虚拟化存储技术在高校的应用

虚拟化存储技术在高校的应用

——华南师范大学虚拟应用为例

蒙庆全¹　杨建平²

（1.华南师范大学教育信息技术中心，广东广州，E-mail：mqqman@163.com；

2.杭州信核数据科技有限公司，浙江杭州，E-mail：13903069064@139.com）

摘　要：华南师范大学根据当前教育信息化应用的实际及其发展，针对学校在应用中多种品牌的存储设备共存，难以实行存储统一管理和存储容量的有效利用的问题，采用虚拟存储技术将多种品牌的存储设备进行整合，建成一个存储的应用与硬件设备配套相互独立的虚拟存储支撑系统，较好地解决了应用与硬件支撑的矛盾，促进了信息化的应用。

关键词：存储虚拟化　存储整合　CDP在线保护

Storage Virtualization Technology in the College Application——Case Studyof South China Normal University Virtual Application

Meng Qingquan¹　Yang Jianping²

（1.Educational Information Technology Center South China Normal University，Guangzhou，510631，E-mail：mqqman@163.com；2.Hangzhou infocore Data Technology Co.Ltd.，Zhejiang Hangzhou，E-mail：13903069064@139.com）

Abstract：South China Normal University under current education information application of actual and development，for school in application in the multiple brand of storage device exists with difficult to implemented storage unified management and storage capacity of effective using of problem，used virtual storage technology will multiple brand of storage device for integration，built a storage of application and hardware device supporting mutual independent of virtual storage support system，better to solution has application and hardware support of contradictions，promote has information of application.

Key Words：storage virtualization；storage consolidation；CDP Online Protection

引 言

教学资源相当于银行的存款，资源库相当于银行。教学资源是广大教师多年耕耘积累的经验，它是教师的教学的创造成果；是当代学生提高学习效率效果的重要基础。随着时代的发展，学生依托网络资源进行学习越来越多，各级各校学习对资源建设的投入越来越大，因此，学校的信息化教育越深入、越广泛，对资源的需要就越大，对支撑系统的稳定性、可靠性要求随之提高，一旦系统出现故障或学习资源被破坏，将导致无法进行教与学，学校里的教学资源就相当于银行，师生离开了它将无法进行正常的教学和学习。

一、当前教育信息化应用的困惑问题

1.服务器资源严重浪费。

当一台服务器部署多个应用系统时，经常发生应用系统不兼容，一个应用系统的故障引起服务器的宕机导致其他应用系统服务中断。为保证各应用系统的正常运行，各类服务器一般采用集中管理、独立运行模式。这种情况下，在获得应用系统稳定运行的同时，造成了服务器资源严重浪费。

2.存储资源利用率低，存储扩容难

目前高校绝大多数的应用服务器采用直连式存储，每增加一台服务器就需要增加相应的存储，导致存储分布散、扩容难、利用率不高、异构化严重、不易管理等问题。

3.应用系统的可靠性低

传统的服务器集群系统，需要大量的物理主机才能实现。由于资金原因，现有的绝大多数应用系统采用的都是单机系统，一旦主机有物理的损坏或系统有问题，就会造成应用的中断，恢复服务需要很长的时间。高校的很多应用系统，尤其是核心业务系统，更需要实现高可用，不会因为某一台主机的物理损坏或操作系统的问题，而造成服务的中断。

4.不能保护旧硬件和操作系统的投资，可维护性低

教学资源建设是一个长期的过程。在不同的时期，高校建立了各种各样的、资源丰富的应用系统。由于建设时期的原因，多数应用系统依赖当时硬件、操作系统、软件设计理念，随着时间推移原有系统硬件损坏后，只能重新购买硬件，安装新的操作系统，对该系统升级，在升级和维护中，各种新问题也层出不穷，服务不能得到可靠的保证，而且原有的硬件设备再利用率低。

5.数量庞大的服务器群管理任务繁重，无法提供优质服务

各种各样的应用系统，各种各样的服务器和存储，在不同的时期，因为不同的原因而建立，再加上高校内部人员的流动，造成管理任务的日益繁重和复杂化，也使得服务的质量日益下降。我们迫的需要一种方案，能够规范化、系统化的来管理这些应用系统。

