存储虚拟化技术在政府行业的应用和意义

前言

数据已成为政府行业信息系统的核心部分,数据存储系统的建设正受到前所未有的重视。利用目前先进的存储虚拟化技术,建立整合、统一、标准、共享的数据资源存储平台,能够有效管理庞大、繁多、复杂的数据及相关的设备,提高资源利用率,并建立起全面的数据安全保障体系。

政府行业数据存储面临的挑战

在建设政府行业信息系统的过程中,不同的系统使用了不同的存储设备,导致信息资源局限于单个的存储设备中,系统之间无法进行有效的数据整合和共享。随着网络区域存储(SAN)技术的发展,近年已逐步转向网络存储系统的建设,但原有的存储设备无法整合到新的体系中,形成巨大的资源浪费。

网络存储系统的建设从一定程度上解决了数据共享和整合的难题,但也带来了很多问题。首先,网络存储系统一般由单个磁盘阵列和磁带库组成,磁盘阵列承担着所有信息系统数据存储的重任,一旦出现故障将引起数据的全部丢失和长时间的系统停顿,因而面临着数据集中的极大风险。其次,容易受到单一设备供应商的限制,未来新增设备或升级、扩容的选择范围有限,导致采购成本居高不下,难以及时利用新技术,并带来售后服务等其它方面的问题。

网络存储系统本身仍受限于局域网内,无法满足部、省、市、县四级信息系统基于广域的数据资源共享和整合的要求。同时,随着政府行业信息化的深化,必须建立有效的风险防范和安全保障体系,包括异地数据备份、远程容灾系统等,也对跨广域的数据传输提出了严格的要求,网络存储系统本身难以满足。

而通过存储虚拟化技术建立起的整合、统一、标准、共享的数据资源存储平台,能够有效管理庞大、繁多、复杂的数据及相关的设备,提高资源利用率,并建立起全面的数据安全保障体系。

存储虚拟化技术

存储虚拟化技术将底层存储设备进行抽象化统一管理,向服务器层屏蔽存储设备硬件的特殊性,而只保留其统一的逻辑特性,从而实现了存储系统集中、统一而又方便的管理。对比一个计算机系统来说,整个存储系统中的虚拟存储部分就像计算机系统中的操作系统,对下层管理着各种特殊而具体的设备,而对上层则提供相对统一的运行环境和资源使用方式。

SNIAStorage Networking Industry Association,存储网络工业协会)对存储虚拟化是这样定义的:通过将一个或多个目标(Target)服务或功能与其它附加的功能集成,统一提供有用的全面功能服务。

存储的虚拟化可以在三个不同的层面上实现,包括了基于专用卷管理软件在主机服务器上实现,或者利用阵列控制器的固件(Firmware)在磁盘阵列上实现,再或者是利用专用的虚拟化引擎在存储网络上实现。

1.1 基于主机的存储虚拟化

基于主机的存储虚拟化技术由主机操作系统下的逻辑卷管理软件在服务器上完成(安装客户端软件Agent),经过虚拟化的存储空间可以跨越多个异构的磁盘阵列。

这种类型的虚拟化通常由主机操作系统下的逻辑卷管理软件(logical volume manager)来实现。它们在主机系统和Unix服务器上已经有多年的广泛应用,目前在Windows操作系统上也提供类似的卷管理器。

实现方式

优势

劣势

基于主机

? 支持异构存储系统虚拟化

? 软件运行占用主机资源,降低应用性能。

? 使用第三方软件导致主机升级、维护、应用扩展非常复杂。

? 第三方软件叠加过多,容易造成系统不稳定性。

政府行业信息系统规模较大,所使用的主机类型和应用软件种类较多,而且对系统性能和稳定性要求比较高,因而不适合使用基于主机的存储虚拟化技术。

1.2 基于存储设备的存储虚拟化

当有多个主机服务器需要访问同一个磁盘阵列的时候,可以采用基于存储设备的存储虚拟化技术。此时虚拟化的工作是在存储设备的控制器上完成,通过在存储设备控制器中添加虚拟化功能,将一个存储设备(如磁盘阵列)上的存储容量划分为多个存储空间(LUN),供不同的主机系统访问。

