IBM云存储技术

原文 http://bbs.chinaunix.net/thread-1756094-1-1.html

09年，IBM宣布推出了云计算 领域最新存储战略计划，这个被称为“企业 级智能云存储”的应用 是一种基于私有云的存储和归档技术 ，旨在为企业客户提供应用程序方面的支持。 这种云存储主要是通过存储虚拟化来实现的。这跟EMC等厂商提供给客户现有的低成本云存储应用环境，对二级或三级数据 副本或在开发 利用和测试环境中存储应用是有区别的。IBM的云存储是基于IBM存储虚拟化配合了各种存储设备来实现的一体化解决方案
    IBM云计算解决方案是 IBM 云计算中心经过多年的探索和实践开发出来的先进的基础架构管理平台 。该方案结合了业界最新技术，充分体现云计算理念，已在 IBM 内部成功运行多年，并在全球范围内有众多客户案例。
    该解决方案可以对企业现有的基础架构进行整合，通过虚拟化技术和自动化技术，构建企业自己拥有的云计算中心，实现企业硬件资源和软件 资源的统一管理、统一分配、统一部署、统一监控和统一备份，打破应用对资源的独占，从而帮助企业实现云计算理念。
    IBM云计算解决方案由以下部分构成：
•        需要纳入云计算中心的软硬件资源。硬件可以包括 x86 或 Power 的机器、存储服务器 、交换机和路由器等网络 设备。软件可以包括各种操作系统 、中间件、数据库 及应用，如 Aix、Linux、DB2 、WebSphere、Lotus、Rational 等。
•        云计算管理软件及IBM Tivoli管理软件。云计算管理软件由IBM云计算中心开发，专门用于提供云计算服务 。
•        云计算咨询服务、部署服务及客户化服务。云计算解决方案可以按照客户的特定需求和应用场景进行二次开发，使云计算管理平台与客户已有软件硬件进行整合。
    下图是IBM云计算系统架构图。

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2010-07-27 10:59

云计算解决方案能够带给企业如下价值：
•        统一管理 IT 基础设施（服务器、网络、存储、软件等），实现对 IT 资源的有效掌控
•        将标准流程和和模板融入 IT 管理，降低运维风险
•        共享资源，提升资源利用率
•        降低电力消耗
•        降低系统维护成本
•        快速响应企业对 IT 资源的需求
    可以看到，IBM的存储虚拟化是IBM云计算解决方案的一部分。

那么，什么是存储虚拟化？

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2010-07-27 11:00

    在物理存储系统和服务器之间增加一个虚拟层，它管理和控制所有存储并对服务器提供存储服务。
    服务器不直接与存储硬件打交道，存储硬件的增减、调换、分拆、合并对服务器层完全透明。
        隐藏了复杂程度
        允许将现有的功能集成使用
        摆脱了物理容量的局限
三层基础架构的存储虚拟化
    现代存储虚拟化技术以一种特殊方式池化异构存储供应商的产品，从而提供不停机数据迁移和精简配置等高级功能.
    这种级别的抽象化可以在服务器、存储网络和存储控制器这个三层基础架构中实施。

基于服务器
    一些最早的存储虚拟化不是出现于存储基础架构，而是服务器内部，更具体地说，出现于服务器的操作系统。
    虽然文件系统有助于轻松调用信息，但随着建立的文件系统越来越多，将会用光物理 LUN 的存储空间，需要再建立一个 LUN，并将其指定给操作系统才能继续存储文件。要了解哪些数据存储在哪个 LUN 上，操作系统需要为每个 LUN 分配一个卷号、名称或标识符。在 Microsoft Windows 中，您最熟悉的可能就是分配给每个卷的字母，如 C:\ 或 D:\，而在 UNIX 中，这些字母为 /dev/hdO或 /dev/hd1。随着应用程序和用户创建的文件越来越多，所需的卷也越来越多，管理将很快变得非常困难。
   于是，操作系统供应商提出逻辑卷管理器 (LVM)的概念。与文件系统将区块组合到一起提供文件的方式非常类似，LVM 将卷或 LUN 组合到一起，为应用程序提供更大、更灵活的存储池，如图1所示。当 LVM 的空间接近用光时，可以串联或再增加一个卷来扩大空间，而无需重新配置应用程序或将其关闭。相反，如果想将一个较大的卷分割成较小的区块， LVM 可帮助您进行分区，以区分不同的信息，例如，一个区块用于操作系统，另一个区块用于用户数据。

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2010-07-27 11:01

    基于服务器的存储虚拟化最初是作为软件结合到操作系统中的，如今仍然非常流行。以下是这种方法的主要优点：

` ` `
        由于内置在系统软件中，基于服务器的存储虚拟化具有极高的可配置性和灵活性。
        由于大多数操作系统都将这一功能包含到自己的系统软件中，因此非常便宜。
        存储基础架构不需要配置其它硬件，并且可与操作系统识别的任何设备配合使用。
    基于服务器的虚拟化也有许多缺陷： ` `
        虽然它有助于最大程度地提高存储资源的效率和恢复水平，但却只能以服务器为基础进行优化。
        镜像、分割和计算奇偶校验任务需要另行处理，占用应用程序的宝贵 CPU 资源和内
        每个操作系统以不同的方法进行文件系统和卷管理，使用多个 IT 供应商产品的企业要具备不同的技术和流程，增加了成本。
        数据迁移或复制时（无论本地还是远程），保证整个环境的数据跟踪保护变得十分困难。
    大部分操作系统供应商，如 Microsoft、IBM、HP 和 RedHat (Linux)，至少具备一定的能力提供虚拟化存储资源。而 Symantec 等供应商则提供更为高级的、基于服务器的存储虚拟化。

