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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(qū)電視技術協(xié)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(shù)字化、網絡化開展的各種多媒體處理業(yè)務的不斷增加，電視臺的媒體數(shù)據(jù)正日益膨脹。數(shù)據(jù)存儲變成了新的難題，存儲系統(tǒng)網絡平臺已經成為各種網絡系統(tǒng)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(xiàn)在對存儲容量的要求，還包括對數(shù)據(jù)訪問性能、數(shù)據(jù)傳輸性能、數(shù)據(jù)管理能力、存儲擴展能力等等多個方面的要求。具體表現(xiàn)有一下幾點：
1、支持從異構主機到異構存儲系統(tǒng)的透明訪問。即服務器可以運行異構操作系統(tǒng),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(tǒng)。
2、支持24×7小時的數(shù)據(jù)可用性。我們知道，電視臺網絡系統(tǒng)的時效性是很強的，這樣就要求網絡系統(tǒng)必須具有極高的可靠性。首先要求系統(tǒng)有較高的容錯性，例如控制器要有高可容錯性，存儲子系統(tǒng)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(tǒng)維護、設備更換時，不中止應用程序的使用。
3、高性能的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
4、數(shù)據(jù)安全性。只允許有訪問權的用戶進行相應數(shù)據(jù)的訪問，同時能夠提供靈活的備份方案和措施，支持數(shù)據(jù)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(tǒng)操作環(huán)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(fā)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(shù)據(jù)，簡化管理異構操作環(huán)境的復雜性。虛擬存儲技術以其獨特的優(yōu)勢成為廣播電視行業(yè)應對上述挑戰(zhàn)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(xiàn)，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(jù)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(tǒng)一管理。在虛擬存儲環(huán)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(fā)生了變化，這種邏輯鏡像也不會改變，系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的整體訪問帶寬，這也是其對于視頻網絡系統(tǒng)來說最有價值的一個特點。我們知道，視頻網絡的存儲系統(tǒng)一般是由多個存儲模塊組成，而虛擬存儲系統(tǒng)可以很好地進行負載平衡，把每一次數(shù)據(jù)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(tǒng)的整體訪問帶寬就增大了。例如，一個存儲系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的集中管理手段，由網絡中的一個環(huán)節(jié) (如服務器)進行統(tǒng)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(tǒng)，當在增加新的存儲設備時，整個系統(tǒng)(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(tǒng)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(tǒng)進行較為簡單的系統(tǒng)配置更改，客戶端無需任何操作、只是感到存儲系統(tǒng)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(xiàn)方式
隨著越來越多的廠商都在發(fā)展各自的技術，虛擬存儲技術已經融合到存儲系統(tǒng)結構的各個環(huán)節(jié)中。從系統(tǒng)的觀點看，有三種主要的虛擬存儲實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的。這種實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)中，增加了軟件實現(xiàn)的難度。因此，這種方法往往適合配置在系統(tǒng)采用同一個廠商的服務器，甚至是一個同構的存儲環(huán)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(huán)境中實現(xiàn)的，當任何一個服務器對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的完整性和一致性，因此需要適當?shù)募泄芾聿呗裕?最后，這種實現(xiàn)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(xiàn)方式最容易實現(xiàn)，其成本最低。目前已經有成熟的這類軟件產品
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