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論虛擬存儲技術(shù)及其在視頻網(wǎng)絡(luò )中的應用
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中國西部地區電視技術(shù)協(xié)會(huì )2003年年會(huì )電視技術(shù)論文評比二等獎一、存儲需求催生虛擬存儲
隨著(zhù)圍繞數字化、網(wǎng)絡(luò )化開(kāi)展的各種多媒體處理業(yè)務(wù)的不斷增加，電視臺的媒體數據正日益膨脹。數據存儲變成了新的難題，存儲系統網(wǎng)絡(luò )平臺已經(jīng)成為各種網(wǎng)絡(luò )系統中的一個(gè)核心平臺。視頻網(wǎng)絡(luò )中的各種應用對存儲網(wǎng)絡(luò )平臺的要求也越來(lái)越高，它不僅表現在對存儲容量的要求，還包括對數據訪(fǎng)問(wèn)性能、數據傳輸性能、數據管理能力、存儲擴展能力等等多個(gè)方面的要求。具體表現有一下幾點(diǎn)：
1、支持從異構主機到異構存儲系統的透明訪(fǎng)問(wèn)。即服務(wù)器可以運行異構操作系統,例如Windows、Unix或Linux等等。存儲設備可以來(lái)自不同的供應商，無(wú)論是EMC、康柏、HP、還是StorageTek的存儲設備，都可以順利地接入系統。
2、支持24×7小時(shí)的數據可用性。我們知道，電視臺網(wǎng)絡(luò )系統的時(shí)效性是很強的，這樣就要求網(wǎng)絡(luò )系統必須具有極高的可靠性。首先要求系統有較高的容錯性，例如控制器要有高可容錯性，存儲子系統要求具備容錯冗余；其次故障恢復時(shí)間要求很短，或盡可能做到進(jìn)行系統維護、設備更換時(shí)，不中止應用程序的使用。
3、高性能的數據訪(fǎng)問(wèn)。非線(xiàn)性制作網(wǎng)絡(luò )中的編輯工作站任何時(shí)候都需要無(wú)阻礙的實(shí)時(shí)、快速的獲得所需要的各種數據。
4、數據安全性。只允許有訪(fǎng)問(wèn)權的用戶(hù)進(jìn)行相應數據的訪(fǎng)問(wèn)，同時(shí)能夠提供靈活的備份方案和措施，支持數據保護和恢復；
5、平滑的存儲容量擴展。視頻網(wǎng)絡(luò )的建立是受建網(wǎng)時(shí)所處的技術(shù)、具體工作需要所限制的。任何單位都要或多或少地面對網(wǎng)絡(luò )升級的問(wèn)題，我們希望存儲網(wǎng)絡(luò )上添加存儲設備的過(guò)程是透明，而且任何工作站都不需停機。
6、簡(jiǎn)化管理、降低管理成本�？蛻�(hù)是產(chǎn)品的使用者，所以越來(lái)越多的系統操作環(huán)境，使用不同廠(chǎng)商的硬件和軟件產(chǎn)品，且彼此不能兼容，管理起來(lái)的確不是一件輕松的事情。操作友好、管理簡(jiǎn)單是未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展目標。
這些對存儲網(wǎng)絡(luò )平臺的要求歸結起來(lái)就是：如何以有限的人力、物力資源，經(jīng)濟有效地管理不斷增長(cháng)的數據，簡(jiǎn)化管理異構操作環(huán)境的復雜性。虛擬存儲技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢成為廣播電視行業(yè)應對上述挑戰的最佳解決方案。
二、虛擬存儲的概念及特點(diǎn)
一段時(shí)間以來(lái)，不同版本的虛擬存儲（Storage Virtulization）概念相繼涌現，有從軟件角度詮釋的，也有從硬件角度進(jìn)行例證的。每個(gè)廠(chǎng)商都有根據對虛擬技術(shù)的理解向用戶(hù)提供的實(shí)用產(chǎn)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(gè)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(gè)存儲介質(zhì)模塊（如磁盤(pán)、磁盤(pán)陣列）通過(guò)一定的手段集中管理起來(lái)，所有的存儲模塊在一?quot;存儲池"（Storage Pool）中得到統一管理。在虛擬存儲環(huán)境下，無(wú)論后臺物理存儲是什么設備，服務(wù)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(huì )改變，系統管理員不必關(guān)心后臺存儲，只需專(zhuān)注于管理存儲空間，所有的存儲管理操作，例如系統升級、建立和分配虛擬磁盤(pán)、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(jiǎn)單。
