基于SAN的存儲虛擬化需求演進
針對塊存儲的虛擬化技術自本世紀初誕生以來，歷經了十余年的技術演進與市場考驗。發生變化的不僅是技術本身，而更多的是用戶的實際應用需求。早期存儲虛擬化技術出現的主要目的是為了幫助用戶對異構存儲資源進行池化和整合，提高使用和管理效率，合理降低TCO。而近年來基于SAN的存儲虛擬化技術越來越多被應用于有效提升核心生產系統的業務連續性，數據安全性以及平滑的跨存儲陣列的數據遷移能力。
用戶在對存儲子系統升級擴容時，不僅把性能與容量指標作為首要考慮對象，對于整個生產存儲系統的高可用性，以及業務連續性保障能力的要求也逐漸成為規劃建設初期進行考慮的重點！為了有效實現業務連續性保障目標，解決存儲子系統的單點故障問題，合理引入存儲虛擬化技術已經成為最為行之有效的手段之一，比如通過存儲虛擬化技術實現不同品牌型號陣列間的實時鏡像，幫助用戶實現存儲子系統的冗余能力。這一點在VMware虛擬化環境中幾乎變成唯一可行的存儲系統高可用性解決方案；又比如通過精簡帶寬的遠程復制，數據錄像或密集時間點的可恢復快照功能，來有效實現對于邏輯故障的防御，控制運維成本投入等。最終，通過一套統一的系統功能來實現對生產系統的業務連續性保障，方便，簡單，大大減少了運維人員的壓力。
近來，兼容異構存儲，同時具備完整數據保護和管理功能的成熟存儲虛擬化產品也被廣泛應用于兩地三中心容災以及雙活數據中心的建設當中，作為一種積極的，可靠的技術手段有效提升用戶原有生產系統對各類型災難的防御能力。
原數據保留能力的重要性
談到基于SAN存儲虛擬化技術的的引入，理所當然的需要考慮對現有生產系統架構進行哪些改造；業務停機時間如何評估？是否需要進行數據遷移？是否可以實現有效故障回退？兼容性范圍等諸多問題，存儲虛擬化各項技術應用實現的大前提，就是存儲虛擬化系統如何能夠快捷，安全的接入現有SAN 環境，并接管原有生產存儲系統的磁盤卷。
從實際需求出發，在存儲虛擬化產品接入時，我們一般希望達成如下幾個目標：
l 設備接入不需要對原有SAN環境物理布線進行改造；
l 設備接入簡單快捷，不需要太長的停機時間；
l 設備接管生產存儲磁盤卷后，無需數據遷移，無需對原卷進行類格式化處理；
l 設備接入后具備可回退還原能力；
其中，最為重要的一點，就是在接入存儲虛擬化系統前后，對原存儲系統中已有數據的保留能力！
基于SAN的存儲虛擬化系統一般為In-Band(串接)架構，該系統將接管需要進行虛擬化管理和保護的底層存儲子系統磁盤卷，經過虛擬化處理后再對上層服務器系統提供存儲資源。因此，原有存儲系統需要將所有之前創建并分配給主機的磁盤卷交給存儲虛擬化系統進行統一管理后，再進行分配。如果存儲虛擬化系統不具備對存儲子系統原有磁盤數據的保留能力，在存儲虛擬化系統接入之前，必須進行大量的數據遷移工作，造成對項目周期，停機時間的延長，以及增加期間意外故障風險發生的概率。另外，一旦存儲虛擬化系統接入后，發生不穩定或其他故障時，原有存儲子系統的磁盤數據經過虛擬化處理后均無法再由上層服務器主機識別，不能再直接分配給上層服務器主機使用，從而導致存儲虛擬化系統成為新的故障點。
為了保證對存儲虛擬化系統接入過程對生產系統影響最小化，我們需要爭取最小的停機時間和可回退能力，有效保證生產系統在實施過程中的安全性。因此，在不對原有磁盤數據進行改動，遷移的基礎上快速實現存儲虛擬化系統的接入，顯得尤為重要！同時也是保證，當存儲虛擬化系統故障時，具備快速恢復原有SAN網絡環境和生產系統運行的關鍵！
下面，我們嘗試對市場主流成熟產品的接入技術進行深入分析，為大家在存儲虛擬化系統規劃設計和建設前提供參考。飛康 NSS和 IBM SVC, 這兩款產品在存儲虛擬化市場都已活躍了逾10年的時間， 產品技術非常成熟，市場實際應用范圍也最為廣泛，通過對他們的接入技術分析，可以幫助大家較為清晰的理解上述產品在接入生產系統時，是如何實現對原有磁盤卷數據的有效保留。
飛康 NSS SED(Service-Enabled Devices)
