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1白皮书虚拟化iSCSISAN:实现虚拟化基础架构的灵活、可扩展的企业级存储iSCSI是一种灵活且强大的存储区域网络(SAN)协议,可为各种规模的企业提供出众的性能和优势.
除了具备企业级的数据可用性和性能外,iSCSI协议还实现了突破性的虚拟存储设计,可以与VMwareInfrastructure3等服务器虚拟化技术的高级设计并行.
各种规模的企业都在使用iSCSI和高级虚拟化技术构建灵活的存储基础架构,从而动态地分配和转移SAN资源来响应其虚拟化服务器环境的需求.
本白皮书描述了一个采用了存储和服务器虚拟化技术的虚拟化基础架构,它经济有效地实现灵活、高性能、且易于管理和扩展的动态IT基础架构.
服务器虚拟化服务器虚拟化是目前最重要的IT技术趋势之一.
将服务器硬件和软件作为独立的基础架构组件来进行管理可以大幅度提高数据中心的运行效率.
在VMwareInfrastructure中实施的整合和控制解决方案通过将硬件和运行费用降低多达50%来应对服务器蔓延和利用不足的挑战.
虚拟化基础架构还可以简化服务器部署,并实现资源管理自动化,从而优化容量和基础架构管理.
VMware虚拟化技术实现了将完整的x86服务器,包括硬件、操作系统、应用程序和配置,集成到便携式虚拟机套件中.

虚拟化iSCSISAN2假设具有足够的处理器、内存和磁盘存储器,只要一个运行服务器虚拟化软件的硬件系统就可以支持多个客户虚拟机.
通过使用相同的操作系统程序来创建系统请求,该系统将按照与物理环境完全相同的方式处理应用程序和数据.
唯一不同的是该操作系统现在是在虚拟化系统环境中运行的虚拟化客户操作系统.
虚拟机文件可以从一个服务器硬件平台透明地迁移到另一个服务器硬件平台,使得管理员能够根据应用程序工作负载的变化分配和转移物理服务器资源.
由此创建的可扩展、高弹性、灵活的服务器环境实现了资源利用率提高、IT灵活性改善和运行费用降低.
存储虚拟化目前,大多数IT专业人士都将存储虚拟化定义为允许离散存储系统作为单个资源运行的技术.
由于服务器虚拟化最近取得的进展,存储虚拟化的概念被进一步提升为在存储硬件和逻辑数据卷之间创建抽象层的方法.
假设具备充分的协议支持(如同iSCSI),设计中的虚拟化存储产品将允许在多个(且不同的)物理存储资源之间实现数据卷定位和分段,这些资源包括存储系统、RAID群组、磁盘类型以及控制器.
存储虚拟化不仅有助于提高性能和可扩展性,还可以在不中断正在使用数据的操作系统和应用程序的情况下实现数据卷从一个资源集到另一个资源集的透明迁移;由此形成的可扩展、高弹性、灵活的存储环境提高了存储利用率并大幅度降低了运行费用.
VMWAREINFRASTRUCTURE对于企业级存储网络的要求在VMwareInfrastructure3环境中,多个物理服务器联网到协作的计算资源集中(请参见图1).
每个x86标准服务器并非运行标准的Linux或Windows操作系统,而是运行VMwareESXServer,这个经过生产实践的强健的虚拟化层将处理器、内存、存储器和联网资源抽象到多个虚拟机中.
VMwareInfrastructure套件允许多个x86物理服务器整合为一个汇集了处理器、内存、磁盘和联网容量的资源池.
虚拟机也被部署为了资源池,而非特定机.
图1:使用SAN存储的ESX群集SAN架构3虚拟化iSCSISANVMwareVirtualCenter实现集中式管理、运行自动化、资源优化,以及基于VMware基础架构的IT环境高度可用性.
在VMware环境内,虚拟机的配置参数、操作系统、数据集和应用程序都封装在一系列文件内,由VMWarevStorageVirtualMachineFileSystem(VMFS)文件系统管理.
VMFS是一种高性能的群集文件系统,允许多个ESX服务器同时访问同一台虚拟机的存储器.
它可以实现基于虚拟化的分布式服务,例如运行中虚拟机的动态迁移、故障虚拟机在另一台物理服务器以及群集或不同物理服务器之间的虚拟机上的自动重启.
