三年前，IBM系统存储总经理Andy Monshaw在演讲时曾经说过：“在2005年之前，数据量仍在可控范围内，因为在那个时候人们有能力预测明年将有多大的存储需求。”但此后，由于数据量的急速上升、各种法律规定的不断增多以及人们对数据的复杂度（比如数据挖掘）要求不断提高，存储需求开始剧烈增长。

　　本世纪初期，IT经理们通过持续改进，基本上能够控制成本，同时获得较好的运营效果，如使用更好的维护方式和更充分地利用现有的存储容量。但从2005年开始，数据量的增长速度迅速加快，控制成本变得越来越难，于是越来越多的IT经理选择了服务器和桌面计算机的虚拟化。

　　服务器与存储间的矛盾

　　服务器虚拟化能够使一台物理服务器成为多个用户的虚拟机，每个虚拟机不仅需要拥有20GB的操作系统空间，还需要自己的存储空间、备份空间和存储I/O。随着越来越多的用户要求运行各式各样的应用程序，有越来越多的I/O密集进程启动，使虚拟服务器变得杂乱无章。

　　改进的自动分配系统使配置新的虚拟机变得十分容易，几分钟就可以完成。许多企业目前拥有虚拟化革命以前十倍数量的操作系统。Gartner Group在其“2009企业存储关键问题”报告中指出，自从“灵活的服务器虚拟化部署工具需要共享存储以来，许多企业开始初次部署SAN和NAS……结果，存储适配器突然之间变成了应用程序性能的瓶颈，在传统的备份方式环境下问题尤其多。”这些问题包括：

• 大量消耗存储网络空间；
• 剩余存储网络资源紧张；
• 备份数据激增；
• 频繁地需要增加新的存储空间；
• 存储结构、存储管理、数据复制的复杂度增加。

　　服务器虚拟化使我们不得不将存储在低成本、高容量磁盘驱动器中的操作系统数据转移到SAN/NAS环境中，而往往使SAN/NAS每GB存储量的成本更高。此时，存储虚拟机可能会（很多情况下已经）带来巨大的成本。由于维持存储的全生命成本大约是购买价格的7倍，因此，使用新的技术在虚拟化环境中优化存储从而防止存储膨胀，变得至关重要。

　　如何平衡与优化

　　如果管理得当，虚拟化服务器环境中的SAN/NAS存储配置能够减少存储数据的成本、提高性能、简化操作。通常情况下，用户可以优化经典的“cheaper-better-faster”三角形的两个边，但无法优化全部的三个边，因为目前还不存在“三赢”的方法。

　　下面我们将比较6种虚拟存储管理技术，并评价哪种技术或混合技术能够最佳地应付何种数据管理的挑战。

　　良好的虚拟化服务器环境需要服务器工作小组、网络工作小组和存储工作小组紧密团结在一起。虽然这些部门可能会变得越来越专业化，但是为了建立平衡的服务器—存储策略，每个工作组必须了解整体的优先权、进程以及其他工作组的需求。使用虚拟服务器的存储计划需要系统能够高效地满足数据增长、成本控制和性能方面的需求。

　　下面是几种节约存储的方法，不得不说的是，其中没有一种是完美的。

• 虚拟机操作系统镜像的重复数据删除。删除几乎相同的操作系统镜像数据，能够极大地减少存储空间的需求量。
• 为虚拟机实施分层存储。根据不同类型数据的相对离散度、优先权和访问频率，将其保存到不同的存储层中。
• 整合SAN。后面会讨论到几种简化SAN的方法。
• 考虑NAS。用NFS对虚拟机存储和重复数据删除简化管理。
• 使用快照功能。通过快照功能得到几种完整操作系统镜像的“黄金拷贝”，也就是它们的快照。这样，大量的虚拟机都可以存储在这几个完整操作系统镜像空间里。
• 重复数据删除备份。重复数据删除备份在虚拟服务器环境中能够带来独特的益处。

　　1. 操作系统镜像的重复数据删除

　　在虚拟环境中，每个操作系统镜像的80%～90%是相同的。举例来说，每位用户的Windows启动界面都是一样的，在这些操作系统中，只有一些诸如主机名称和注册表数据等系统信息是不同的。而且，操作系统镜像对磁盘I/O性能的影响也不大。目前，有些厂商提供主存储器的重复数据删除工具，使用该工具可以使操作系统镜像的数量减少70%以上，而对使用性能影响很小。某著名存储厂商还保证操作系统重复数据删除功能可以减少至少50%的空间使用量。