作為存儲虛擬化技術的先驅之一，飛康的IPStor/NSS 存儲虛擬化產品在2001年就已經出現在市場上，截止2014年已經正式發布了其第七代存儲虛擬化產品，技術成熟度和廣泛的應用范圍都具備良好的可參考性。飛康自創立以來，一直堅持開放硬件的態度，獲得眾多用戶和第三方存儲廠商的親睞，很多國內外存儲廠商的技術人員都曾經接觸過該產品。飛康官方宣稱，以OEM方式或自主品牌銷售的NSS產品安裝量已超過數萬套。豐富而實用的功能設計以及長期經受市場考驗的產品穩定性和可靠性，應該是飛康IPStor/NSS產品的主要特點。
飛康 NSS 存儲虛擬化接入技術原理非常便于理解。飛康 NSS 在接管底層存儲子系統的磁盤卷時，可以采用兩種方式來實現接入：一種是將底層磁盤卷直接虛擬化為Virtual Disk（虛擬磁盤）以供NSS管理和分配；另一種可將磁盤卷轉換為SED(Service-Enabled Devices)磁盤設備以供NSS管理和分配。當轉換為SED設備時，磁盤卷原有數據不會被修改，可以快速通過NSS分配給主機系統，整個接入過程非常簡單，不需要數據遷移，停機時間很少，當然也可以實現快速回退，磁盤重新分配給原主機系統，可以被正確識別和使用。
SED(Service-Enabled Devices)功能，是在保留原磁盤卷已有數據的前提下，將進行虛擬化時所需對該磁盤定義的Virtual header(Virtual ID，Mirror，Replication,etc.)信息寫入另外一處磁盤空間內，并與之形成關聯映射。同時Virtual header空間還可以通過NSS自帶的Mirror鏡像功能加以保護，可以避免由于物理磁盤故障導致相關信息丟失的肯能。當然，如果對于底層新建的和不需要保留的磁盤卷也可以通過直接在其上寫入Virtual header信息的方式完成虛擬化管理。
通過SED方式虛擬化底層磁盤數據后，如果用戶希望能夠快速回退，將NSS撤出生產環境，只需要將底層存儲子系統的磁盤卷重新分配給主機即可，無需做任何其他操作，快速而安全。由此可見，飛康 NSS SED 的應用特點如下：
在不改變原卷的前提下，透明接入生產系統，無需數據遷移，安全，便捷；可以利用SED功能完成不同磁盤系統之間的數據遷移；[page]
IBM SVC Image Mode Volume
IBM SVC于2004年左右上市，從某種維度上看SVC 似乎與飛康的NSS形態和設計都很類似，都是基于Linux內核和x86工業標準服務器。IBM基于SVC的I/O GROUP引擎開發出了其目前整個V系列的存儲產品線，比如常見的v7000系列存儲系統。SVC早起存儲虛擬化功能較為單一，僅支持對異構存儲的基本管理和池化，所以IBM曾經視圖收購飛康，未果后也與2010年左右升級了其SVC 軟件版本，逐漸提供了一些相應的高級功能。
IBM SVC 識別到底層存儲子系統提供的磁盤卷稱為Mdisks，服務器主機看不見MDisk，看到的是SVC虛擬化之后的邏輯盤，稱為virtual disks或者Volumes。MDisk在Image模式下可以實現在不對原卷進行更改的前提下實現接管和再分配，即Image mode volumes。
Image模式使Volumes和MDisk間有個一對一的映射。一個Image模式MDisk只能映射到一個image模式卷，MDisk的大小和Volume大小必須相同，對于上層主機而言，看到的是虛擬化后的Volumes, 而Volumes會將所有的讀寫都映射到MDisk上，這樣就無需改變原有磁盤中的已有數據，同時實現了虛擬化接管和再分配。
Image模式的使用場景：
- Image模式可以虛擬化已經包含數據的Mdisk，使用image模式可以進行數據遷移。
- 通過image模式可以從SVC中遷移數據到非SVC環境，即host直接連接存儲。
- 如果SVC發生嚴重故障，可以快速退出生產環境，將底層存儲子系統的磁盤重新分配給主機即可。
