論虛擬存儲技術及其在視頻網絡中的應用

論虛擬存儲技術及其在視頻網絡中的應用

論虛擬存儲技術及其在視頻網絡中的應用

中國西部地區電視技術協會2003年年會電視技術論文評比二等獎

一、存儲需求催生虛擬存儲

隨著圍繞數字化、網絡化開展的各種多媒體處理業務的不斷增加，電視臺的媒體數據正日益膨脹。數據存儲變成了新的難題，存儲系統網絡平臺已經成為各種網絡系統中的一個核心平臺。視頻網絡中的各種應用對存儲網絡平臺的要求也越來越高，它不僅表現在對存儲容量的要求，還包括對數據訪問性能、數據傳輸性能、數據管理能力、存儲擴展能力等等多個方面的要求。具體表現有一下幾點：

1、支持從異構主機到異構存儲系統的透明訪問。即服務器可以運行異構操作系統,例如Windows、Unix或Linux等等。存儲設備可以來自不同的供應商，無論是EMC、康柏、HP、還是StorageTek的存儲設備，都可以順利地接入系統。

2、支持24×7小時的數據可用性。我們知道，電視臺網絡系統的時效性是很強的，這樣就要求網絡系統必須具有極高的可靠性。首先要求系統有較高的容錯性，例如控制器要有高可容錯性，存儲子系統要求具備容錯冗余；其次故障恢復時間要求很短，或盡可能做到進行系統維護、設備更換時，不中止應用程序的使用。

3、高性能的數據訪問。非線性制作網絡中的編輯工作站任何時候都需要無阻礙的實時、快速的獲得所需要的各種數據。

4、數據安全性。只允許有訪問權的用戶進行相應數據的訪問，同時能夠提供靈活的備份方案和措施，支持數據保護和恢復；

5、平滑的存儲容量擴展。視頻網絡的建立是受建網時所處的技術、具體工作需要所限制的。任何單位都要或多或少地面對網絡升級的問題，我們希望存儲網絡上添加存儲設備的過程是透明，而且任何工作站都不需停機。

6、簡化管理、降低管理成本。客戶是產品的使用者，所以越來越多的系統操作環境，使用不同廠商的硬件和軟件產品，且彼此不能兼容，管理起來的確不是一件輕松的事情。操作友好、管理簡單是未來產品的發展目標。

這些對存儲網絡平臺的要求歸結起來就是：如何以有限的人力、物力資源，經濟有效地管理不斷增長的數據，簡化管理異構操作環境的復雜性。虛擬存儲技術以其獨特的優勢成為廣播電視行業應對上述挑戰的最佳解決方案。

二、虛擬存儲的概念及特點

一段時間以來，不同版本的虛擬存儲（Storage Virtulization）概念相繼涌現，有從軟件角度詮釋的，也有從硬件角度進行例證的。每個廠商都有根據對虛擬技術的理解向用戶提供的實用產品。在虛擬存儲方面真可謂百家爭鳴，所以很難對虛擬存儲的概念給出一個清晰而準確的描述。

盡管如此，總結一些虛擬存儲的共同特性可以看出，所謂虛擬存儲，就是把多個存儲介質模塊（如磁盤、磁盤陣列）通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一?quot;存儲池"（Storage Pool）中得到統一管理。在虛擬存儲環境下，無論后臺物理存儲是什么設備，服務器及工作站看到的都是其熟悉的存儲設備的邏輯鏡像。即使物理存儲發生了變化，這種邏輯鏡像也不會改變，系統管理員不必關心后臺存儲，只需專注于管理存儲空間，所有的存儲管理操作，例如系統升級、建立和分配虛擬磁盤、改變RAID級別、擴充存儲空間等都比以前容易的多，存儲管理變得輕松簡單。

從用戶的角度來看，可以用一句更簡單的話來概括虛擬存儲--使用存儲空間而不是使用物理存儲硬件（磁盤、磁帶），管理存儲空間而不是管理物理存儲硬件。

虛擬存儲具有以下幾個特點：

1、虛擬存儲可以大大提高存儲系統的整體訪問帶寬，這也是其對于視頻網絡系統來說最有價值的一個特點。我們知道，視頻網絡的存儲系統一般是由多個存儲模塊組成，而虛擬存儲系統可以很好地進行負載平衡，把每一次數據訪問所需要的帶寬合理地分配到各個存儲模塊上，這樣系統的整體訪問帶寬就增大了。例如，一個存儲系統中有4個存儲模塊，每一個存儲模塊的訪問帶寬為50MB/s，則這個存儲系統的總訪問帶寬就可以接近各存儲模塊帶寬之和，即200MB/s。

2、虛擬存儲提供了一個大容量存儲系統的集中管理手段，由網絡中的一個環節 (如服務器)進行統一管理，避免了由于存儲設備擴充而帶來的管理方面的麻煩。例如，使用一般的存儲系統，當在增加新的存儲設備時，整個系統(包括網絡中的諸多用戶設備)都需要重新進行繁瑣的配置工作，這樣才可以使這個"新成員"加入到存儲系統中。而使用虛擬存儲技術，在增加新的存儲設備時，只需要網絡管理員對存儲系統進行較為簡單的系統配置更改，客戶端無需任何操作、只是感到存儲系統的容量增大了。

3、虛擬存儲技術為存儲資源管理提供了更好的靈活性。它可以將不同類型的存儲設備集中管理使用，保障了用戶以往購買存儲設備的投資。

三、虛擬存儲的實現方式

隨著越來越多的廠商都在發展各自的技術，虛擬存儲技術已經融合到存儲系統結構的各個環節中。從系統的觀點看，有三種主要的虛擬存儲實現方式：基于服務器的虛擬存儲、基于存儲設備的虛擬存儲以及基于存儲網絡的虛擬存儲。如圖1所示。

下面對這三種虛擬存儲的實現方式分別進行介紹。

1、基于服務器的虛擬存儲

基于服務器的虛擬存儲是通過將虛擬化層放在服務器上實現的。這種實現方式不需要額外的特殊硬件，虛擬化層以軟件模塊的形式嵌入到服務器的操作系統中，將虛擬層作為擴展驅動模塊，為連接服務器的各種存儲設備提供必須的控制功能。

這種方法有其自身不可避免的缺點：首先，兼容性不好，由于虛擬化層駐留在服務器上，因而軟件模塊就必須能嵌入到各種類型的操作系統中，增加了軟件實現的難度。因此，這種方法往往適合配置在系統采用同一個廠商的服務器，甚至是一個同構的存儲環境中。這顯然增加了用戶的設備依賴性和局限性；其次，需要采用集中管理策略，這種虛擬化的技術實際上是在一個分布式的環境中實現的，當任何一個服務器對數據進行惡意或非法的操作時，就可能會影響到所有連接到存儲設備的數據的完整性和一致性，因此需要適當的集中管理策略； 最后，這種實現方法從客觀上造成了主機的負載和復雜度的增加。

但是，因為不需要任何附加硬件，基于服務器的虛擬實現方式最容易實現，其成本最低。目前已經有成熟的這類軟件產品

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