　　案例 虚拟机存储重复数据删除得到了越来越广泛的使用。如某大型保险公司拥有400TB以上的主存储容量和200个虚拟服务器，每个虚拟服务器拥有20GB以上的操作系统镜像。在对虚拟机操作系统镜像进行重复数据删除后，这家公司在今后三年之内将节省75万美元的成本。

　　2. 使用存储分层

　　IT经理们不仅会让存储工作团队明确新的存储需求量，还会确定未来存储数据的类型。存储工作团队可以为这些不同类型的数据安排不同的存储区域。有些访问频率较低的数据将被安排在访问速度较慢的第三层，第三层存储的成本比第一层要便宜5～7倍。访问频率更高的数据则被安排在第二层，比如应用程序及其相关数据。而访问频率最高的数据则被安排在第一层，这些数据往往是一些经常改变的资料或者数据库。

　　请注意，有些虚拟化工具，如VMware Site Recovery Manager (SRM)目前要求恢复单一虚拟机所有数据必须存储在一个单独的ESX存储池中。

　　案例 某金融服务公司拥有超过300TB的存储量，虚拟机环境杂乱无章。该公司将操作系统数据存放在便宜的第三层存储中，将经常使用的应用程序和用户数据放在第二层和第一层。于是，公司70%的存储量都存于第三层了，这比之前将所有虚拟机数据都存放在第一层里要减少75%的成本。

　　3. 整合SAN

　　过去的大型光纤通道SAN能够支撑成百上千的物理服务器，而且每个光纤都有12个以上的交换机。现在虚拟机服务器能够以10∶1、15∶1、甚至20∶1的比例整合客户账户。这种模式要求更宽、更快的数据管线和更少的端口，建立更均衡、更快的SAN。上世纪90年代，简单双向SAN架构足可以应付中型以下企业的需求，而目前SAN的带宽已经达到8Gbps，这对性能的提高帮助很大。

　　有些虚拟化管理产品，如VMware ESX 3.x，并不支持存储多路径平衡，并且同一时间只支持一个I/O通道。VMware ESX 4.x现在允许第三方的多路径软件（如EMC的PowerPath VE）同时调用多个I/O路径。这减少了至少50%的端口数量和带宽需求，同时减少至少50%的成本。虽然高性能的端口可能更昂贵，但需要的数量变少了。

　　另一个选择是N_Port virtualization (NPIV)，NPIV允许单一HBA支持多个虚拟主机总线适配器（vHBAs）。每个用户操作系统在SAN中都拥有一个自己的ID，提高了可靠性和安全性。存储管理员能够使用现有工具观察从虚拟服务器到存储阵列的SAN进程。这给排查问题、I/O映射和容量规划等工作带来了方便。

　　4. 考虑NAS

　　除了使用管线通道或者基于SAN的iSCSI外，虚拟存储还可以通过NFS在NAS硬件上实现。NAS设备为虚拟服务器提供随时可以使用的文件系统，使对基于服务器的文件系统（如VMFS）不再有需求。有利就有弊，NAS相比SAN的缺点在于其安全性较低、速度较慢。不过如果部署得当，使用独立VLAN和多个千兆以太网或万兆以太网连接，NAS也能够达到与光纤通道SAN同样的安全性和速度，同时复杂度和成本更低。

　　NAS的优势包括：

• 虚拟机服务器操作系统的重复数据删除能够显著地减少存储需求。该功能包含在某些厂商的NAS工具中，如EMC的Celerra和NetApp的FAS。
• 现有的低成本千兆和万兆以太网可以代替复杂和昂贵的光纤通道SAN。
• NAS管理起来更简单。比如，存储管理员能够在不影响主机系统的情况下将NAS存储扩展给虚拟服务器。而SAN则需要扩展LUN或创建和提供更多的LUN给服务器，这将扩展文件系统，于是不得不给其他的管理员主机带来改变。

　　部署NAS需要的最佳方案和注意事项有：

• 不要远距离路由NAS，因为延迟问题会变得很严重；
• 在UDP和超长帧上使用NFS v3，这会最大化发挥系统性能；
• 可以考虑使用独立的VLAN，保证安全性和传输的独立性；
• VMware SRM只提供有限的NAS支持。

