應(yīng)用于Linux操作系統(tǒng)的服務(wù)器虛擬化技術(shù)在VMware 和思杰的帶領(lǐng)下在創(chuàng)新方面取得了飛快的發(fā)展。如今紅帽公司也斥以巨額戰(zhàn)略投資加入其中。

不幸的是，存儲(chǔ)領(lǐng)域的虛擬化發(fā)展卻一直滯后。幾種IT領(lǐng)域的趨勢(shì)-諸如無(wú)組織數(shù)據(jù)的爆發(fā)和云計(jì)算的出現(xiàn) 都讓這種差異愈發(fā)凸顯，讓許多有識(shí)之士意識(shí)到存儲(chǔ)虛擬化正在成為阻礙數(shù)據(jù)中心全面虛擬化取得成功的后腿。Linux逐漸成為比以微核為基礎(chǔ)的VMware 技術(shù)更加高級(jí)的管理程序，其構(gòu)思也來(lái)自于早期研發(fā)階段的微核設(shè)計(jì)。

本文將著重探討Linux虛擬化目前的狀態(tài)并提供最佳的實(shí)踐方法，關(guān)注存儲(chǔ)，目的是縮小服務(wù)器虛擬化與存儲(chǔ)虛擬化領(lǐng)域之間的差距。

服務(wù)器虛擬化

在虛擬化的早期階段，服務(wù)器虛擬化最初的不表是通過(guò)將DHCP,域名服務(wù)器和研發(fā)環(huán)境等相對(duì)靜態(tài)的服務(wù)整合在一起來(lái)提高服務(wù)器的利用率。這個(gè)目標(biāo)可以采用創(chuàng)建管理程序的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)--管理程序就是位于硬件和操作系統(tǒng)之間的虛擬軟件層。

隨著虛擬化技術(shù)開(kāi)始為大家所接受，英特爾和AMD相繼在處理器中對(duì)虛擬化進(jìn)行支持，硬件廠商也開(kāi)始介入其中。之后虛擬化技術(shù)進(jìn)入蓬勃發(fā)展的第二階段，IT管理者將虛擬化應(yīng)用到了整個(gè)數(shù)據(jù)中心并通過(guò)中央控制臺(tái)進(jìn)行管理。

Linux核心作為管理程序

根據(jù)性能的不同，硬件輔助虛擬化技術(shù)在管理程序領(lǐng)域展露頭角。VMware和Xen使用他們自己的微核管理程序來(lái)參與Linux設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)。紅帽KVM則采用了不同的方式，采用可承載的Linux核心模塊和修改過(guò)的QEMU來(lái)用于設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)。

這么做有幾點(diǎn)原因。管理程序必須能支持各種設(shè)備，涵蓋多核和大容量?jī)?nèi)存，可以安全和有效的管理所有這些資源--以此來(lái)證明核心的能力。

這種方法也會(huì)得到蓬勃發(fā)展的開(kāi)源研發(fā)社區(qū)的支持。在不久的將來(lái)，客戶端操作系統(tǒng)核心將變得更加精簡(jiǎn)，因?yàn)榈讓庸芾沓绦驅(qū)⒎滦?biāo)準(zhǔn)硬件芯片集，處理包括內(nèi)存管理，網(wǎng)絡(luò)輸入/輸出和操作系統(tǒng)安全在內(nèi)的復(fù)雜功能。

對(duì)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，萬(wàn)兆以太網(wǎng)將把TCP/IP和ISCSI協(xié)議分配給網(wǎng)絡(luò)卡來(lái)執(zhí)行。存儲(chǔ)虛擬化將通過(guò)全面的NAS和目標(biāo)存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)分別處理。

虛擬化在云上的發(fā)展

云計(jì)算是與虛擬化需求緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)中心體系架構(gòu)上的進(jìn)步，技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)注點(diǎn)也轉(zhuǎn)移到了云計(jì)算上。如今管理程序已經(jīng)是成熟的管理工具，監(jiān)控能力和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在發(fā)展之中。云上的資源要更加靈活，多用戶和大規(guī)模。虛擬化廠商正在快速與云需求相輔相成的配合在一起。

RHEV 2.2是紅帽公司邁出的最新一步：思杰公司的重頭產(chǎn)品是旗下的開(kāi)源XenServer；Rackspace推出了OpenStack，將其作為 Apache許可證授權(quán)下使用的免費(fèi)軟件；Cloud.com (之前的VMOps)和 Eucalyptus也推出了在GNU GPLv3許可證授權(quán)下使用的云軟件。