二、存储虚拟化技术

虚拟存储，就是把多个存储设备，通过一定的手段集中管理起来，所有的存储设备在一个存储池（Storage Pool）中得到统一管理，从主机的角度，看到就不是物理设备，而是一个虚拟磁盘，就好象是一个按需分配超大容量的存储设备。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来，为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统，就称之为虚拟存储。

本应用采用基于网络的虚拟存储技术，应用存储虚拟化软件将设备首先创建一个逻辑空间，然后通过在物理磁盘空间和逻辑磁盘空间之间建立映射关系的方式来管理源数据。逻辑空间的创建，使得通过虚拟平台所提供的虚拟磁盘，可以被方便的创建和改变而无需对底层的物理硬盘做更多操作。以至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。主要是采用信核数据三种“存储引擎、SAN引擎、虚拟化引擎”的技术实现。信核数据的采用OSN（Open Storage Network）开放式存储平台技术。通过标准的FC/IP/SAS/Infiniband等协议管理管理存储设备，从而获取存储中的卷组信息。

华师选择信核数据的存储虚拟化平台的依据是，信核是采用的是开发式存储架构，支持常规的标准存储协议，做到强兼容。同时可提供二次开发API接口列表。做到与教学辅助平台的无缝链接。

三、华南师范大学存储虚拟化应用

（一）存储虚拟支撑平台的需求

当增加一个应用模块时，通过系统能自动或手动虚拟一个与应用的虚拟服务器对应的虚拟磁盘。当减少一个应用模块时，系统能自动或手动删去相应的所虚拟的磁盘。

1.实现将所有的各种存储器阵列集成一个虚拟存储器池，在物理上可视为一个磁盘。

2.根据应用模块随时划出一个存储空间与应用虚拟服务器对应，完成数据的存储管理。

3.实现存储的增删的动态管理。即，当应用发展的需要发现存储阵列中容量不足时，可随之增加虚拟磁盘容量。

4.具有对多种不同厂家和型号的存储阵列的管理。

5.具有应用模块的数据需求（数据类型、容量、运行系统等），自动或手动生成多各虚拟存储空间的链接表，供用户选择合适的对应数据存储服务。

6.建立各种存储阵列的参数与信息词典，清晰描述出各个存储器的基本的参数、存储着哪个应用的数据，本存储IP地址、可用空间、运行状态。

7.存储空间预警。

为解决上述困惑，经过多次研究和讨论，通过各种测试和实验，提出了建设华南师范大学多应用、多平台、多品牌支持系统的解决方案，本解决方案的目的是实现资源的有效利用，通过将新旧资源的重新整合，达到对教学资源众多的应用系统进行有效的支撑，并且，能够根据应用系统自身的并发、负载情况，动态协调软硬件资源，实现动态应用支撑调整。

（二）华南师范大学虚拟存储支撑平台架构

图1　虚拟存储支撑平台架构示意图

（三）存储虚拟化方案实施

1.异构存储虚拟化

信核虚拟系统多品牌存储设备整合

通过构建网络存储虚拟化平台，统一管理异构设备和各种数据，整合不同类型的存储资源，如hp、ibm、dell等品牌存储设备。异构结构图如下：

图2　多品牌存储异构结构图

信核虚拟系统对多品牌组成的存储池管理方法

信核虚拟存储管理解决方案将应用服务器与后端存储进行透明的分离，通过集成CDP、Snap Shot、DR、HA等多项增值保护功能，建立完整的数据保护体系，以经济高效的方式将数据损失风险降至最低，保证在发生任意单点故障的情况下，业务7×24小时的连续运行。

2.存储虚拟化与前端主机虚拟化的融合

华南师范大学的项目中采用了红帽的KVM主机虚拟化软件，红帽虚拟文件系统和信核虚拟化系统，都采用SAN或iSCSI底层通讯协议，这样可以将每个虚拟机的文件系统创建在共享的SAN或iSCSI集中存储阵列上。服务器平台上运行的是红帽GFS文件系统，GFS虚拟机文件系统，是一种高性能的群集文件系统，允许多个物理服务器安装同时访问同一虚拟机存储。