由此可見，通過上述兩種技術完全可以實現對存儲虛擬化系統接入的前期目標，簡單，快捷，無數據遷移，較小的停機時間且具備可回退的能力。
然而市場上并不是所有的存儲虛擬化系統都可以完全做到上述幾點。比如HUAWEI VIS6000，Netapp V系列需要對識別到的底層磁盤卷進行類格式化處理，無法保留原有數據，接入前必須進行數據的遷出和遷入，一旦接入完成即無法回退。
HUAWEI VIS6000
HUAWEI VIS 6000系列是HUAWEI與Symantec合作的類存儲虛擬化產品，HUAWEI使用Symantec的StorageFoudation卷管理軟件來實現對底層存儲的接入和管理分配，而StorageFoundation軟件之前較多安裝在服務器系統上，以提高邏輯卷管理能力為主要目標。通過使用X86服務器，安裝基于linux操作系統的StorageFoundation軟件版本最終實現對用戶的整體交付。
一般情況下VIS6000需要將接入的存儲子系統磁盤進行格式化，轉換為VxVM文件系統格式，才能提供相應的高級卷管理功能，例如在線擴展磁盤空間，條帶，快照等功能，無法對原有數據進行保留。如果需要保留存儲子系統磁盤設備中的原有數據，HUAWEI通過二次開發，使得VIS6000也能提供簡單的，無需更改原磁盤數據的接入，再分配等基礎功能，但基于StorageFoundationVxVM文件系統的諸多優勢就無法得到有效應用，使得用戶往往在最終項目實施時，很少使用該功能完成虛擬化系統的接入，仍然會進行相應的數據遷移操作。
Netapp V 系列
Netapp V系列擁有其專利的WALF(Write Anywhere File Layout)日志型文件系統，所有接入Netapp的底層存儲子系統的磁盤卷都需要進行格式化后方可使用，因此，無法保留磁盤上的已有數據，同樣如果將Netapp撤出生產系統，將底層存儲系統的磁盤卷直接分配給主機，是無法被主機系統識別和使用的。
所以，并不是所有的存儲虛擬化產品均支持能夠保留原有磁盤數據的接入技術，對于現有生產系統的存儲虛擬化改造，數據遷移等應用來說，是否具備該功能，是減少建設對現有生產系統最小化影響的前提和有效保障！
應用場景舉例
某運營商云計算平臺，部署超過13臺物理VMware ESXi Server主機，共計運行超過300個虛擬機實例，原有后端存儲使用一臺EMC的高端存儲陣列。系統運行一段時間后，用戶感到存儲單點故障隱患嚴重威脅了現有云計算平臺的安全，一旦存儲發生故障，近300個應用將完全停止運行。用戶初期嘗試考慮使用存儲系統底層復制和鏡像技術實現兩套存儲數據的實施同步，但最終放棄，原因非常簡單，該方案無法保證業務連續性，一臺存儲故障之后需要手工切換至另外一臺存儲，所有VM均需要全部重新啟動，無法達到用戶對RTO、RPO的要求。通過大量測試與技術驗證，用戶最終選擇通過加入存儲虛擬化層來實現兩臺存儲之間的實施數據鏡像同步，任何一臺存儲故障，VMware上的VM實例都不收影響。
由于整個VMware Datastor空間超過50TB容量，為了盡量減少存儲虛擬化系統接入時的停機時間，用戶無法接受對生產數據進行數據遷移的做法，同時，為了保證項目實施的安全性，用戶也希望存儲虛擬化系統接入后，一旦發生任何問題，可以進行回退，原有存儲系統的磁盤仍然能夠被VMware服務器直接識別與使用。
因此，用戶需要一種簡單，快捷且安全的快速存儲虛擬化接入方案。用戶通過嚴格的篩選和測試，最終選擇利用飛康NSS的SED功能實現了存儲虛擬化的快速接入。
拓撲圖參考如下：
通過本文的介紹，大家在選擇存儲虛擬化產品時，建議首先詳細了解該類產品的接入技術原理，配合自身的實際需求，比如是否新建系統還是對已有系統進行虛擬化改造，最終選擇相應的存儲虛擬化產品類型，再配合功能，性能，管理等其它方面的因素綜合考慮，才能選中符合自身實際情況的，簡單，安全，穩定而強大的存儲虛擬化系統。
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