企業IT關鍵趨勢-儲存虛擬化

今日企業的IT架構，不只是維繫日常營運的基本設施，更是企業向上提升的支撐力之一。除了掌握IT關鍵技術，增強企業IT的實力，更要了解IT發展趨勢，進一步搶得競爭的先機。我們從企業IT的五大領域：運算、儲存、網路、資訊安全及商業軟體應用，提出幾項值得你觀注的IT發展趨勢。虛擬儲存無界限，開放標準待努力
何謂虛擬

儲存虛擬化（Storage Virtualization）（或可稱為虛擬儲存）是近來儲存領域的熱門話題，企業都在談論虛擬化，你問廠商虛擬化是不是未來的趨勢，每一個都會肯定告訴你「是」。但問及到底什麼是儲存虛擬化，問十家企業恐怕得出十一種答案。然而這不能怪企業，因為身為解決方案提供者的儲存供應商，各家對於儲存虛擬化也沒有統一的見解。那麼到底什麼是「儲存虛擬化」呢？或許我們先弄清楚何謂「虛擬」，就能慢慢了解儲存虛擬化的概念。

我們常聽到虛擬實境，也聽過虛擬醫院、虛擬圖書館、虛擬學校，但是虛擬到底是什麼？根據新世紀經典美語大辭典（The American Heritage Dictionary of the English Language）的解釋，虛擬是指「雖沒有實際的形狀、形式或名字，但在本質上仍有其存在」（Existing or resulting in essence or effect though not in actual fact, form, or name）。因此當我們說虛擬化某個實體，是指創造出另一個東西，這個東西擁有被虛擬之實體的本質，但它並非原始實體。譬如虛擬圖書館，它具有圖書館的本質：將文件、書本內容保存起來供查詢或閱讀，但它並沒有實際建一棟房子來保存書本，也沒有裡面的書架和各種設備。虛擬儲存的定義
儲存虛擬化的應用

把這樣的定義套用到儲存上，儲存裝置最根本的特質就是能將資料持續保存下來（所謂的持續保存是指，既使關掉裝置的電源，裡面的資料仍不會消失。所以相對來說，記憶體就不屬於我們這裡所說的儲存裝置），並且在外界有所請求時，能將資料讀取出來。至於裝置的實際體積大小、耗電量多寡、輸出入效能如何、儲存的容量、儲存在何種媒體上，這些都不是儲存裝置的根本要件。儲存裝置可以有不同的體積、容量、效能，使用的媒體也可以不同，但根本上「持續保存資料」這個本質是不變的。更進一步，我們可以不管實體儲存設備有多少，只要它們集合起來也具有持續保存資料的特性，並能在外界有所請求時將資料傳遞出來，我們就可將它們視為一個儲存裝置。這就構成了儲存虛擬化的第一步：集中。

然而虛擬儲存裝置並不真正存在，它只是模擬出實體設備對於用戶端存取需求的回應行為，當這樣的回應行為已經非常近似實體設備所做出的回應時，那麼用戶端就沒有必要知道這些裝置是不是真實的。這個概念又進一步衍生出儲存虛擬化的第二個元素：用戶端不必管儲存設備的實體位置在哪裡、如何配置，只要對虛擬裝置發出請求，便能得到與存取真正儲存設備相同的回應。

綜合以上二點，我們可以說所謂的儲存虛擬化，是藉由某種方法（可能發生在伺服器、網路交換器或儲存設備上）將多個實體儲存設備集合起來（不論它們容量多寡、效能如何、使用何種儲存媒體…），創造出另一個虛擬的儲存裝置，這個裝置並不真正存在，但它回應用戶的存取需求就如實體裝置一般，因而用戶端不必管後面的實體儲存設備如何配置，只需面對虛擬裝置，便能完成資料存取的動作。

理論上虛擬化可以應用在各種儲存媒體或設備上，包括磁碟、磁帶、磁帶機，甚至檔案、檔案系統都能夠虛擬化。根據美國「儲存網路產業協會」（Storage Networking Industry Association，SNIA）的分類，虛擬化的應用可分為區塊虛擬化，磁碟虛擬化，磁帶、磁帶機、磁帶庫虛擬化，檔案系統虛擬化，以及檔案/記錄虛擬化。無論哪一種應用，虛擬化之後或多或少都能帶來一些好處，但所採用的技術則視被虛擬的媒體或設備而有所不同。

磁碟/區塊的虛擬化
磁碟的虛擬化不是新鮮事，事實上近二十年來，磁碟的虛擬化早已由磁碟機裡的韌體來實現了。至於區塊儲存裝置則是集合多個實體磁碟，由控制軟體所創造出來類似實體磁碟的單一虛擬裝置。過去十年以來，區塊虛擬化技術常見於RAID（容錯式獨立磁碟陣列）系統，近年儲存網路興起後，則常出現在網路儲存設備（network storage appliance）上。

