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四、 虚拟存储在视频网络中的应用

　　1、在分级存储（HSM）管理系统中的应用

　　国内的视频公司如索贝、大洋都开发出了各自的媒体资产管理系统。在媒体资产管理系统的存储模式设计中，他们都推出了在线（On-line）、近线(Near-line)、离线(Off-line)三级相互结合的存储模式。如图4所示是近线存储的系统结构示意图。

　　从图4我们可以看出，近线存储实际上就是一个分级存储系统，它采用的是分级存储的三层次的存储架构，即它由承担在线存储的磁盘阵列、近线存储的光盘库和离线存储的磁带库三部分来组成。而典型的服务器端虚拟存储主要是指分级存储，也就是用磁带库来做虚拟磁盘。在服务器的磁盘容量不足或者希望用较廉价的磁带来仿真较昂贵的磁盘的时候，常常采用这种方案。

　　在业内引起很大反响的 "中央电视台新闻共享系统"采用了StorageTek公司的近线存储解决方案，下面就以StorageTek公司的VSM (虚拟存储管理系统)为例，来介绍虚拟存储技术在HSM中的应用。

　　传统的存储环境下，客户选择磁带和自动磁带库主要用于备份，但是越来越多的客户考虑到价格因素，开始用磁带代替磁盘用于某些应用，然而，服务器本身的设计造成磁带介质的使用率低下，当将数据存入磁带盒时，只能存入一组数据。根据数据量的大小，没被使用起来的磁带盒容量可高达99%。所以，即便客户使用自动磁带库，他们也只能将20%～50%的并经常使用的磁带盒放入磁带库自动操作，其他的仍放在手工操作的架子上。

　　StorageTek公司的VSM (虚拟存储管理系统) 是为有效和充分地使用磁带介质和磁带机驱动器资源而设计的虚拟存储解决方案。其利用磁盘缓存仿真成虚拟的磁带机和磁带介质。也就是说，一个物理磁带机可以被虚拟仿真成多台磁带机的镜像。多个虚拟磁带卷经叠加后才写入物理磁带介质上，这样就有效地并充分地使用磁带介质和磁带机。

　　VSM由一系列硬件和智能软件产品组成。VSM 的硬件主要是VTSS--虚拟磁带子系统和自动磁带库产品，VSM的软件主要包括VTCS(虚拟磁带控制系统)、ExPR(专业性能报告系统) 和控制自动磁带库的 HSC(主机软件部件) 软件。

　　图5是虚拟磁带子系统的示意图，物理磁带机或磁带库被放置在磁盘缓存的后面。VSM将存储在磁盘缓存中的虚拟磁带卷迁移到真正的物理磁带上，这个过程不占用服务器资源。被迁移出去的虚拟磁带卷可以从磁盘缓存中删除，释放的磁盘空间用以存放新的虚拟磁带。被迁移出去的虚拟磁带卷也可以保留一段时间再删除，以便需要用它进行恢复。

　　当需要从虚拟磁带卷上恢复数据时，如果该虚拟磁带仍存放在磁盘缓存中，那么可以直接从磁盘缓存恢复到服务器磁盘上；如果该虚拟磁带已被迁移并且已从磁盘缓存中删除，那么可以从存放该虚拟磁带卷的物理磁带上将数据恢复。多个虚拟磁带卷(VTV)可以合并叠加后写到一盘物理磁带介质(MVC)上。这样做，一方面可以确保备份数据的安全，另一方面可以充分利用大容量磁带介质的容量。

　　TCS软件是HSC软件的扩充，它们配合起来工作，决定哪些作业备份数据写入虚拟磁带子系统，哪些直接写到物理磁带上。对于要被写入虚拟磁带系统的数据，VTCS负责分配虚拟磁带驱动器(VTD)和虚拟磁带卷(VTV)，并完成虚拟的装带/卸带工作。

　　图6所示是VSM的工作原理，首先我们可以看出VSM是通过ESCON通道与主机相连接。VSM 将磁盘系统仿真成虚拟的3490E磁带机驱动器和3490E磁带介质，以磁盘作为缓存。也就是说，一个物理磁带机可以被虚拟仿真成多台磁带机的镜像，多个虚拟磁带卷（VTV）经叠加后才写进物理磁带卷（MVC）上。大部分磁带操作都直接面对磁盘缓存的、虚拟磁带的装带。装带/卸带都是在瞬间完成的（仅需20秒），提高了素材从近线设备迁移到在线设备的效率。

　　2、在存储区域网络（SAN）中的应用

　　目前以SAN为代表的网络存储技术被公认为是存储业界的重要发展方向，SAN具有高可用性、高可扩展性、高性能及集中存储管理等诸多优点，但同时它也存在一些与生俱来的问题：互操作性比较差，导致不同提供商的产品难以兼容；复杂的体系结构增加了管理复杂度等。