该架构几乎能够运行任何客户操作系统、其应用程序以及其数据,而无需修改群集中任何物理服务器.
随着需求的增长,可以将更多的服务器资源无中断地添加到ESX服务器群集,并且能够均衡当前的工作负载,以利用新增的资源.
何为iSCSIiSCSI是由互联网工程任务组(IETF)制定的标准存储存取协议,利用基于IP的网络连接建立服务器和存储器的相互连接.
iSCSI是建立在SCSI和TCP/IP协议的基础上,这两个协议是目前通用的主要存储和网络标准.
由于简单整合、互操作性、相对较低的成本以及其利用企业原有的联网技术达到快速广泛应用的能力,iSCSI得到广泛认可.
基于软件的启动器(启动器通常可供所有主要操作系统以最低费用或免费使用)利用包含在服务器和台式电脑中作为其基本功能的标准以太网接口,从而得到了广泛运用.
由于该技术的低门槛(极低费用或免费),加上对目前IT企业已有的基础IP网络技术的应用,企业可以容易且迅速地采用实惠的iSCSI技术.
利用普通IP网络,iSCSI在服务器上的iSCSI启动器和存储设备的iSCSI目标之间传输块级别的数据.
iSCSI协议将SCSI命令进行封装,并将数据汇编在TCP/IP消息包内,通过点到点连接在网络内进行传输.
当封装的SCSI命令到达存储设备时,存储设备会解开TCP/IP消息包内封装的SCSI命令,以便处理.
当iSCSI启动器与iSCSI目标连接时,操作系统将存储设备视为可以照常格式化的本地SCSI设备.
该进程对于应用程序、文件系统和操作系统而言是透明的.
通过将存储与iSCSI存储区域网络(SAN)整合,多个平台可以共享同一存储,从而极大提高利用率和效率.
使用标准的千兆以太网网卡连接服务器和存储使得iSCSI成为既简单又实惠的技术.
当今的高速CPU可以在标准网卡上以线速运行iSCSI,并且只占用少量的CPU.
由于千兆以太网网卡是服务器的标准配置,因此,不需要额外的成本,而管理员也无需为安装适配卡而烦恼.
综上所述,相较于光纤信道,标准网卡和成本较低的以太网交换机展现出令人信服的成本节约能力,同时保持SAN的性能优势.
成本节约还不仅仅局限于硬件成本.
如果采用iSCSI,IT部门还可以利用其现有的IP网络专业人才,而无需专门培训的人员;对于网络基础架构的熟悉消除了基于光纤信道的SAN带来的复杂性问题.
虚拟化iSCSISAN4有效的VMware部署取决于存储,也就是SAN,的共享存取.
SAN帮助确保每个ESX服务器几乎可同时存取任何虚拟机的数据集,实现了立即重新托管虚拟机;从而消除了将虚拟机文件、应用程序和数据从一个ESX服务器复制到另一个服务器所需的耗时过程.
SAN可以支持VMwarevCenterServer(以前称为VirtualCenter)具有的强大功能,包括VMotion技术,该技术可无中断实现主动虚拟机的在线迁移;以及分布式资源调度(DRS)技术,它是基于可根据情况变化调整的规则持续平衡资源池内的虚拟机工作负载.
当负载增加时,VMwareDRS自动分配额外的资源,并利用VMwareVMotion实现虚拟机在资源池内主机之间的透明迁移,以确保满足服务级别协议.
VMware高可用性(HA)监控群集内ESX服务器是否正常运行,当某一台ESX服务器出现故障时,将会在群集内的另一个服务器上重新托管并重启受故障影响的虚拟机.
VMwareHA让整个虚拟化IT环境具有统一的高可用性,而没有依赖于操作系统或特定应用程序的故障转移解决方案所需的费用和复杂性.
除了网络存储的要求以外,虚拟化环境还提高了对高性能、高可用性、高弹性存储的需求,以满足汇集工作负载的需要.
随着越来越多的关键应用程序、生产工作负载和数据资产整合在相对较少的资源内,对于存储资产的高性能、无中断可扩展性和持续可用性的需求也越来越高.