隨著標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，云計(jì)算將會(huì)有很多的選擇，整合也是不可避免的。

存儲(chǔ)虛擬化發(fā)展依舊滯后

全面的數(shù)據(jù)中心虛擬化和云如果沒(méi)有對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)施虛擬化就無(wú)法完成。存儲(chǔ)經(jīng)常都是事后才考慮的部分，專(zhuān)門(mén)為以指令處理為導(dǎo)向的數(shù)據(jù)庫(kù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)無(wú)法與新的需求完美匹配。

存儲(chǔ)系統(tǒng)必須在能力和性能上直線升級(jí)；將問(wèn)題推給硬件系統(tǒng)并不是解決辦法。存儲(chǔ)虛擬化需要全新的軟件方式來(lái)平衡擴(kuò)容體系架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)以千兆的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。

商用硬件時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨

商用存儲(chǔ)硬件正在快速向企業(yè)級(jí)能力靠近，SCSI硬盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)以低售價(jià)，大容量的SATA硬盤(pán)形式供用戶 使用。RAID控制器可以支持每秒6GB的SAS連通能力和自動(dòng)分級(jí)。網(wǎng)絡(luò)方面，萬(wàn)兆以太網(wǎng)網(wǎng)可以將存儲(chǔ)和計(jì)算輸入/輸出連接為一體（消除了昂貴而復(fù)雜的 光纖通道網(wǎng)絡(luò)對(duì)于IT企業(yè)絕對(duì)是個(gè)福音）。

你可以用10個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，SATA硬盤(pán)和萬(wàn)兆以太網(wǎng)來(lái)構(gòu)建500兆兆位字節(jié)的超級(jí)存儲(chǔ)配置。

存儲(chǔ)是個(gè)軟件問(wèn)題

如今的文件系統(tǒng)處理的不僅是數(shù)據(jù)塊。一套完整的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)軟件必須能處理容量管理，軟件RAID，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和一系列其他的功能。與計(jì)算虛擬化類(lèi)似，用戶可以實(shí)現(xiàn)虛擬化領(lǐng)域的大部分功能。

FUSE界面能允許文件系統(tǒng)和虛擬數(shù)據(jù)塊設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。當(dāng)下的多核處理器優(yōu)化的性能可以在用戶設(shè)備上同步運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，那些有關(guān)單片電路核心的爭(zhēng)論早已經(jīng)過(guò)時(shí)。集群文件系統(tǒng)采用這種方式在商用硬件頂端構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)大的存儲(chǔ)虛擬化軟件層。

Linux與存儲(chǔ)系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)

缺省Linux根文件系統(tǒng)Ext3正在逐漸成為過(guò)去，而Ext4還存在一些局限。

名為"Btrfs"的最新文件系統(tǒng)正處在積極的研發(fā)階段，將成為Solaris ZFS的Linux解決方案。它可以支持很多強(qiáng)大的功能，比如快照，容量管理，軟件RAID，在線壓縮等。

諸如Btrfs和ZFS等早期磁盤(pán)文件系統(tǒng)的不足之處是他們無(wú)法超出單個(gè)服務(wù)器的范圍。

Linux NAS

使用OpenFiler構(gòu)建的單機(jī)版Linux ISCSI或者NFS服務(wù)器能通過(guò)NFS，CIFS,FTP和ISCSI協(xié)議來(lái)提供單機(jī)版NAS/SAN，供多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)內(nèi)的存儲(chǔ)資源共享。

不過(guò)單機(jī)版存儲(chǔ)是一種單點(diǎn)故障。

DRBD(分布式復(fù)制模塊設(shè)備）能為使用激活-被動(dòng)HA配置的雙存儲(chǔ)服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)RAID-1。

Linux向外擴(kuò)展NAS

上一代的向外擴(kuò)展系統(tǒng)（比如甲骨文的Lustre，紅帽的GFS，甲骨文的OCFS2和SGI的 CXFS）采用的是以核心為基礎(chǔ)的方式。他們?cè)谂渲煤凸芾砩隙急容^復(fù)雜，而且無(wú)法從高性能計(jì)算深入滲透到企業(yè)級(jí)原始存儲(chǔ)中去。而新一代的擴(kuò)容文件系統(tǒng)采用 的是用戶區(qū)方式。其中的產(chǎn)品代表為可擴(kuò)容NFS/CIFS,Ceph和GlusterFS。

