儲存虛擬化門派眾多　值得逐一研習

Global Name Space架構示意圖

前言：
簡言之，儲存虛擬化的最大特色，無非就是統合企業內部所有異質儲存資源，使之能被集中控管；其基本運作原理，就是將實體、邏輯兩個層次區隔開來，因此前端應用伺服器只需要與邏輯層打交道，無須理會其資料是擺放在哪個儲存實體。儘管如此，儲存虛擬化方案有不同型態，仍值得企業逐一釐清與比較。

本文：
事實上，假使以最廣義的格局來詮釋「儲存虛擬化」，牽涉的範圍著實不小，甚至一些已經讓企業習以為常的技術應用，其實骨子裡或多或少都涵蓋了儲存虛擬化的因子。

以過去甚受企業所倚重的磁帶為例，可以模擬為磁碟空間，繼而搭配HSM( Hierarchical Storage Management)階層式儲存管理技術，作為磁碟之外的第二或三階儲存架構，在此情況下，一些讀取頻率逐漸減低的資料，即可從第一階的磁碟移轉到磁帶，移轉過後原磁碟只會保留索引，因而騰出儲存空間。

上述頗適用於大量資料歸檔的應用，可被歸類為一種儲存虛擬化模式。此後，因SATA磁碟陣列成本下滑，硬碟的價位不再高不可攀，於是反過頭來發展出虛擬磁帶櫃(Virtual Tape Library；VTL)技術，將磁碟陣列硬碟空間模擬為磁帶，藉以改善資料備份效率，也算是另一種型式的儲存虛擬化。

當然，前面所提到與磁帶或VTL相關之技術，與企業認知的「儲存虛擬化」定義，著實不盡相同，也並非當下亟欲統合儲存資源、提升儲存空間的重點所在；真正的菁華，仍在於植基檔案系統或儲存系統的儲存虛擬化解決方案。

全域命名空間　共享磁碟路徑
論及以檔案系統為基礎的儲存虛擬化方案，一般分為兩大類型，一是作業系統層次的虛擬化，另一則是奠基於「全域命名空間(Global Name Space)」的檔案分享虛擬化。針對作業系統層次的檔案系統虛擬化部分，早期做法是，將檔案系統建立在固定的磁碟分區(Partition)之上，相當缺乏彈性，有鑑於此，業界遂發展出LVM(Logical Volume Manager)技術，使得檔案系統能夠跨越於多個實體硬碟(Physical Disk Volume)，正因如此，檔案系統即可拜磁碟資源的擴充能力所賜，得以執行線上擴增，至於LVM所依附的主要作業系統，則包括了AIX、HP-UX、Oracle Solaris或Linux作業系統，而在Windows Server方面，自Windows 2000 Server開始，用戶已可經由「磁碟管理」的MMC管理工具，把本機磁碟機掛載(Mount)在本機NTFS磁碟區的任何白空資料夾之上，某種程度來看，也可算是實現了LVM功能。

在全域命名空間部分，則更是當前備受重視的檔案層級虛擬化技術。回顧過去，意欲在網路上傳輸或分享檔案，用戶端電腦與檔案伺服器、NAS儲存設備或伺服器內建硬碟之間，透過「通用命名約定(UNC)」來認定存取路徑，意即由UNC負責提供目錄與路徑，使得用戶端電腦存取網路上的檔案；只不過，這般做法存在一大致命傷，以一個跨國型的龐大應用環境而論，用戶端電腦、檔案伺服器、NAS儲存設備、主機分享目錄等四者之間的存取連結關係極其複雜，不僅導致IT管理者負荷吃重，也衍生了「牽一髮即動全身」的缺憾，企業如果要更新任何一項設備，抑或更改任何一條連結關係，都算是茲事體大，將迫使其餘眾多存取路徑，必須跟著修改。

由此觀之，傳統的UNC路徑存取模式，顯然不是很理想的選擇；反觀Global Name Space技術，則是可將多台NAS、檔案伺服器、主機分享目錄，加以統整成為單一目錄，接著在用戶端電腦與這個單一目錄之間，安插一個虛擬層，由該虛擬層為不同來源賦予虛擬位置，以利使用者連結到他所需要的檔案，不必深究這些檔案源自哪些儲存載體，操作過程大為簡化。