在构建虚拟化IT基础架构时,专为任务关键型部署设计的企业级存储是基本要求.
特别是,应部署定制的存储架构,包括镜像内存写缓存、完全冗余热插拔组件、联机热备用磁盘、环境监控以及具有RAID保护的企业级磁盘驱动器.
另外,还需要存储控制器和I/O通道故障切换等高级可用性功能,以保证即使在组件故障时也能存取数据.
此外,还应该考虑评估在该存储系统内启用的数据保护软件功能.
假设基于SAN的基本工具均可以使用且已启用,SAN内的存储整合可以实现一致的数据保护和灾难恢复应用.
节省空间、非侵入式的基于快照的时间点备份以及基于阵列的高效复制工具应视为虚拟化环境下存储基础架构的基本要求.
目前具有在虚拟化环境中应用这些工具的多个用例,其中包括灾难恢复、虚拟机的联机备份与快速恢复、对丢失或损坏的数据文件的简单提取、利用用于生产和临时用途的快照和克隆快速自动配置虚拟机和数据集,以及针对企业数据资产的无服务器磁带与磁盘的备份和恢复.
在进行部署之前,应该先对存储平台进行全面评估,从而不仅反映出其稳健性和功能设置,还反映出其使用寿命内的总拥有成本,还应特别考虑在性能和容量方面所需的系统增长.
5虚拟化iSCSISANESX服务器和ISCSI随着VMwareInfrastructure3的出现,iSCSI启动器集成到ESX内核中,从而可实现直接从ESX服务器对iSCSI存储的本地存取.
可以提供硬件启动器(QLogicQLA405x、QLA406x)和软件启动器.
其中软件启动器支持网卡分组(对多个接口间的单个逻辑连接进行多路复用).
而硬件启动器包括对多路服用和从SAN启动的支持.
通过消除对基于光纤信道的高成本、复杂的SAN部署的需求,iSCSI支持可以增强中小企业中成熟VMware基础架构部署的潜力.
基于iSCSI的SAN的购置、实施和运行成本实际上低于基于光纤信道的SAN,从而有助于消除采用服务器虚拟化技术的经济壁垒.
此外,基于iSCSI的高级系统架构还有助于显著改变客户对于中端市场和企业级部署的期望,虽然这一点尚未得到广泛认可.
将iSCSI协议接口添加到传统存储系统设计中没有充分利用iSCSI协议的潜力,因而不会充分解决当今IT管理员所面临的存储管理挑战.
即使引入iSCSI,使用传统存储系统的存储管理员也需要具备与配置及调谐存储阵列、RAID几何结构与数据布局注意事项、应用程序工作负载分析、强制数据迁移以及复杂系统升级等相关的专业知识.
ISCSI如何实现虚拟化SAN存储虚拟化可以简化自动配置和持续管理,提高存储利用率,提供无限的容量与性能可扩展性,以及实现数据集在控制器和存储层中的在线迁移.
通过将基于网络的存储整合到一个可实现容量和性能(如同在DellEqualLogic环境中一样)任意增长的简单、灵活的整合存储池中,存储虚拟化成为简化虚拟化IT基础架构的关键促成因素.
先前,在SAN环境中对存储虚拟化技术的采用有限,主要用于需要在线数据迁移工具以在异构存储环境之间进行在线数据迁移的企业级数据中心.
这种外接式设计实现了异构存储和数据移动,但没有简化配置管理.
大多数此类设计已经作为存储区域网络中的外部设备得到实施.
这些设备通常让已经很复杂的环境变得更加复杂,因为它们在SAN中引入了更多的管理点,掩盖了附加阵列的增值功能,并且使整合SAN存储池的性能和可扩展性局限于托管后台存储的单个网关.
而在iSCSI范围内,更为简单的设计方案让存储虚拟化的保证更容易实现.
最高级的存储虚拟化技术能够虚拟化存储设备级别的存储.
通过将多个控制器汇集到协作的资源集中,也就是通过虚拟化控制器中磁盘间的卷以及SAN中存储系统间的卷,该方法有助于实现可扩展的性能和容量,并减少整理管理需求.
DellEqualLogicPS系列存储阵列是"向外扩展"架构设计的出色示例.