　　采用什么措施才能改变SAN的种种问题呢？于是就有人提出了SAN内部虚拟化的解决方案，就是VSAN。SAN内部的虚拟化的实现，就是在原有SAN体系结构中加入一个新的虚拟化层架构。通过这个虚拟化层，可以将多种设备上比较小的存储容量集合起来，虚拟成一个大的磁盘，提高存储容量的使用率，为应用程序和用户提供SAN的全局逻辑虚拟化视图。服务器不必关心后端物理设备的物理特性，也不会因为物理设备发生任何变化而受影响。这样从用户和应用程序来看，原来复杂结构的SAN就是一个结构相对简单的、具有统一界面的虚拟存储池，它对用户和应用程序完全透明，而存储池中逻辑存储单元的具体细节则只是系统管理员所关心的问题。管理员可以通过GUI等图形用户界面让很多服务器共享后端的存储池，因而大大提高了系统管理员的工作效率。

　　目前，国内的视频厂商已经推出了各自的基于虚拟SAN结构的技术，比较有代表性有大洋公司的SDD技术、索贝公司的虚拟存储技术（SVM），以及现在流行的并行处理技术S2A系列存储系统，下面就分别给予介绍。

　　（1）基于FC技术的以SDD为核心的SAN结构网络

　　SDD(SAN DataDirector，简称SDD)是一种新型的集中存储设备，它的核心技术是DataDirect Networks公司提出的新一代SAN技术，其实质是对称式虚拟存储技术。它将交换、缓存、RAID、I/O、ASIC以及数据和文件的管理集于一身，并可以完成数据和网络的管理，为数据交换提供高带宽、高容错的集中存储访问。 SDD内部有二个完全相同的组件，称之为HSTD（High Speed Traffic Directors）。每个HSTD有四个100MB/s带宽流量的数据交换端口，称之为HOST。一个SDD拥有二个HSTD的800MB/s带宽。HOST端口可直接与服务器、工作站相连，也可与光通道交换机相连。每个HSTD还有一个60芯的数据总线用于和硬盘阵列相连完成数据交换。SDD具有5GB容量的数据缓存能力，为整个系统读写公用， 从而保证大量数据的持续读写性能。如图7是基于SDD的网络结构图：

　　SDD主要技术优势有以下几点：

　　·带宽处理能力大幅提高。内建强大的RAID引擎，它的处理能力远大于磁盘通道和服务器通道标称的带宽，使阵列的控制器不会成为瓶颈。单个SDD可提供高达800Mb/s带宽。同时提供广泛的、线性的性能提升；

　　·扩展性好。在SDD网络中，FC交换机都与SDD控制器相连处于并行工作状态且互不影响。当站点增加时，不用交换机级联，只需将新的FC交换机接入SDD即可，不用改动以前的连接。带宽得到线性增长，能构架大型网络；

　　·稳定性、安全性好。网络结构简单，连接点少，出错的机率小，易判断出错点。SDD网络结构连接简单，故障点少。在存储硬盘与SDD，FC交换机与SDD之间都采用双链路备份，容错能力强。

　　（2） 基于FC技术的以STOREAGE为核心的虚拟存储网络系统

　　如图8是以STOREAGE为核心的虚拟存储网络系统，其特性是利用多个硬盘塔和专用的控制器，实现网络存储带宽扩展，其实质是非对称式虚拟存储系统。实际上，它和SDD的原理都是加大了RAID控制器的带宽，只不过SDD是采用了集成在内部专门的控制器，而STOREAGE是利用外部的虚拟存储设备控制器（SVM）将已有的RAID控制器带宽聚合起来。SVM处于系统数据通道之外，不直接参与数据的传输，服务器可以直接经过交换机对存储设备进行访问。SVM只对多存储设备进行读/写操作的通道端口配置，然后将配置信息提交所有服务器。各服务器在访问存储系统时，数据流不再经过虚拟存储控制器，而直接使所有存储设备并发工作，达到增大传输带宽。比如可以用四个硬盘塔，实现14*100Mb/s的写入数据，26*100Mb/s的读出数据。

　　和SDD比起来，它的优势在于：

　　·SVM只是进行对所有存储设备的配置和将这些配置与管理信息传送给各主机的工作，主要利用软件来完成该项工作，无需大量和高价的硬件部件，价格较低；

　　·SVM不在实际的数据通道，硬件性能不会成为系统带宽的瓶颈；

　　·存储系统可以对已有的系统升级，即只需增加硬盘塔和SVM控制器。配置比较灵活，技术开放性好；

　　·SVM系统保持标准SAN结构，为系统互连和扩展提供技术保障。

　　但是，这种存储结构有个致命的缺点，就是在利用软件来完成存储设备的配置并把这些配置与管理信息传给各主机的工作时，在交换机中保存许多信息，工作一段时间，交换机中就存在大量的冗余信息，这样容易造成交换机的端口堵塞，严重时能造成交换机的死机。

五、 结论

　　今天，虚拟存储已经不在是一个概念，而是一项成熟的、可实施的技术。尽管虚拟存储技术目前并未解决自身遇到的种种问题，比如目前还没有一个行业标准，但可以肯定一点的是，在不久的将来，它将成为广电行业数据处理的一种标准。