信核数据通过iSCSI和FC把磁盘存储空间提供给主机操作系统，在主机上建立GFS文件虚拟集群系统。就可以当成本地的磁盘来使用了。包括安装数据库文件、系统数据等。这样，建立起来的系统。构成了服务器和存储系统，从而实现了无缝融合。使整个平台完全实现虚拟化。

3.数据迁移

在不改变原有数据的前提下，将数据从现有的存储ADTX（诸如IBM/EMC/Netapp/HDS/HP等）平滑迁移至其他存储阵列（如HP-P4500＼DELL中或其它品牌型号的存储）上，对前端的业务等应用没有影响。

4.虚拟存储的动态负载均衡

存储动态虚拟化的实现的方式是，是在网络层通过Block块的技术去实现数据的同步写入。不依赖主机、存储系统。架构配置和管理灵活。可在不影响现有应用的情况下，透明实现存储集群，主要体现在以下几点：

（1）支持FC SAN＋IP SAN，统一存储实现应用混合使用；

（2）支持Standard、MPIO和Cluster，支持Active/Active和Active/Stand By模式；

（3）基于FC、IP的数据同步，对业务网络无负担压力；

（4）提供Cache能力，加速提升存储IO能力；

（5）存储故障自动切换和存储修复自动切换，提供99.99%的可用性，支持业务应用持续应用；

提供现有存储自动迁移服务，最大限度减少业务宕机时间。

5.CDP在线系统级实时保护和恢复系统

信核CDP产品具体实现的机理是：利用数据镜像或数据复制（同步或异步）策略，实现将待备服务器的待备数据纳入信核CDP平台的保护体系，以确保数据发生错误时，数据恢复到最新的时间点。同时，采用配合数据复制卷的时间点快照技术（快照流），通过时间指针的方式，按增量快照的方式记录下数据复制卷的变化，每一个快照对应一个时间点，记住了数据多个时刻的历史变化过程，产生多个基于时间点数据影像（自动情况下精确到每十分钟，手动情况下精确到秒级），这些数据影像不仅时间点细致精确，而且通过快照的回滚操作还可以直接使用，用户经过简单的设置就可以对快照数据进行操作，解决误删除、误操作、病毒破坏等造成的数据丢失，可以恢复到时间点上。

存储系统的虚拟化在华师大的应用及效益分析

1.可以集中管理分散的存储（存储品牌、IBM＼DELL＼HP），可以提高存储空间的利用率。

2.可以通过一个统一的存储管理界面平台或界面，来管理现有的存储设备。

3.可以随需扩展不同的异构存储品牌，同时通过TVM功能迁移将原来存储上的数据，通过底层技术迁移到新的存储上。

4.可以实现异构不同存储系统之间，数据容灾或复制。

5.可以按不同的存储性能分层存储，比如：根据磁盘品种分类，SSD/FC/SAS/SATA。

6.可以实现存储容量的分配，可以超出物理磁盘空间，随需扩容。

7.使用OSN PA功能后，可以提高低端存储系统的性能。

8.支持FC SAN＋IP SAN，统一存储实现应用混合使用。

在利用现有的主机和存储系统等硬件环境下，实现了存储数据整合。有效的利用了闲置的、不同接口的存储设备。提高了存储的利用率。同时也优化了原存储的性能。为了确保整合后数据的安全性和教学平台的连续性，采用最新的CDP在线保护软件，避免了人为的误删除、误操作、病毒损坏等造成的数据丢失。可以在最短最快几分钟的时间，立即恢复教学应用。

四、结束语

在高校教学支撑平台中部署和采用存储虚拟，是为了简化管理。同时实现运维管理一体化的目标。在高校中实现虚拟化能给当代大学生，搭建一个虚拟化教学应用环境。让学生把理论知识结合实际。为社会和企业培养实用性人才，奠定了基础。

虚拟化技术是个全新的技术。是在现在大数据量、多应用、多品牌存储系统环境下推出的。先是在高校中普遍应用，逐渐会在企业、政府、金融、运营商中展开。虚拟技术的推进，需要我们主管信息化的领导参与，大胆尝试，不断的创新。最终才能得以推广。

参考文献

［1］ 任永坚.存储管理和数据保护.http://www.infocore.cn.2006.06

［2］ 存储在线.存储技术.http://www.dostor.com