基于存储网络
    上世纪九十年代末，随着网络附加存储 (NAS)和存储区域网络 (SAN) 的出现，使磁盘（及其控制器）得以同服务器分离， IT 环境下的所有应用程序可以更有效地共享存储资源。存储网络成为服务器与存储设备交换所有信息的枢纽，而一些存储供应商认为，这是管理虚拟化的最佳位置。
    基于网络的存储虚拟化在网络层嵌入存储资源智能管理，抽象化服务器与存储阵列之间的实际存储资源，分为带内还是带外两种方式。
    带内方式，有时称为对称，将虚拟化功能嵌入到服务器与存储阵列之间的 I/O（输入 /输出）路径中，如图 2所示，并可配置在 SAN 交换机本身或专用设备中。所有 I/O（输入 /输出）请求连同数据一起通过设备传送，服务器与虚拟设备交互，而不直接与存储设备交互。虚拟设备可分析请求、查阅其映射表，并依次执行存储设备 I/O。这些设备不仅可以转换存储请求，还能利用自己的板上内存缓存数据，提供数据使用量指标，管理复制服务，协调数据迁移并进行精简配置。

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2010-07-27 11:02

图 2：带内网络存储虚拟化内嵌到 I/O（输入 /输出）路径中。

    带外方式，有时称为非对称，并不像带内方式那样严格限定在 I/O（输入 /输出）路径中，它配合特定的虚拟 SAN 交换机执行具体查找，如图 3 所示。服务器通过智能交换机与存储层保持直接交互。带外设备维护 SAN 所有连接存储资源的映射（通常称为元数据）并向服务器指示在何处查找。在这个两步式过程中，服务器使用专用软件或代理程序，因为指令必须通过 SAN 发送才能奏效。由于数据不通过虚拟设备，因此性能只受到略微影响；不过，不能使用数据缓存等功能。
    带内和带外方式均可提供具有如下功能的存储虚拟化：
        将异构供应商存储产品池化到一个无缝访问池中。  
        在不相似的设备之间执行复制。  
        提供单一管理接口。  
    不过，只有带内方式能够缓存数据，从而提高性能。

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2010-07-27 11:02

图 3：带外网络存储虚拟化采用智能交换机保持服务器与存储阵列之间的交互。
     IBM、EMC 和 FalconStor等供应商提供基于网络的存储虚拟化解决方案。

基存储控制器
    在性能和功能方面适用于大型企业的企业级存储阵列，具有增强物理存储资源的虚拟化功能（在一定程度上强于其他系统）。例如， RAID 可保护数据，避免受磁盘故障的影响。而主机存储域则可以虚拟化前端连接端口，从而允多个操作系统使用同一个物理端口。许多企业级设备采用先进的交换架构， 支持磁盘驱动器多个物理连接，可提供均衡的性能和弹性，并且可对内部全局缓存进行逻辑分段，保证服务质量和安全性。
    近 15 年来，各种形式的虚拟化技术已应用到存储控制器之中，一些存储阵列供应商认为，这些功能理应扩展到设备之外的存储资源。基于控制器的存储虚拟化应运而生（参见图 4）。
    这种新一代存储阵列允许其它异构供应商存储阵列直接与自己的控制器连接。于是，“出现”了在其基础之上的外部存储资源，而且可按内部磁盘的相同方式进行管 理。这种方法优点很多，包括不需要重新映射 LUN 或范围，这意味着减少了一层管理，大大降低了网络复杂性。以这种方式虚拟化，安装在存储控制器上的先进微码软件成为外部存储资源，如同在阵列内部一样，而 主机并不知道它们的实际连接位置。

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2010-07-27 11:03

图 4：基于控制器的存储虚拟化使外部存储如同内部存储一样。

    日立数据系统（HDS）、NetApp V系列、Sun Microsystems 和惠普均采用这种形式的存储虚拟化。
虚拟化架构的选择－孰优孰劣
       

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2010-07-27 11:04

上图依次为带内、带外、基于存储控制器的虚拟化架构。

SVC-采用带内块级别虚拟化的优势

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2010-07-27 11:08

IBM SAN Volume Controller 实现存储虚拟化
    IBM SAN Volume Controller （缩写 SVC）是一个软硬件集成化的产品，包括 IBM System x 服务器、基于 Linux 内核的存储操作系统及专业的虚拟存储软件。SVC 可以支持包括 IBM 和非 IBM 在内的 120 多种磁盘存储系统，通过将存储容量整合到一个存储资源池中，帮助您简化存储基础架构，对信息进行生命周期管理并维护业务持续性。

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2010-07-27 11:08

SVC逻辑架构

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2010-07-27 11:08

SVC卓越的性能：
SPC基准测试中最快的控制器
        SVC具有最快的SPC-1基准测试值(SVC 4.2: 272,500 IOPS)
        SVC具有最快的SPC-2 基准测试值(SVC4.2: 7080 MB/s)
        许多案例表明，使用SVC性能得到显著提高（最多达到10倍）
SVC能够提高应用系统中存储部分的访问性能
        特别是对于缓存较小的旧存储设备
        对于缓存友好的业务流，性能提高最为明显
        对于缓存不友好的业务流，性能与使用前相当
SVC的性能增长呈现线性趋势，对于IOPs和带宽均如此。
将SVC引入存储网络通常不会对性能带来负影响。
        最恶劣的情形下，大约0.6%的性能降低