智能的存储设备控制器提供数据块级别的整合,同时还提供一些附加的功能,例如:LUN Masking、缓存、即时快照、数据复制等。

实现方式

优势

劣势

基于存储设备

? 支持异构主机系统

? 与主机无关,不占用主机资源

? 一般只能实现对本设备内磁盘的虚拟化。

? 由于存储控制器无法管理其他存储设备上的资源,当用户使用多种存储设备时,必须配置多套数据管理软件,成本较高。

? 数据管理功能需求较高时,会降低存储访问性能。

对于市、县级政府部门,数据量较小,存储设备单一,适合使用基于存储设备的存储虚拟化技术。部、省级政府部门数据量大,往往采用多种存储设备,并要求能进行跨设备、跨地域的数据共享和整合,因而不适合采用基于存储设备的存储虚拟化技术。

1.3 基于存储网络的存储虚拟化

基于存储网络的存储虚拟化技术通过在存储域网(SAN)中添加虚拟化引擎实现。虚拟化引擎是一个或多个独立的设备,对多个存储设备和数据进行管理,并向多台主机提供数据存储和访问的界面。

基于存储网络的虚拟化是近年存储行业的一个发展方向。与基于主机和存储设备的虚拟化不同,基于存储网络的虚拟化功能是在存储局域网络(SAN)内部完成的,基于存储和基于主机的两种虚拟化方法的优点都可以在存储网络虚拟化上同时体现,它支持数据中心级的存储管理以及异构的主机系统和存储系统。

实现方式

优势

劣势

基于存储网络

? 与主机无关,不占用主机资源。

? 兼有主机虚拟化和存储虚拟化的优点,能够支持异构主机,虚拟化异构存储设备。

? 使不同存储设备的数据管理功能统一。

? 支持跨设备、跨地域进行数据共享和整合

? 部分产品数据管理功能弱,难以达到虚拟化统一数据管理的目的。

? 部分厂商产品成熟度较低,仍然存在和不同存储和主机的兼容性问题。

对于部、省级政府部门,数据量大,往往采用多种类型的主机和存储设备,并往往要求对下辖的省、市级系统进行数据共享和整合,因而适合采用基于存储网络的存储虚拟化技术。

2 存储虚拟化的意义

存储虚拟化在政府行业的应用,具备以下意义:

2.1 存储管理的自动化与智能化

在虚拟存储环境下,所有的存储资源在逻辑上被映射为一个整体,对系统来说是单一视图的透明存储,而单个存储设备的容量、性能等物理特性却被屏蔽掉了。无论后台的物理存储是什么设备,服务器及其应用系统看到的都是系统管理员非常熟悉的存储设备的逻辑映像。系统管理员不必关心自己的后台存储,只要专注于管理存储空间本身,所有的存储管理操作,如系统升级、改变RAID级别、初始化逻辑卷、建立和分配虚拟磁盘、存储空间扩容等比从前的任何存储技术都更容易,存储管理变得非常轻松。

通过实现存储虚拟化,可以统一管理所有的存储设备,大大降低系统存储管理的复杂性,减少管理人力投入,提高管理效率。

2.2 提高存储效率

提高存储效率主要表现在释放被束缚的容量、整体使用率达到更高的水平。虚拟化存储技术解决了这种存储空间使用上的浪费问题,它把信息系统中各个分散的存储空间整合起来,形成一个连续编址的逻辑存储空间,突破了单个物理磁盘的容量限制,几乎可以100%地使用磁盘容量,而且由于存储池扩展时能自动重新分配数据和利用高效的快照技术降低容量需求,从而极大地提高了系统存储资源的利用率。