向外擴(kuò)展NFS：NFS v4.1 (pNFS)在2010年1月被正式分配RFC數(shù)字。但不幸的是，由于Linux pNFS采用的是集中式元數(shù)據(jù)和核心方式，它被歸類(lèi)為第一代產(chǎn)品。pNFS被企業(yè)用戶所接受的速度可能會(huì)比較緩慢。由于NFSv3 TCP是使用最廣泛的NAS協(xié)議，因此最好采用循環(huán)DNS或者虛擬IP為基礎(chǔ)的擴(kuò)容NAS存儲(chǔ)。RHEV, VMware和Xen都可以支持NFSv3。虛擬化和云用戶都開(kāi)始從所有權(quán)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)解決方案向可擴(kuò)容NAS的方向轉(zhuǎn)移。

向外擴(kuò)展CIFS：Samba針對(duì)SMB1和SMB2協(xié)議的Linux采用的是CIFS。SMB2解決了SMB1中的性能問(wèn)題，但是要到明年才能真正出爐。即使是微軟也不推薦在Hyper-V管理程序中使用CIFS。

Ceph:Ceph目前處在積極的研發(fā)階段，看起來(lái)頗有前景。與Linux （從v2.6.34和服務(wù)器領(lǐng)域開(kāi)始）一起推出的核心空間客戶端會(huì)在用戶區(qū)使用。Ceph使用的分布式元數(shù)據(jù)體系架構(gòu)增加了多重服務(wù)器內(nèi)部管理分布式復(fù)制 元數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。隨著時(shí)間的推移和來(lái)自大型社區(qū)的支持，他們應(yīng)該能應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)。Ceph依靠Btrfs來(lái)作為后端存儲(chǔ)，直到可以支持NFS才能解決這個(gè) 問(wèn)題，在服務(wù)器虛擬化廠商能夠在管理程序中支持本地客戶端之前還需要等待一段時(shí)間。

GlusterFS:GlusterFS是用戶區(qū)內(nèi)部署的完整的存儲(chǔ)操作系統(tǒng)軟件。諸如容量管理器，復(fù) 制，排序，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，輸入/輸出調(diào)度程序，線程和性能模塊等功能都可以作為軟件模塊來(lái)執(zhí)行。集群消除了使用彈性散列運(yùn)算法則的元數(shù)據(jù)服務(wù)器需求。還能支持 在線自我恢復(fù)。與Linux NFS類(lèi)似，文件和文件夾都是存儲(chǔ)在使用標(biāo)準(zhǔn)磁盤(pán)文件系統(tǒng)的后端硬盤(pán)上。集群可以支持諸如NFSv3, CIFS, WebDAV, FTP和本地集群（通過(guò)FUSE）等多個(gè)NAS協(xié)議。集群還可以廣泛的配置在從亞馬遜彈性計(jì)算云環(huán)境到VMware等一系列應(yīng)用軟件環(huán)境中。

非-POSIX存儲(chǔ)

全新系列的存儲(chǔ)解決方案在以POSIX為基礎(chǔ)的NAS和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)之間涌現(xiàn)出來(lái)。這主要指的 是"NoSQL,"，他們形成了包括分布式目標(biāo)存儲(chǔ)，文件存儲(chǔ)，關(guān)鍵值配對(duì)和向外擴(kuò)展目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)在內(nèi)的一整套解決方案。這些解決方案需要針對(duì)應(yīng)用軟件源碼 進(jìn)行修改。由于這些軟件是為特定目的而設(shè)計(jì)的，他們?cè)诟髯缘膽?yīng)用軟件領(lǐng)域有著各自的優(yōu)勢(shì)。

舉例來(lái)說(shuō)，Hadoop是針對(duì)大規(guī)模搜索分析或者數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件而設(shè)計(jì)的。Cassandra和MongoDB類(lèi)似于亞馬遜的Dynamo或者谷歌的BigTable。Redis, Memcached和Memcachedb能提供分布式關(guān)鍵值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

結(jié)論

存儲(chǔ)和計(jì)算領(lǐng)域的Linux虛擬化的未來(lái)看起來(lái)一片光明。免費(fèi)軟件和開(kāi)源的發(fā)展也呈多樣性態(tài)勢(shì)。當(dāng)一切塵埃落定，一些創(chuàng)新型解決方案將涌現(xiàn)出來(lái)。

我們希望能追蹤到Linux服務(wù)器虛擬化的下一個(gè)發(fā)展階段，希望隨著服務(wù)器虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化之間的差距逐漸縮小，企業(yè)用戶能逐漸意識(shí)到存儲(chǔ)虛擬化的價(jià)值所在。