具有讽刺意味的是,尽管具有出众的简易性,但在基于光纤信道的SAN环境中几乎不存在这种设计,这主要是因为光纤信道网络部署内在的架构限制.
虚拟化iSCSISAN6光纤信道SAN中的设备是通过全球通用名称(WWN)连接到网络中,WWN是在设备硬件/固件中专门指定并编码的物理端口地址.
SAN中的所有设备均指定了WWN,包括每台主机服务器中的每个物理端口以及存储控制器中的每个物理端口.
此外,在将主机添加到SAN中时,主机与存储阵列之间的数据通道是静态设置的.
这其中包含了光纤信道SAN的不灵活性.
SAN的拓扑结构本身难以硬编码到该环境中,使得基础架构内的更改变得繁琐、耗时且容易出错.
而主机、网络结构或存储层中的资源扩展加大了整个基础架构中的更改,从而导致应用程序和基础架构的强制停机.
相反,TCP/IP网络支持虚拟寻址和动态路由选择,因此通过网络的路径不是静态定义的.
凭借DHCP可以动态指定地址,或通过地址代理可以虚拟化物理地址,从而使网络中的设备透明地代表网络中的其他设备.
如果可从网络中获知正被存取的资源的IP地址,则请求存取的实体(例如SAN启动器)在无需事先获知这些路径或资源的物理地址的情况下便可以动态查找资源.
IP地址代理有助于在多个EqualLogic存储控制器之间实现存储存取完全虚拟化.
例如,在EqualLogic组中,每个成员阵列均具有3个主动物理千兆以太网端口;那么,包含4个成员的组一共有12个主动以太网端口,因此可以提供12Gb/s的峰值带宽.
而且每个以太网端口均被指定了一个IP地址.
该组中的成员知道并且协调使用这些IP地址和基本物理资源.
SAN中所有主机对该组的外部存取是通过组IP地址专门进行寻址的,而该IP地址是高于所有基本成员IP地址的唯一IP地址.
SAN基础架构中的附加主机知道的唯一IP地址就是组IP地址.
任何物理千兆以太网端口均可供I/O使用.
防止SAN中的主机系统了解为其数据提供服务的存储的拓扑结构至关重要,特别是在虚拟化服务器环境中.
通过虚拟化所有的物理I/O端口,可以创建灵活的存储公用设施.
目前可以池化SAN中的存储资产,从而实现一系列功能,最大程度地提高存储利用率和效率并突破与单个存储控制器之间的单一物理端到端连接的限制.
主机无需知晓存储公用设施中保存数据的位置便可存取数据,使得数据卷可以跨越控制器边界并利用多个控制器的组合资源.
控制器之间进行互相协调,以便平衡工作负载和优化存储资源利用率.
可以无缝实现存储基础架构中的更改,而不影响主机连接性或数据存取.
基于iSCSI的基础架构可以无中断地进行扩展,还可以自动应用更多的控制器和磁盘的资源,以便提高性能和容量.
在该公用设施中可以无缝集成多个存储层,从而为数据卷中的数据自动布局提供基于数据卷存取模式的相应层.
7虚拟化iSCSISAN如上所述,灵活的存储架构在虚拟化服务器环境中特别具有吸引力,因为服务器与存储基础架构的向外扩展架构互相补充,从而提供端到端的虚拟化基础架构.
通过共同部署,IT管理员可以提供无中断的工作负载迁移并平衡所有的物理资源(存储和服务器资源),以及无需干预和调谐便可立即应用于已有的服务器和存储工作负载的在线资源扩展,从而实现特别适应业务需求变化的基础架构.
DELLEQUALLOGIC虚拟化ISCSISAN虚拟化的iSCSISAN补充且从特性上相当于VMwareESX服务器群.
EqualLogic虚拟化iSCSISAN(请参见图2)的基础是PS系列存储阵列.
每个阵列均完全冗余,并具有磁盘、多个高性能网络接口、具有镜像电池备份缓存的冗余控制器以及其他高级功能.
这些磁盘可通过RAID(RAID10、RAID50或RAID5)和热备份功能自动加以保护.
现有多个型号的阵列,从而可以充分利用高性能10K和15KRPMSAS驱动器或低成本、高密度的SATA-II驱动器.