2.3 降低成本,增加投资回报

由于历史的原因,许多信息系统不得不面对各种各样的异构环境,包括不同操作平台的服务器和不同厂商不同型号的存储设备。存储虚拟化技术兼容各种存储协议和技术,如SCSIFC SANIP SAN等。采用存储虚拟化技术,可以支持物理磁盘空间动态扩展,这样现有的设备不必抛弃,可以融入系统中,保障了已有投资,从而降低了TCOTotal Cost of Ownership,总拥有成本),实现了存储容量的动态扩展,增加了ROIReturn on Investment,投资回报)。

2.4 避免设备品牌限制

对于存储设备单一的部门,所有主机系统均连接到唯一的存储设备中存取数据。由于部分厂商的技术屏蔽性较强,其存储设备和其它品牌的设备存在互不兼容的问题,因而未来新增存储设备容易受到品牌限制。设备供应商一家独大和采用封闭性技术的情形下,容易滋生采购成本和售后服务费用居高不下的问题,甚至会导致售后服务质量下降的现象出现。

采用存储虚拟化技术,能够兼容不同品牌的存储设备,未来新增的存储设备不再受到品牌限制,从而打破厂商设备和技术锁定,降低采购成本和服务费用,保证售后服务质量。

2.5 满足高级数据管理需求

随着政府行业信息化的发展,对数据的可用性、稳定性等都提出了更高的要求。中高端的存储设备一般均具备高级数据管理功能,但需花费高额费用才可使用。尤其当存在多台存储设备时,每台设备的数据管理功能均须单独购买,费用成本更为巨大。存储虚拟化引擎具备了丰富的数据管理功能,如复制、容灾、快照等,可以直接使用,满足信息系统各种需求,而无需花费高额费用来使用多个存储设备本身的功能,从而打破厂商存储系统的封闭给数据管理带来的壁垒,大幅降低采购成本。

应用存储虚拟化后,未来增加存储设备无需再额外购买数据管理功能,只需要考虑容量、性能和可靠性,连接上存储系统中即可使用,同样可以分享存储虚拟化引擎的高级数据管理功能,简单、快捷、方便。

2.6 保障系统持续运行

信息系统数据存放在存储设备上,实时进行读写访问。如存储设备本身或连接链路出现故障,均会导致系统停机和服务中断。部署存储虚拟化后,通过虚拟化引擎来管理多台存储设备,而对于主机系统而言物理的存储设备是透明的。因而,当任何一台存储设备或连接链路发生故障时,对系统不会产生任何影响,保证系统7×24小时持续运行。

虚拟化引擎本身也支持HA高可用技术,可采用双引擎运行的方式,即时虚拟化引擎出现故障也不会产生任何影响。同时利用虚拟化引擎的高级数据管理功能,可以满足即时快照、异地备份、远程容灾等需求,全面保护信息系统数据安全,保障系统运行的持续性。

2.7 实现数据共享和整合

对部分政府部门而言,要求跨设备、跨地域进行数据交换、共享和整合,而传统的存储技术把数据资源局限于单个存储设备内或局域网内,无法满足全面的信息资源共享和整合的要求。存储虚拟化技术屏蔽了存储设备的物理特性,使得数据资源突破了限制,可以跨设备、跨地域甚至跨网络进行传播和共享。根据预先设置的规则和权限,数据可以在不同部门间自由的流动,方便实现数据的整合和交换。

3 总结

政府行业信息化建设的核心是信息的管理和使用,目的是最大程度的发挥数据的价值。政府行业信息系统规模庞大,结构复杂,数据种类繁多、数量较大,涉及到各种各样的软硬件。存储虚拟化技术切合政府行业信息化的需求,能有效解决数据管理及相关设备管理的难题,促进政府部门信息的整合和共享,有利于进一步挖掘和利用信息数据的价值,大幅加快政府行业信息化的进程。