從用戶(hù)的角度來(lái)看，可以用一句更簡(jiǎn)單的話(huà)來(lái)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(pán)、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(gè)特點(diǎn)：
1、虛擬存儲可以大大提高存儲系統的整體訪(fǎng)問(wèn)帶寬，這也是其對于視頻網(wǎng)絡(luò )系統來(lái)說(shuō)最有價(jià)值的一個(gè)特點(diǎn)。我們知道，視頻網(wǎng)絡(luò )的存儲系統一般是由多個(gè)存儲模塊組成，而虛擬存儲系統可以很好地進(jìn)行負載平衡，把每一次數據訪(fǎng)問(wèn)所需要的帶寬合理地分配到各個(gè)存儲模塊上，這樣系統的整體訪(fǎng)問(wèn)帶寬就增大了。例如，一個(gè)存儲系統中有4個(gè)存儲模塊，每一個(gè)存儲模塊的訪(fǎng)問(wèn)帶寬為50MB/s，則這個(gè)存儲系統的總訪(fǎng)問(wèn)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(gè)大容量存儲系統的集中管理手段，由網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)環(huán)節 (如服務(wù)器)進(jìn)行統一管理，避免了由于存儲設備擴充而帶來(lái)的管理方面的麻煩。例如，使用一般的存儲系統，當在增加新的存儲設備時(shí)，整個(gè)系統(包括網(wǎng)絡(luò )中的諸多用戶(hù)設備)都需要重新進(jìn)行繁瑣的配置工作，這樣才可以使這個(gè)"新成員"加入到存儲系統中。而使用虛擬存儲技術(shù)，在增加新的存儲設備時(shí)，只需要網(wǎng)絡(luò )管理員對存儲系統進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的系統配置更改，客戶(hù)端無(wú)需任何操作、只是感到存儲系統的容量增大了。
3、虛擬存儲技術(shù)為存儲資源管理提供了更好的靈活性。它可以將不同類(lèi)型的存儲設備集中管理使用，保障了用戶(hù)以往購買(mǎi)存儲設備的投資。
三、虛擬存儲的實(shí)現方式
隨著(zhù)越來(lái)越多的廠(chǎng)商都在發(fā)展各自的技術(shù)，虛擬存儲技術(shù)已經(jīng)融合到存儲系統結構的各個(gè)環(huán)節中。從系統的觀(guān)點(diǎn)看，有三種主要的虛擬存儲實(shí)現方式：基于服務(wù)器的虛擬存儲、基于存儲設備的虛擬存儲以及基于存儲網(wǎng)絡(luò )的虛擬存儲。如圖1所示。
下面對這三種虛擬存儲的實(shí)現方式分別進(jìn)行介紹。
1、基于服務(wù)器的虛擬存儲
基于服務(wù)器的虛擬存儲是通過(guò)將虛擬化層放在服務(wù)器上實(shí)現的。這種實(shí)現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(wù)器的操作系統中，將虛擬層作為擴展驅動(dòng)模塊，為連接服務(wù)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(diǎn)：首先，兼容性不好，由于虛擬化層駐留在服務(wù)器上，因而軟件模塊就必須能嵌入到各種類(lèi)型的操作系統中，增加了軟件實(shí)現的難度。因此，這種方法往往適合配置在系統采用同一個(gè)廠(chǎng)商的服務(wù)器，甚至是一個(gè)同構的存儲環(huán)境中。這顯然增加了用戶(hù)的設備依賴(lài)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(shù)實(shí)際上是在一個(gè)分布式的環(huán)境中實(shí)現的，當任何一個(gè)服務(wù)器對數據進(jìn)行惡意或非法的操作時(shí)，就可能會(huì )影響到所有連接到存儲設備的數據的完整性和一致性，因此需要適當的集中管理策略； 最后，這種實(shí)現方法從客觀(guān)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(wù)器的虛擬實(shí)現方式最容易實(shí)現，其成本最低。目前已經(jīng)有成熟的這類(lèi)軟件產(chǎn)品
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