據(jù)有關機構預測，至少在5 年內(nèi)，存儲市場都會以10%~20%的年增長率遞增，其中網(wǎng)絡存儲部更將以每年增長62%的速度高速發(fā)展。對網(wǎng)絡存儲產(chǎn)品的旺盛需求，極大地推進了網(wǎng)絡存儲技術的發(fā)展，網(wǎng)絡存儲的統(tǒng)一化和虛擬化是其中的兩個熱點。
目前，存儲網(wǎng)絡的統(tǒng)一主要是指NAS 和SAN 的融合。NAS 和SAN 是網(wǎng)絡存儲的兩種不同的體系結構。在實際應用中，它們各有特點，也有各自的局限性。NAS 和SAN 的融合，可以較好地解決NAS 和SAN 之間的存儲共享問題，有效地利用各自的特點，提高可擴展性、靈活性以及效率。
存儲虛擬化是指將具體的存儲設備或存儲系統(tǒng)同服務器操作系統(tǒng)分隔開來，為存儲用戶提供統(tǒng)一的虛擬存儲池。存儲虛擬化是具體存儲設備或存儲系統(tǒng)的抽象，展示給用戶一個邏輯視圖，同時將應用程序和用戶所需要的數(shù)據(jù)存儲操作和具體的存儲控制分離。存儲虛擬化能夠極大地方便用戶對存儲資源的使用，減小存儲系統(tǒng)管理開銷，優(yōu)化存儲系統(tǒng)性能，提高存儲資源利用效率。當前，基于網(wǎng)絡的存儲虛擬化的主流是SAN 的虛擬化。
隨著網(wǎng)絡和計算機技術的發(fā)展，新的網(wǎng)絡存儲技術和標準，不斷發(fā)展地出現(xiàn)，怎樣有效地整合不同存儲網(wǎng)絡將是極具挑戰(zhàn)性的工作。存儲網(wǎng)格和基于對象的存儲在這方面做了有益的探索，為統(tǒng)一虛擬存儲結構的發(fā)展做了啟發(fā)和技術準備。本文探討了網(wǎng)絡存儲的統(tǒng)一和虛擬化技術的現(xiàn)狀和存在的問題，指出了統(tǒng)一化和虛擬化共同的終極發(fā)展目標是統(tǒng)一虛擬存儲網(wǎng)絡，通過統(tǒng)一虛擬存儲體系結構將所有的存儲資源統(tǒng)一起來，提供統(tǒng)一的資源共享服務。
1 NAS 和SAN 的融合
1.1 NAS 和SAN 的特點
SAN（Storage Area Network：存儲區(qū)域網(wǎng)）是一種利用Fibre Channel等互聯(lián)協(xié)議連接起來的可以在服務器和存儲系統(tǒng)之間直接傳送數(shù)據(jù)的存儲網(wǎng)絡系統(tǒng)，存儲設備和應用服務器之間采用的是block I / O 的方式進行數(shù)據(jù)交換。SAN 具有高性能、高可用性、較高的靈活性、擴展方便、易于集中管理和可靠性高等優(yōu)點，也存在設備造價高、需要專業(yè)維護人員、設備的互操作性較差等缺陷。
NAS（Network Attached Storage：附網(wǎng)存儲）是可以直接聯(lián)到網(wǎng)絡上向用戶提供文件級服務的存儲設備，具有可即插即用、總擁有成本（TCO）低的優(yōu)點，但亦存在I /O 速度不高、數(shù)據(jù)備份需要占用網(wǎng)絡帶寬等缺點。
顯然，NAS 和SAN 是兩種截然不同的技術，尤其是兩者構建技術不同，對企業(yè)來說，需要同時構建和管理兩種不同的存儲結構，增加了實現(xiàn)和管理成本，同時也不能很好地做到存儲資源的整合。另一方面，NAS 和SAN 又是相互補充的，兩種結構可以因滿足不同的需求而同時存在。
1.2 NAS 和SAN的融合方案
鑒于NAS 和SAN 的各自優(yōu)點和缺點，要求NAS 和SAN進行融合的呼聲很高，也出現(xiàn)了一些相關產(chǎn)品，對已經(jīng)產(chǎn)生的眾多產(chǎn)品的方案進行分析，我們發(fā)現(xiàn)這些方案基本上可以分為兩類：基于NAS 和基于SAN 的融合方案。
1.2.1 基于NAS 的融合方案
該方案是將操作系統(tǒng)（文件系統(tǒng)）和存儲子系統(tǒng)相互獨立，其文件系統(tǒng)功能部分單獨構成一個NAS head，用以保存元數(shù)據(jù)，同時完成文件系統(tǒng)的功能；其存儲子系統(tǒng)采用外置式的SAN 結構。
該方案采用的是以NAS 的方式和網(wǎng)絡相連，因此可以實現(xiàn)異構的文件訪問和共享；客戶則是通過IP 網(wǎng)絡訪問，可以充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境；存儲子系統(tǒng)部分采用SAN 結構，具有SAN 高可擴展性、高可用性，以及存儲資源的集中和統(tǒng)一管理等優(yōu)點。
該方案的問題在于NAS head：控制信息和數(shù)據(jù)信息都必須通過NAS head，使得NAS head 成為一個潛在的性能瓶頸并容易導致系統(tǒng)單點失效，為此需要采取冗余等措施加以解決。
1. 2. 2 基于SAN 的融合方案