　　案例 某保健组织拥有200TB以上的主光纤通道存储，在NAS上部署了VMware后，简化了管理工作，本地操作系统重复数据删除也变得容易了。这家组织大大地减少了原来使用SAN时候的虚拟服务器连接成本，也减少了支持虚拟机的存储空间需求。

　　5. 使用快照功能

　　使用基于阵列的操作系统镜像快照能够快速经济地部署新的虚拟机，这一切只需要给虚拟机服务器提供可写的、空间优化的完整“黄金操作系统镜像”快照。系统可以利用快照快速地建立新的虚拟机，节省大量的磁盘空间。快照镜像的更新存放在一个不同的位置，通常命名为“save-vol”或者“snap reserve”，每个操作系统镜像均可分别更新，保持其独特的个性化设置。通常，许多压缩后的操作系统快照只需要几个完整镜像所需的空间。

　　这种方法的最佳方案是：页面文件存储在第一层和第二层中，而不是在基于快照的C盘，因为页面文件改变很快，使用也很频繁。

　　快照需要为每个虚拟机账户开辟一块新的卷或者分离的NFS卷。“黄金操作系统镜像”的更新档并不会自动传播到这些卷中。解决的方法有两种：

　　一个是为每个基于快照的操作系统实例配置更新档。这很简单，但是空间使用效率不高，尤其是当save-vol越来越大时。

　　另一个是为“黄金镜像”配置更新档，然后用新的快照重新部署所有的操作系统实例。保存系统状态信息（注册表、程序文件、主机名称等）为备份。相比第一种方法，这种方法的难度要大得多，但是保证了操作系统的标准和安全性，也能够控制更新档越来越大带来的存储需求增长。

　　操作系统镜像快照的部署能够节省大量的成本和预算。举个例子来说，存储100个完整的20GB操作系统镜像拷贝需要2TB的存储空间。如果每GB需要20美元，那么就需要4万美元左右。使用快照镜像能够以20倍的比率压缩存储需求。相同的100份拷贝通过快照部署则只需要100GB的磁盘空间，成本降低至2000美元。

　　案例 一家大型出版企业拥有300TB的主存储容量，使用阵列快照为海外作者和开发商提供操作系统镜像，获得了更快的速度、更高的灵活性，节省了空间和成本。由于这家企业的工作量随着出版数量而改变，快速使其能够迅速灵活地提供VDI桌面。

　　6. 备份存储的重复数据删除

　　如果虚拟镜像中重复数据太多，那么使用重复数据删除可以减少95%的备份存储所需空间。备份数据重复数据删除拥有很高的投资回报率，而几乎没有任何副作用。下列两种方法在虚拟环境中都可以得到很好的效果：

　　基于主机的备份重复数据删除（比如EMC的Avamar和Symantec的PureDisk）都能够代替现有的备份软件。主机重复数据删除将消耗更少的网络带宽。

　　基于目标的重复数据删除（比如Diligent Technologies、EMC的Data Domain unit、NetApp和 Quantum）实施起来更方便，而且与现有备份软件相兼容，但不会降低网络带宽负载。

　　虽然标准磁带备份相比磁盘和虚拟磁带库（VTL）备份更便宜，但当使用重复数据删除工具达到100∶1的数据压缩率时，重复数据删除后的磁盘将接近磁带的存储能力。假设使用LTO-4磁带备份数据，其成本为200美元/TB，那么，备份100TB的虚拟机数据就需要2万美元。如果我们假设压缩率为25∶1的重复数据删除磁盘的成本大约为1万美元/TB，则压缩前的购买成本为10万美元，这比磁带成本高得多，而在100∶1的压缩率下，这一成本下降至2.5万美元，这几乎与磁带备份的价格差不多。从商业角度来看，使用重复数据删除磁盘存储拥有一定的经济性。

　　重复数据删除磁盘存储相比磁带的优点如下：

• 灾难恢复备份的复制成本更低；
• 消耗的电能、占用空间和制冷需求更少，有益于保护环境；
• 远程复制时节省带宽；
• 相比磁带来说减少了管理上的问题；
• 通过SLA显著地减少商业危险，同时相比磁带拥有更快的恢复速度。

　　案例 现在备份数据重复删除已经非常常见。举个例子来说：某大型区域性银行组织拥有200TB以上的主磁盘存储空间，支持的虚拟服务器有300～400个。使用基于源端的虚拟机备份重复数据删除，系统几乎取消了备份存储系统、软件及其维护，与此同时提高了系统的灾难恢复能力。