而為了營造資料存取的高可用性，全域命名空間伺服器在為使用者提供存取路徑的同時，也會在其餘路徑留存一份拷貝，一方面避免檔案因故損毀，二方面亦可在原始路徑I/O滿載時，隨即導向另一條負擔較輕的路徑，以收到負載平均效果，藉此確保企業網路內的所有資料存取效率，得以維持在較高的水平。

植基儲存系統之虛擬化　呈現百花齊放局面
有關植基於儲存系統的虛擬化解決方案，在眾廠精銳盡出的狀態下，呈現出多元化樣貌，在在都值得企業予以鑽研。首先談到「磁碟容量虛擬化」，係以精簡自動配置(Thin Provisioning)技術為主體，顧名思義，就是要解決傳統SAN磁碟陣列完成LUN配置後，其OS層級的檔案系統無法再行擴充之難題，畢竟這個缺憾，可能迫使企業在儲存空間滿載時必須施作資料轉移，徒然衍生Downtime風險，即便在平時，亦有閒置資源的缺點；透過磁碟容量虛擬化功能，就算檔案系統的實際需求超出實體容量，亦可利用虛擬磁碟繼續運作，不僅省卻了資料轉移的麻煩，且應用系統全無更改必要，可謂好處多多。

其次是「磁碟陣列虛擬化」。儘管以當前的磁碟陣列來看，功能已經相當豐富，然就算功能再怎麼強大，也只能框限在單一廠牌或階級的產品，倘若企業擁有多個屬性互異的磁碟陣列，不但徒增管理負擔，亦阻礙了彼此資源調度與汰換的空間，於是業界開始祭出磁碟陣列虛擬化方案，以化解此一僵局；其運作原理是，利用SAN閘道器或磁碟陣列內建功能，來提供虛擬化應用，把所有外掛的陣列通通視為可接受指揮調度的Dumb Disk，由磁碟陣列虛擬化集中納管，並由虛擬層統一提供磁碟陣列鏡像、Volume資料快照等應用功能；如此一來，不管各個磁碟陣列的廠牌為何、階級是高或低，用戶皆可透過單一管理環境予以控制，且無論在其間進行任何資源調度或汰換，都不會影響前端應用伺服器。

再來是從網格運算原理繁衍而成的網格儲存(Grid Storage)技術，其是以「內容(Content)」為儲存單元，把資料儲存在由多個Cell組成的資源池，其中每一個Cell全都具備容錯能力，且不同Cell之間彼此可互通，以滿足整體儲存環境所需之空間管理、負載平衡與容錯等功效；由於網格儲存技術的延展性甚大，也內含豐富的內容管理機能，因此適用於巨量資料的儲存與歸檔等應用場域。

至於另一項亦因Big Data開始受到關注的磁碟陣列橫向擴充(Scale-Out)架構，旨在顛覆過往磁碟機櫃縱向擴充(Scale-Up)在於I/O效能不佳的缺陷，透過磁碟陣列的平行擴充，由其中一個掌握主控權的陣列專司運籌帷幄，讓資料及I/O負載均攤至所有陣列；表面看來，其與網格儲存的精神頗為雷同，但網格儲存係將資料打散至不同Cell、且已預留備份，即使任一Cell損毀亦不影響大局，然磁碟陣列Scale-Out架構在於容錯的設計略顯不足，仍可能因單一陣列失效而導致資料存取活動全告停擺，更有甚者，單一陣列內的資料若是損毀，則整體資料頓時付之一炬，因此HA功能相形失色。

最後談到統合儲存(Unified Storage)，則堪稱是立基於儲存系統的虛擬化方案當中之亮點。它是以磁碟陣列的控制器為虛擬化核心，將SAN與NAS同時整在單一磁碟陣列控制器、單一作業系統的環境內，如此一來，即可讓企業儲存架構徹底簡化，巧妙化解了SAN與NAS並行、或SAN陣列外掛NAS閘道器等傳統架構，所衍生之管理複雜化難題；早先也有另一種型式的統合儲存方案，由系統內建多個插槽支援NAS、iSCSI、SAN等不同協定，並針對不同協定分設控制器，但由於不論在備份與還原效率、擴充性、乃至於軟體相容性等方面，明顯相形見絀，因此在市場上的吃香程度，不及以單一控制器為核心的統合儲存方案。