區塊虛擬化的好處在於用戶端應用程式不必做任何更改。雖然虛擬區塊裝置實際並不存在，但從應用程式的角度來看，由於控制軟體幾近模擬了實體儲存設備，以致於儲存資料的那個磁碟雖不是真實的，也不致影響應用程式的運作。只要應用程式能存取實體磁碟，它就能存取虛擬區塊裝置，不必為了虛擬化而做任何修改。

磁帶的虛擬化
多年以來，磁帶一直是企業作為離線儲存的主要媒體。但由於資料只能依順序讀取或寫入，磁帶有其天生限制，舉例來說，若是將某段磁帶中連續三個檔案的第二個刪除，可能造就一大段無法使用的空間。因此磁帶的利用率通常不高。為了克服這樣的限制，現今有些儲存產品會利用磁碟作為磁帶的快取緩衝，模擬磁帶櫃來進行備分。

磁帶儲存的另一個缺點在於備分過程中，非常倚賴資料流的持續灌注，若由於網路負載過高或其他因素而打斷了資料的流動，磁帶機就必須停下來重新定位。利用磁碟作為磁帶的中介緩衝，能夠提升磁帶備分的效率和利用率，免除備分過程中磁帶必須掛載、卸載和重定位的時間，進一步減低磁帶機硬體的負擔，相對也降低了管理的複雜度。

磁帶機的虛擬化
隨著儲存網路逐漸普及，磁帶機的虛擬化也漸漸成為可能。以最簡單的儲存網路架構來說，磁帶機的虛擬化就是將多臺磁帶機集中起來，讓多個同質或異質伺服器共享。由於傳統上每一臺伺服器使用到磁帶機來備分資料的時間相對很短，直接連接到伺服器的磁帶機大部分時間都是閒置的，如果能將備分要求時間錯開，讓磁帶機持續動作，設備的利用率就相對提升。這種磁帶機虛擬化技術通常被用在備分伺服器的管理軟體上，或特殊的儲存網路交換器上。

另外一種形式的磁帶機虛擬化則類似區塊儲存裝置的虛擬化。藉由軟體控制多個磁帶機，形成磁帶機陣列，讓它們以單一裝置的型態呈現在用戶端面前。如此同樣能提升存取效能和資料的可用性，若還加上有容錯能力，這樣的磁帶機陣列有時被稱為「容錯式獨立磁帶陣列」（redundant array of independent tapes，RAIT）。

檔案的虛擬化
檔案虛擬化通常是指藉由「階層式儲存管理」（Hierarchical storage management，HSM）軟體將使用率較低的檔案搬移到成本較低的離線儲存媒體（如磁帶）上，進而將主要線上媒體的儲存空間釋放出來，提供給更重要的關鍵性任務使用。

檔案系統的虛擬化
檔案系統的虛擬化至少能以兩種方式來進行。其一是讓用戶端的應用程式在存取遠端伺服器的檔案時，猶如在本機端執行一樣。另外，結合多種檔案系統成為單一大型的虛擬檔案系統，這種技術近年來也常見。不論是哪種方式，應用程式都不必管儲存設備的實體位置在哪裡，或檔案系統是哪一種，都能存取檔案，管理效益的提升自然可見。從哪裡虛擬化？
虛擬化對儲存系統的好處

就如我們前面所提過，虛擬化其實在儲存領域內並不是個全新的概念，大型主機時代就有虛擬化，只不過當時或許不稱之為虛擬化，而近十年來網路儲存興起後，儲存虛擬化才被賦予了更多新的意義。在網路儲存的三大角色中，不論在前端的伺服器，後端的儲存設備，或者作為連接角色的網路設備中，都能夠進行虛擬化。現今大部分的儲存產品著重在磁碟/區塊儲存裝置的虛擬化，虛擬化管理軟體則多存在於磁碟陣列的專屬控制晶片裡，或者在應用伺服器上以volume manager（卷冊管理軟體）的形式呈現。

從磁碟陣列端進行虛擬化
磁碟陣列的控制晶片通常都會針對資料儲存的特殊目的而最佳化，因此有很大的效能優勢。大部分的企業級磁碟陣列系統都是以多個平行SCSI埠或透過儲存網路連到多臺應用伺服器，提供儲存服務。