PS系列存储组由一个PS系列阵列或多个阵列组成.
存储组是一个虚拟化资源,对于ESX服务器而言,存储组就像一个提供到单个大型存储池——由单个实际可扩展的高性能存储系统组成的存储区域网络(SAN)——进行网络存储存取的实体.
不同于将多个控制器作为独立管理的存储孤岛的传统SAN,图2:EqualLogic虚拟化iSCSISANEqualLogicSAN中的每个组成员均可与其他成员协作,以自动执行资源自动配置和性能优化.
ESX管理员可以从EqualLogic组存储池中创建数据卷.
该组将其数据卷作为受安全措施(包括验证和授权)保护的iSCSI目标导出.
连接时,ESX服务器将EqualLogic卷用作VMFSDatastore,其中包含多个虚拟机和虚拟磁盘.
其中的一个变化是原始设备映射(RDM).
RDM提供了虚拟机直接存取物理存储子系统上LUN的机制.
以太网架构虚拟化iSCSISAN8另一种方法是采用单独客户操作系统的本地iSCSI软件启动器来直接连接到驻留在SAN上的卷.
自动负载均衡卷分部在存储组的成员阵列中,在添加资源或工作负载改变时会不断调节数据布局和存取,以便实现最佳性能.
当阵列作为组成员进行添加时,其磁盘空间将添加到该组的存储池中.
可以在存储池的成员之间自动对卷进行重新分段和分布.
还可以根据ESX服务器群生成的工作负载动态调节控制器资源.
在组成员资源之间可以对传输到组的数据和网络I/O自动进行负载均衡.
随着容量和性能需求的增加,可在容量和性能方面对组进行线性扩展,并且所有这些都是在线进行.
新成员从组中"了解"配置和性能信息,而无需手动干预.
在扩展组时,可自动进行数据和客户端连接负载均衡.
I/O活动将得到监控,并且视需要调节数据和网络连接.
无中断的可扩展性可扩展模式可对各种大小的存储实现自动化在线扩展,而且PS系列架构几乎可以消除因扩展或管理存储系统导致的停机.
由于可轻松增加容量,IT管理员只需购买当前应用程序所需的存储,从而有助于缓解因大量购买造成的预算限制.
虚拟化SAN环境的其他潜在优势包括透明的存储层应用.
EqualLogic存储组可以使用包含在存储池中的多个存储层,并可根据工作负载自动优化数据布局.
或者,可以将存储层细分为多个独立的资源池,以确保特定资源用于特定工作负载,同时保持将卷从一个层在线迁移到另一个层以及完全透明迁移到ESX主机服务器的灵活性.
快速、智能的自动配置在EqualLogic环境中,点击按钮就可以轻松快速地自动配置存储.
配置、管理和扩展存储所需的主要功能是自动进行的,从而减少与卷和容量增长相关的管理任务.
鉴于PS系列软件内置的智能功能,在自动配置时可以自动做出与RAID类型及数据布局相关的决策,并随着新配置存储的工作负载模式的发展优化上述决策.
在获得新资源时,可根据需要随时随地自动应用资源.
通过消除复杂任务和实现快速灵活的存储自动配置,PS系列解决方案可明显降低购置和持续运行成本,并使中端存储系统用户可以使用企业级的共享块存储.
自动精简配置扩展了EqualLogic现有的自动配置功能,有助于模块化PS系列的"按需购买、渐进扩展"存储模式更加无缝地适用于服务器和应用程序.
自动精简配置是一种重要的高级功能,允许根据需要自动添加物理容量,直至预设限制.
利用高级的自动精简配置功能,可以为服务器和应用程序实现无缝的"按需购买、渐进扩展"存储管理和虚拟化.
在创建卷时,可针对应用程序的长期需求调整卷的大小,无需从一开始就配置全部物理存储量.
9虚拟化iSCSISAN而是在应用程序需要更多存储时,将从自由池向该卷分配容量.
EqualLogic的自动精简配置功能具有高度的灵活性和用户安全控制.
其中包括根据需要为任何卷打开及关闭自动精简配置功能,从而允许用户以负担得起的成本测试最适合自动精简配置的应用程序和卷,同时让用户知道他们能够联机返回"正常"的自动配置.
