实现虚拟化存储系统的关键技术

　　网络的大规模虚拟存储技术将是今后一段时间内虚拟存储化技术的主要研究热点，其中基于iSCSI协议的网络存储被认为是继续推动存储区域网(SAN)快速发展的关键技术，该协议通过IP协议封装SCSI命令，把大型存储设备接入网络，使基于iSCSI的存储访问协议和互联网上，从而实现独立于地理位置的数据存储、数据备份和数据检索。

　　特别是10Gb以太网的迅速普及和缩短访问延迟的远程内存直接访问技术(RDMA)的快速发展，将会加速基于IP的虚拟存储技术的进一步快速发展。

　　互联网的虚拟化是存储技术的最高形式。它采用集群技术、网格技术、覆盖网技术、P2P技术以及分布式文件系统等技术实现将全球范围内不同类型的存储设备通过虚拟化技术整合起来，向外提供统一的虚拟内存和硬盘的功能。

　　虽然基于互联网的虚拟化的发展还处在起步阶段，但一些研究成果已经显现，如由Jun Wang，Xiaoyu Yao等人提出的基于成熟的TCP/IP协议的SAN技术，采用iSCSI协议及分层缓存机制实现对基于广域网的存储服务器的高速访问。基于互联网的存储虚拟化(例如存储云)实际上是一种为用户提供存储服务的虚拟化技术。

　　实现存储虚拟化系统的关键是实现众多异构存储设备到统一虚拟存储资源的视图映射，通常在用户和存储设备路径上加入存储管理部件来实现虚拟化，它屏蔽了不同类型、不同特性的物理设备，实现大量异构存储资源的整合，向用户提供方便访问、任意划分、在线扩容、安全稳定的虚拟存储系统。

　　实现虚拟化存储系统需要解决的一些关键技术包括：

　　异构存储介质的互联和统一管理。存储虚拟化的核心任务是兼容多种属性的存储设备，屏蔽它们间不同的物理特性并向用户提供统一的虚拟逻辑设备访问方式，由网络连接的各种物理存储设备以虚拟卷的形式向用户呈现，而用户关注的是存储容量和数据安全策略，而存储容量的物理分配则对用户透明的，存储虚拟化管理系统及其所兼容的协议屏蔽了连接到存储网络中的各类设备的差异性，简化了逻辑存储设备的管理、配置和分配，并向用户提供在线划分、扩展、配置存储和在线增加与更替存储设备的虚拟化存储管理技术。

　　数据的共享冲突与一致性。数据共享是存储虚拟化的主要功能之一，基于网络的虚拟存储对数据共享访问提出了很高的要求，存放在不同物理存储器中的数据拷贝为操作系统间及操作系统和数据仓库问的数据共享带来便利，但同时必须仔细设计锁机制算法、备份分发算法以及缓存一致性技术来保证数据的完整性。

　　数据的透明存储和容错容灾策略。数据的透明访问需要虚拟存储屏蔽存储设备的物理差异性，由系统按照资源的特性及用户的需求自动调度和利用存储资源，便于用户在逻辑卷的基础上对数据进行复制、镜像、备份以及实现虚拟设备级的数据快照等功能。

　　虚拟存储系统必需按照数据的安全级别建立容错和容灾机制，以克服系统的误操作、单点失效、意外灾难等因素造成的数据损失。系统必需对用户透明地的实现多种机制下的数据备份、数据系统容错和灾难预警及自动恢复等策略。

　　性能优化和负载均衡。存储系统应该从全局的观点并根据不同存储设备的特性来优化存储系统，应该根据不同存储的存储响应时问、吞吐率和存储容量来安排多级存储体系结构，实现数据的多级高速缓存和数据预取功能。

　　根据用户的需求安排不同的存储策略实现对数据的按需存取，仔细设计I/O均衡策略，根据具体的物理设备合理分配用户的I/O请求，使用条带化方法、数据分块、时空负载区分、数据主动存取和数据的过预取策略来提高数据的访问效率，为了进一步提高访问效率，也可以采用基于存储对象的存储主动服务策略来提高数据的主动预测服务。

　　数据的安全访问策略。基于网络的存储必需对访问加以控制，数据被越权访问和恶意攻击是虚拟存储系统必需要避免的，透明的存储服务所带来的数据安全性必需由虚拟化管理软件来实现，其实现安全访问的策略是多样的，如基于密钥的认证管理及数据加密策略，以及在存储体之上增加一层可信的管理层节点等都是可行的方法。

　　高可靠性和可扩展性。高可靠和可扩展性是虚拟存储系统必需具备的特性，系统应该采用高效的故障预测、故障检测、故障隔离和故障恢复技术来保证系统的高可靠性。

　　虚拟存储系统应该在不中断正常存储服务的前提下实现对存储容量和存储服务进行任意扩展，透明的添加和更替存储设备，虚拟存储系统还应该具有自动发现、安装、检测和管理不同类型存储设备的能力。

(本文不涉密)
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