存储网关（如EMC VPLEX、华为Oceanstor VIS 6000）的设备，承担了存储虚拟化的名头。

01-存储虚拟化网关

如前面文章所说，存储这东西非常讨厌，不像x86服务器，资源不够了，可以直接scaleout扩容，只要往计算的资源池里面加入新的x86服务器，然后做负载均衡/集群等方式，就可以把它们整合起来了。

而磁盘阵列的扩容受以下几个因素限制：

1、同品牌限制：

例如你的IBM DS5300磁盘阵列空间不够了，但是你的华为OceanStor 5300V3还有很多空余的磁盘空间/磁盘扩展柜，不好意思，你是不能将华为OceanStor 5300V3的磁盘空间/磁盘扩展柜加入到DS5300给它进行扩容的。因此一旦你选定买了一个品牌的存储，通常只能被品牌绑定，一直扩容购买该品牌的设备了。

2、同品牌不同系列限制：

例如IBM的DS系列（DS5000）与V系列（V7000），由于后者是收购回来的，所以管理平台与某些技术都不一样，无法统一使用。

3、控制器的性能

每款磁盘阵列都会有控制器，而控制器的性能，决定了该款磁盘阵列最大可扩展硬盘数与最大可连接磁盘扩展柜数。因此单套存储的容量与性能，并不是可以无限扩展的，一旦到了瓶颈，就只能新购一套磁盘阵列。

存储不同服务器，是不能做集群来整合资源的，一旦新增1套存储，意味着在服务器层面看到的是一个新的卷，挂载到操作系统里面格式化的是另外一个逻辑硬盘。因此就需要在业务系统软件层面改代码，修改业务逻辑，考虑如何将不同的数据拆分到两块不同的区域（逻辑硬盘）里面存储，非常麻烦，改动非常大，风险非常高。

因此，一旦磁盘阵列达到最大的可扩容容量/最大的性能瓶颈后，一般都不会选择增加1套存储，然后修改业务代码，将数据拆分到2套设备上存储，而是选用新购一套更高端型号的存储，将上限往上提升，然后将数据整体迁移到新存储，修改代码往新存储上面读写数据。

上述操作，迁移数据需要很长的时间（视数据量而定），而且要停机进行切换，风险也非常高，而且虽然上限往上提升了，但是天花板依然是存在的，随着业务发展，一旦达到天花板了，有需要再次更换更高端的设备，无限往复轮回。

为解决上述3个问题，厂商们推出了存储虚拟化网关的产品。存储虚拟化网关是一台台独立的物理设备，但是需要购买容量许可，才能激活存储网关能够管理的存储上限容量。

存储虚拟化网关可以实现将不同品牌的存储资源整合，然后再通过软件将每一套存储的逻辑卷再次组成一个新的逻辑卷，然后再对服务器们提供服务。

在服务器层面，没有任何感知，与平常使用传统的磁盘阵列的逻辑卷是一样的使用方式，看到通过SVC逻辑化后的逻辑卷，挂载，格式化，然后使用，完全不用管到底资源是来自那一套存储的（实际上一个逻辑卷的资源，可能是跨了几套磁盘阵列的资源组成的）。

通过存储虚拟化网关，就能盘活现有的存储资源，将现网低、中、高端、跨系列、跨品牌的设备资源整合成一个存储资源池，然后对服务器提供服务。另外由于解决了扩品牌扩系列整合的问题，当单套容量/性能达到瓶颈，也可以通过新购新的磁盘阵列，加入到虚拟化存储资源池，达到不修改业务代码，扩容存储空间。

02-软件定义存储（SDS）

随着云计算的继续发展，终于出现了真正的存储虚拟化，就是后来出现的软件定义存储（SDS）。软件定义存储，广义上来说，只要是通过软件的方式来构建存储，而不是依赖于传统专用存储硬件（磁盘阵列）来提供存储服务，就是软件定义存储。

例如我们使用Windows Server自带的ISCSI存储功能，划出一部分硬盘空间构建一个虚拟ISCSI磁盘VHD，然后其他服务器通过ISCSI协议连接这块VHD磁盘，然后挂载与格式化文件系统使用。

又例如Linux使用openfiler直接将本地磁盘虚拟出一块ISCSI磁盘。这些都是通过软件的方式，将磁盘空间虚拟化为一个裸磁盘，对外提供存储服务，这些都是非分布式的软件定义存储。

而其他像Ceph，VSAN等通过分布式存储软件，部署在多台分散的x86服务器上面。而这些用来做分布式存储的服务器，通常单台设计成具备多块硬盘插槽，并且可以插入大容量的磁盘（如1TB~4TB）。分布式存储软件将多台x86的磁盘空间进行整合，并且对外提供统一的存储服务，这些是云计算时代的软件定义存储（分布式的软件定义存储）。

此外，软件定义存储与分布式存储，两者之间并没有必然的关系。如上所述，软件定义存储可能是分布式的，也可能是非分布式的。

而分布式存储，也不一定就是软件定义存储，除了分布式软件+x86服务器这种形式，像DELL EQL磁盘阵列，多套的磁盘阵列（如EQL6210E-24块SATA盘），每套有单独的控制柜+硬盘扩展柜，但是却能够通过统一的管理平台，将多套磁盘阵列加入统一的存储池，然后从存储池里面划分逻辑卷，逻辑卷实际的空间其实是横跨多套物理磁盘阵列的，从某种意义上，这种也算是分布式存储的一种。

随着软件定义存储的发展，像VMware的VSAN，能够在一般的分布式存储软件的基础上，为虚拟化环境添加更多的适配与功能。

VSAN能够通过软件做到策略驱动，能够通过对不同的逻辑卷设置不同的存储策略（例如设置多副本数量、IOPS上限限制等），只要部署在这个逻辑卷上的虚拟机，都会受到该存储策略的影响。而一旦虚拟机从这个逻辑卷迁移到另外的逻辑卷上，就会受另外的逻辑卷的存储策略管制，能够实现真正名副其实的“软件定义”存储。

03-超融合设备的兴起

随着软件定义存储的发展，存储（磁盘阵列）硬件逐步被x86服务器+软件替代。那么既然x86服务器又能做存储，有没有办法可以让同一台x86服务器同时把计算与存储的功能都做了呢？有，答案就是超融合。

传统的IT基础设施，都分为三层：网络、计算、存储。

而超融合的概念，就是将计算与存储节点进行融合，集群里的服务器，既配置cpu、内存做计算，也配置数块SSD磁盘做缓存，再配置大容量硬盘作为数据持久化存储，然后预留少量CPU+内存用来跑分布式存储软件，实现该服务器集群里面的机器，既能安装虚拟化软件，承担计算资源虚拟化的角色跑虚拟机，也能承担软件定义存储的角色划逻辑卷，给回计算虚拟化的服务器存放VM（虚拟机）。

软硬件一体的超融合领导者品牌有Nutanix、DELL EMC的VXRail（软件定义存储层面使用的VMware的VSAN）、HPE的SimpliVity、CISCO的HyperFlex等。

而在也有一些可以单纯购买超融合软件，自行部署在厂商兼容性列表里面的自购硬件中的品牌，例如smartx、maxta等。

关于超融合，后面会另起文章进行阐述。超融合概念的兴起与产品的推出，反向又促进了软件定义存储的市场推广。