EqualLogic的自动精简配置实施还增强了警告和控制功能,凭借用户定义的前瞻性阈值警告和控制功能,管理员可以依赖于自动化空间分配,而无需担心达到分配限制或意外损耗物理存储.
自动化管理PS系列架构可通过多种方式简化存储管理.
它将自动进行RAID配置和热备份,而在资源和性能指标发生改变时,也可自动进行动态存储和网络I/O负载均衡.
因此,管理员不必再手动将应用程序数据映射到特定的物理设备及控制器.
这种自动化虚拟存储系统的主要优势在于在组扩展时仍然保持稳定的存储管理.
所有管理均通过EqualLogicGroupManager这一直观的单窗格管理控制台在组级别进行.
由于组是作为单个逻辑系统进行管理,所以可以保持固定的存储管理持续运行成本,即使在存储增长时也是如此.
针对服务器和存储的灵活、可扩展的虚拟化环境iSCSI是实现可扩展、经济有效且高性能的虚拟化SAN环境的主要技术,是对虚拟化服务器环境的完美补充.
利用DellEqualLogicPS系列基于iSCSI的设计实现的存储虚拟化具有高性能、可扩展性、易用性和灵活性.
因此,服务器和存储资产均变成完全虚拟化(请参见图3),可从各自所在的物理硬件进行提取.
虚拟化服务器资产可以利用经过池化的物理服务器资源组.
同样地,虚拟化的存储卷可以利用经过池化的物理存储资源组.
将虚拟化服务器和虚拟化存储技术相结合,可以创建简单灵活的IT基础架构,形成具有一系列共同优势的综合解决方案,从而提高IT灵活性,减少总拥有成本,并降低复杂性.
这些潜在优势包括:虚拟化资产在整合硬件上的汇集:运行过程和最佳实践方法可实现标准化,并一致地应用于存储和服务器资产(物理和虚拟),从而形成具有更高资源利用率、更高服务水平以及更强信息资产保护的弹性基础架构.
简单的集中式管理:通过可从网络上几乎所有位置访问的直观图形管理工具进行集中化管理,实现更高的管理效率,从而提供自动配置、监控以及管理整个虚拟化基础架构的全面视图.
虚拟化iSCSISAN10对虚拟化资源的灵活且快速部署:通过采用适合于服务器和存储的快速自动配置方法来缩短自动配置和部署新应用程序的时间,企业可以迅速适应不断变化和增长的业务需求.
无中断的在线资源再分配和扩展:当工作流程和业务优先级发生变化时,无需中断运行便可轻松对存储和服务器资源进行在线再分配.
另外,还可以轻松地在线扩展物理资源,而无需停机.
可在不中断应用程序的情况下,自动重新平衡新增资源之间工作负载.
基于IP网络的常用基础架构:通过让所有操作以IP网络为基础来简化IT环境,包括用于客户端存取的互相连接、服务器之间的通信、存储存取,以及异地数据复制.
企业原有的IP网络专业技术得到了充分利用,从而有助于降低培训和持续管理成本.
图3:与虚拟化存储结合的虚拟化服务器总结虚拟化的iSCSISAN正在改变客户轻松部署、管理和增长企业存储基础架构的体验.
企业级弹性:凭借物理服务器、网络及存储架构中固有的冗余,以及在基础架构内每一层中实施的组件故障检测和故障转移软件,整体的可靠性、可用性以及服务水平得到了增强.
高级数据管理和灾难恢复:大量服务器和基于SAN的数据保护工具确保企业的关键资产得到保护,并可在本地或远程站点立即恢复.
它们降低了传统存储区域网络架构的技术难度和成本障碍,但不损及虚拟化IT基础架构要求的性能、可扩展性和弹性,因而被视为是实现虚拟化服务器技术广泛应用的唯一途径.
因此,各种规模的企业现在都在使用EqualLogiciSCSISAN作为其虚拟化基础架构的支柱.
从特性上来说,服务器和存储虚拟化都具有降低复杂性和提高灵活性的功能,包括虚拟化资产管理、在线递增、工作负载迁移以及负载均衡等.
EqualLogic虚拟化iSCSISAN和虚拟化服务器技术的互补作用设计用于实现简单、具有成本效益且动态的企业级IT环境.
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