Книга: Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

7.3 Виртуализация хранилищ данных

7.3 Виртуализация хранилищ данных

Виртуализация хранилищ – это новая технология, зачастую предлагаемая в качестве панацеи от всех бед. В действительности термин виртуализация хранилища описывает несколько технологий, одни из которых появились недавно, а другие известны уже длительное время.

Виртуализация хранилищ предоставляет возможность определения функциональных характеристик и характеристик приложений для интересующего вас хранилища, независимо от параметров аппаратного обеспечения (например, его типа, поставщика и размещения). Представьте, например, что администратор указывает на необходимость использовать том размером 80 Гбайт для хранения резервной копии данных, но, к сожалению, максимальный объем дискового пространства составляет только 40 Гбайт. Для решения этой проблемы диспетчер томов может преобразовать два отдельных' физических диска в один большой том. Учитывая рост внимания к/общей стоимости владения (ТСО) и увеличение запросов к объему подсистемы хранения, виртуализация хранилища предоставляет возможность эффективного управления ресурсами хранилищ. Кроме того, сокращается общая стоимость владения хранилищами.

Виртуализация хранилищ может быть реализована несколькими способами, каждый из которых предоставляет разные функции и преимущества. Один из них состоит в указании физического расположения, другой предполагает указание функционального уровня, на котором размещена виртуализация. В следующих разделах рассматриваются различные способы виртуализации хранилища.

Виртуализация на уровне узла существует уже довольно длительное время, хотя обычно она имеет другие названия, в частности LVM (Logical Volume Manager – диспетчер логического тома) и HSM (Hierarchical Storage Management – управление иерархическим хранилищем). На уровне диспетчера тома (например, LDM в Windows 2000) виртуализация осуществляется следующим образом:

преобразование недорогих ненадежных дисков в надежный диск с помощью программного обеспечения RAID;

предоставление больших томов с помощью виртуализации дисков меньшего объема.

Диспетчер LDM подробно рассматривается в главе 6.

Технология HSM предоставляет метод доступа к файлам вне зависимости от их расположения – на диске или на сменном носителе, например магнитной ленте. Служба HSM, предоставляемая Microsoft, рассматривается в разделе 7.8.

Виртуализация на уровне узла представляет собой зрелую и стабильную технологию. Но существует точка зрения, что этот тип виртуализации способствует созданию «островов» хранения, на которых определенное хранилище связано с определенным сервером. Эта точка зрения оказывается еще более справедливой, если учесть незначительную популярность и недоступность кластерных файловых систем и диспетчеров томов с поддержкой кластеров, которые позволяют нескольким серверам в полной мере совместно использовать одни и те же устройства хранения, файловые системы или тома.

Этот способ виртуализации также известен довольно давно. Хорошим примером служит аппаратная реализация массива RAID. Преимущество такого типа виртуализации состоит в эффективности, быстродействии и безопасности. В свою очередь, представьте устройство хранения данных, управляемое через виртуализацию на уровне узла (сервера). Злоумышленник может обойти программную виртуализацию на уровне узла или произвольно загрузить узел без программного обеспечения виртуализации, после чего получить доступ к хранилищу данных.

Катастрофический эффект такого сценария может быть предотвращен единицей хранения данных с собственным механизмом виртуализации. Еще одним преимуществом является возможность использования описываемой технологии на нескольких серверах, вне зависимости от операционной системы. Недостаток состоит в том, что система управления виртуализацией, которая всецело зависит от производителя, является закрытой, что может привести к возникновению проблем несовместимости различных систем.

Вместо того чтобы применять виртуализацию на двух узловых системах (серверах или аппаратных подсистем хранения), ее можно реализовать в сети хранения, на базе коммутаторов, маршрутизаторов или с помощью специального аппаратного обеспечения, которое предназначено исключительно для виртуализации и управления хранилищем.

При таком подходе виртуализация проводится на активном пути данных. Программное обеспечение узла осуществляет ввод-вывод данных, и устройство, которое находится между узлом и аппаратным обеспечением хранилища, обрабатывает ввод-вывод.

Преимущество внутриполосной виртуализации (in-band visualization) состоит в обеспечении работы при различных методах ввода-вывода, включая доступ к хранилищу на уровнях файлов и блоков. При этом предоставляется единственная точка управления.

Недостаток заключается в превращении устройства виртуализации в единственную точку отказа и в проблемный компонент производительности системы. Эти ограничения можно обойти, развернув несколько устройств виртуализации, добавив устройству дополнительную память, используя высокопроизводительные компоненты или добавив кэширование. Тем не менее подобные методы увеличивают стоимость системы и приводят к реализации более сложной архитектуры, требующей кластеризации устройств управления.

При внеполосной виртуализации (out-of-band visualization) пути передачи данных и управляющей информации разделены. Внеполосную виртуализацию можно сравнить с асимметричной кластерной файловой системой, в которой сервер метаданных управляет доступом к метаданным файловой системы. Сервер виртуализации обычно взаимодействует с клиентами виртуализации, которые представляют собой программное обеспечение, работающее на узле или на устройствах в сети хранения, например коммутаторах связной архитектуры или адаптерах шины.

Преимущество состоит в ускорении доступа к данным, так как данные не проходят через дополнительное устройство. Кроме того, в этой схеме присутствует единственная точка управления.

К недостаткам можно отнести, проблемы, связанные с управлением несколькими устройствами внешней виртуализации. Более одного устройства внешней виртуализации требуется по следующим причинам:

обеспечение избыточности;

предоставление необходимой производительности;

обеспечение соответствия требованиям топологии связной архитектуры. (например, несколько «островов» SAN, разделенные физически на большое расстояние, требуют отдельных устройств виртуализации).

Виртуализация диска – программное обеспечение и прошивка, которые поставляются вместе с дисками уже несколько лет. Эта технология используется для преобразования поврежденных секторов в неповрежденные незаметно для операционной системы. Кроме того, от операционной системы скрываются такие подробности, как количество головок и цилиндров.

Виртуализация блока также доступна уже длительное время. Примером такой технологии на платформе Windows NT служит драйвер LDM (Logical Disk Manager) или FtDisk, которые предоставляют функции массивов RAID и возможность создания единых томов с объемом, превышающим объем каждого жесткого диска в отдельности.

Виртуализация файлов заключается в добавлении уровня абстракции для параметров и расположения файлов и каталогов. В качестве примера можно указать службу HSM (Hierarchical Storage Management).

Технология виртуализации файловой системы добавляет уровень абстракции, размещенный над несколькими файловыми системами. Пример – распределенная файловая система (DFS) в Windows NT, которая рассматривается в главе 3.

Виртуализация магнитной ленты добавляет уровень абстракции над накопителем магнитной ленты. При отсутствии виртуализации узел обычно получает выделенный накопитель, собственную библиотеку лент и носители. Виртуализация ленты обычно подразумевает эмуляцию накопителя на магнитной ленте, когда ввод-вывод кэшируется на эмулируемый накопитель, а не на жесткий диск. Кэшированные потоки ввода-вывода, как только появляется возможность, записываются на реальную магнитную ленту. Преимущество такого подхода состоит в быстром завершении операций ввода-вывода и сокращении количества необходимых физических накопителей.

Оглавление книги