該方案的一個特點就是把文件系統(tǒng)功能部分從應用服務器中剝離出來，集中到元數(shù)據(jù)服務器上，從而實現(xiàn)了命令通道與數(shù)據(jù)通道的分離，或者說是元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)的分離存儲；而應用服務器上都安裝有一個專用的過濾程序，來處理元數(shù)據(jù)。
在應用服務器看來，訪問方式采用的是文件I /O方式，整個存儲系統(tǒng)相當于一個NAS 文件服務器，因此具有NAS 的優(yōu)點；文件系統(tǒng)和存儲子系統(tǒng)之間采用SAN 的結構，因而該方案也具有SAN 的優(yōu)點。
整個系統(tǒng)只有一個元數(shù)據(jù)服務器，不過它只是處理元數(shù)據(jù)及控制信息，因此元數(shù)據(jù)服務器并不會是性能瓶頸。
1. 2. 3 統(tǒng)一存儲網(wǎng)
統(tǒng)一存儲網(wǎng)（USN：Unified StorageNetwork）則是由學術界提出的一個NAS 和SAN 融合方案，該方案綜合了上述兩方案的優(yōu)缺點。
USN 采用TCP/ IP 作為存儲網(wǎng)絡的構建技術，通過IP 互聯(lián)設備將應用服務器、存儲設備等互連成一個基于IP 的SAN，從體系結構的角度來說，具備了傳統(tǒng)SAN 高性能、易擴展等特點；同時，通過高速附網(wǎng)通道將存儲子系統(tǒng)直接聯(lián)入LAN，從而形成了一個廣義的NAS。
和上述NAS / SAN 融合方案相比，USN 具有如下特點：
1、支持塊設備和文件設備的同時接入，并進行統(tǒng)一管理，形成為單一的命名空間。
2、存儲網(wǎng)絡中，文件設備的引入，USN 可以同時提供塊I /O服務和文件I / O 服務。
3、引入附網(wǎng)直連通道（NAC），不需要由應用服務器進一步處理的數(shù)據(jù)可經(jīng)NAC 直接返回，避免了應用服務器的存儲轉發(fā)，實現(xiàn)客戶與存儲設備之間的數(shù)據(jù)傳送。
圖1 基于TCP/ IP 的統(tǒng)一存儲網(wǎng)絡系統(tǒng)（USN）
NAS 和SAN 的融合方案很多，但是都不能同時完全發(fā)揮二者的優(yōu)點，影響的因素很多，其中缺乏NAS 和SAN 進行綜合管理的軟件管理策略是一個重要原因，NAS 和SAN 的融合，畢竟不是簡單地將它們進行連接或重構。另一方面，新的存儲技術和體系結構的不斷出現(xiàn)：IP 存儲、Infiniband、DAFS等，不但影響NAS 和SAN 本身的發(fā)展，也將會促生新的融合方案。另外，Ethernet 的發(fā)展經(jīng)歷了10mbps 到100mbps 再到1000mbps 的過程，現(xiàn)在，10gbps 的Ethernet 也即將問世，Ethernet的發(fā)展對NAS 和SAN 的融合也必將帶來很大的影響。
2 基于存儲網(wǎng)絡的虛擬化
存儲虛擬化就是在存儲系統(tǒng)中增加一個虛擬化層，通過虛擬化層，把存儲系統(tǒng)中各種分散的、異構的存儲設備映射成一個虛擬存儲池。虛擬化層屏蔽了所有存儲設備的物理特性，存儲系統(tǒng)中所有存儲設備對用戶透明，用戶則通過虛擬化層提供的接口，對虛擬存儲池進行I / O訪問。
基于存儲網(wǎng)絡的虛擬化的目標是，把分散在網(wǎng)絡中的存儲設備統(tǒng)一起來，使用戶感覺和操作起來，像一個普通的存儲設備，用戶并不需要知道設備的供應商，也不需要知道設備的具體位置。
網(wǎng)絡級的存儲虛擬化主流是基于SAN 的虛擬化�；赟AN 的存儲虛擬化，大多采用一個專用的元數(shù)據(jù)服務器，作為虛擬化層，這臺專用的服務器稱為元數(shù)據(jù)服務器或者元數(shù)據(jù)控制器。根據(jù)該服務器是否在數(shù)據(jù)傳送的路徑上，基于SAN的存儲虛擬化的實現(xiàn)方式分為對稱結構（Symmetric）和非對稱結構（Asymmetric）兩種實現(xiàn)模型。
2.1 對稱方式的SAN存儲虛擬化結構
對稱結構也稱為帶內(nèi)（in-band）模型，實現(xiàn)途徑是在數(shù)據(jù)通路中插入虛擬存儲層-元數(shù)據(jù)服務器，并由虛擬化管理軟件對存儲設備和服務器主機進行配置和管理，存儲數(shù)據(jù)和控制信息使用同一條通路。
這種結構實現(xiàn)簡單，而且將虛擬化層完全實現(xiàn)在專用虛擬平臺上-元數(shù)據(jù)服務器，對應用服務器和存儲設備的影響達到最小，因此對異構環(huán)境具有很強的適應性。
對稱結構的不足主要在于，數(shù)據(jù)傳輸和元數(shù)據(jù)訪問都必須經(jīng)過元數(shù)據(jù)服務器，元數(shù)據(jù)服務器很可能成為系統(tǒng)瓶頸，制約SAN 的整體性能，并影響SAN 的可擴展性。此外，這種結構的虛擬存儲系統(tǒng)容易出現(xiàn)服務器到存儲設備的單點故障，因此對稱虛擬存儲結構在實際使用中往往要做冗余配置。
圖2 對稱方式的SAN 存儲虛擬化結構
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