從應用伺服器端進行虛擬化
在伺服器端以卷冊管理軟體來進行虛擬化，雖然沒有磁碟陣列效能上的優點，但卻適用於大部分的電腦，成本也比磁碟陣列系統低。卷冊管理軟體基本上必須將不同種類儲存裝置集中化與虛擬化。已經在磁碟陣列裡以「邏輯單位」（logic unit，LUN）形式呈現的虛擬區塊裝置通常會被卷冊管理軟體再進一步虛擬化。管理軟體能夠將資料細分（stripe）、映射（mirror）到兩個磁碟陣列系統上，或者讓虛擬儲存裝置連上額外的存取路徑（網路連線）作為備援，這些做法都能再進一步提升存取效能和資料可用性。

從儲存網路端進行虛擬化
在儲存網路裡通常是透過所謂的網路儲存設備或儲存網路交換器來實現虛擬化。理論上網路儲存設備或交換器能夠將任何的儲存裝置集中，形成虛擬裝置呈現給任何的伺服器，不過在實際建置上所支援的儲存裝置或伺服器仍有限。

要評估一個儲存系統的優劣其實很簡單，只要它運作得好（存取效能高），少故障（資料可用性高），花費不多（成本低），好管理（管理複雜度低），我們就可說它是一個不錯的儲存系統。儲存虛擬化之後，對這四個面向都能帶來好處。

存取效能：
近年來由於電腦應用的多元發展，應用程式的可用性受到資料存取效能的影響愈來愈大。就以隨選視訊來說，若是資料串流傳遞得不夠快，影像變得斷斷續續，隨選視訊也就很難達到應用目的。虛擬化利用細分（stripe）的技術，能夠將資料位址儲存到數個裝置上，進而提升存取效能。

資料可用性：
資訊社會愈發展，各方面倚賴資訊即時傳遞的需求就愈高。無論是醫療、運輸、電信、娛樂等方面，人們都希望資訊在需要時就能立刻存取，而資訊之所以能被即時存取，仰賴的是儲存設備的即時可用。虛擬化能夠將資料映射（mirror）到兩個以上的儲存裝置，降低資料遺失的風險，可用性自然提高。

儲存空間成本：
虛擬化將裝置的儲存空間集中後變成一個大的容量池（pool），能視需要機動分配未使用的空間給有需要的伺服器。儲存空間的利用率提升，企業因為儲存容量的不足而購置新的儲存設備的頻率也就降低，進一步減少了IT設備的花費。

管理：
虛擬化能夠將多個相對較小的儲存設備結合起來成為一個大的虛擬裝置，減少管理人員面對的設備數量，管理的複度因此降低。儲存虛擬化的未來挑戰

儲存虛擬化對企業的效益顯而易見，它增進了儲存系統的效能，企業從儲存資料身上所得到的價值也因而大大提升，因此儲存產業中不論是硬體設備廠商、軟體廠商和系統整合廠商都大力推動著自家的虛擬儲存解決方案，各大廠領袖也都說，這絕對是趨勢。可是為什麼進行了多年，儲存虛擬化總還是讓人搞不清楚。「這是因為互通性的問題，」EMC大中國區高級顧問陳明光如此分析。伺服器各式各樣，儲存設備、網路設備種類太多，各大廠的儲存產品之間存在著互通性的問題，因此促進了儲存虛擬化概念的出現。

可是不管軟、硬體或系統供應商，總是站在自己最擅長的領域主導儲存虛擬化的方向，因此伺服器廠商就會站在前端的角度，提出由伺服器主導的儲存虛擬化方案，網路設備廠商也希望虛擬化由交換器或其他網路設備來做，儲存裝置不需要管太多，讓前端來分配就好。但「站在儲存的角度，伺服器何嘗不能虛擬化？」陳明光表示，「EMC並不是沒有虛擬化，只是站的角度不同。」站在儲存設備的角度上，讓儲存端來管理伺服器，集中所有伺服器的資源變成一個更大的虛擬運算力，儲存設備不必管伺服器是HP、IBM或Sun的系統，都能夠接受，這何嘗不是一種虛擬化？

儲存虛擬化也是儲存管理的一環，挑戰在於整合各廠產品的互通性，因此這兩年來專家與產業領袖都大力極呼開放與標準，當標準不夠開放，虛擬化就難以實現。然而門檻在於各廠的競爭，「競爭永遠存在，競爭的結果就是沒有很好的架構、標準。這就是SNIA協會成立的目的，避免大家在儲存硬體、軟體和網路各走各的路。我認為門檻在於競爭，EMC的軟體可能支援HDS嗎？很難。競爭來自四面八方，這需要時間整合，不只是儲存，其他領域也是一樣。」組合國際資深副總裁楊徽昕去年接受本刊訪問時曾如此表示。文⊙白季川