虛擬儲存管理系統的基礎是程式的什麼理論

虛擬儲存管理系統的基礎是程式的「局部性」理論。虛擬儲存技術是基於程式局部性原理的，而程式的局部性原理體現在兩個方面：1、時間局部性，時間局部性是指一條指令被執行後，那麼它可能很快就會再次被執行； 2.空間局部性，是指若某一儲存單元被訪問，那麼與該儲存單元相鄰的單元可能也會很快被存取。

本教學操作環境：windows7系統、Dell G3電腦。

虛擬儲存管理系統的基礎是程式的「局部性」理論。

所謂虛擬存儲，就是把內存與外存有機的結合起來使用，從而得到一個容量很大的“內存”，這就稱之為虛擬存儲。可以說，儲存網路平台的綜合效能的優劣，將直接影響整個系統的正常運作。

虛擬儲存技術是基於程式的局部性原理的，程式的局部性原理體現在兩個方面：時間局部性和空間局部性。時間局部性是指一條指令被執行後，那麼它可能很快會再次被執行；空間局部性是指若某一存儲單元被訪問，那麼與該存儲單元相鄰的單元可能也會很快被訪問。

虛擬儲存的分類

虛擬儲存的發展尚無統一標準，

• 從虛擬化儲存的拓樸結構來講主要有兩種方式：即對稱式與非對稱式。

  對稱式虛擬儲存技術是指虛擬儲存控制設備與儲存軟體系統、交換設備集成為一個整體，內嵌在網路資料傳輸路徑中；非對稱式虛擬儲存技術是指虛擬儲存控制設備獨立於資料傳輸路徑之外。

• 從虛擬化儲存的實作原理來講也有兩種方式；即資料區塊虛擬與虛擬檔案系統。

具體如下：

對稱式虛擬儲存

儲存控制裝置High Speed Traffic Directors（HSTD）與儲存池子系統Storage Pool整合在一起，組成SAN Appliance。可以看到在這個方案中儲存控制設備HSTD在主機與儲存池資料交換的過程中扮演核心角色。此方案的虛擬儲存過程是這樣的：由HSTD內嵌的儲存管理系統將儲存池中的實體硬碟虛擬為邏輯儲存單元（LUN），並進行連接埠對映（指定某一個LUN能被哪些連接埠所見） ，主機端將各可見的儲存單元對應為作業系統可識別的碟符。當主機向SAN Appliance寫入資料時，使用者只需要將資料寫入位置指定為自己映射的盤符（LUN），資料經過HSTD的高速並行端口，先寫入高速緩存，HSTD中的儲存管理系統自動完成目標位置由LUN到實體硬碟的轉換，過程中使用者見到的只是虛擬邏輯單元，而不關心每個LUN的具體實體組織結構。此方案具有以下主要特點：

（1）採用大容量高速緩存，顯著提高資料傳輸速度。

快取是儲存系統中廣泛採用的位於主機與儲存裝置之間的I/O路徑上的中間媒體。當主機從儲存裝置讀取資料時，會把與目前資料儲存位置相連的資料讀到快取中，並把多次呼叫的資料保留在快取中；當主機讀取資料時，在很大幾率上能夠從快取中找到所需要的資料。直接從快取上讀出。而從快取讀取資料時的速度只受到電訊號傳播速度的影響（等於光速），因此大大高於從硬碟讀取資料時盤片機械轉動的速度。當主機寫入儲存裝置到儲存裝置時，先把資料寫入快取中，待主機端寫入動作停止，再從快取中將資料寫入硬碟，同樣高於直接寫入硬碟的速度

（2）多埠並行技術，消除了I/O瓶頸。

傳統的FC儲存裝置中控制埠與邏輯磁碟之間是固定關係，存取一塊硬碟只能透過控制它的控制器連接埠。在對稱式虛擬儲存設備中，SAN Appliance的儲存連接埠與LUN的關係是虛擬的，也就是說多台主機可以透過多個儲存連接埠（最多8個）並發存取同一個LUN；在光纖通道100MB/頻寬的大前提下，並行工作的連接埠數量越多，資料頻寬就越高。

（3）邏輯儲存單元提供了高速的磁碟存取速度。

在視訊應用環境中，應用程式讀寫資料時以固定大小的資料區塊為單位（從512byte到1MB之間）。而儲存系統為了確保應用程式的頻寬需求，往往設計為傳輸512byte以上的資料塊大小才能達到其最佳I/O效能。在傳統SAN結構中，當容量需求增加時，唯一的解決方法是多塊磁碟（物理或邏輯的）綁定為帶區集，實現大容量LUN。在對稱式虛擬儲存系統中，為主機提供真正的超大容量、高效能LUN，而不是以帶區集方式實現的效能較差的邏輯磁碟區。與帶區集相比，Power LUN具有許多優勢，如大塊的I/O block會真正被儲存系統所接受，有效提高資料傳輸速度；並且由於沒有帶區集的處理過程，主機CPU可以解除很大負擔，提高了主機的效能。

（4）成對的HSTD系統的容錯性能。

在對稱式虛擬儲存系統中，HSTD是資料I/O的必經之地，儲存池是資料存放區。由於儲存池中的資料具有容錯機制保障安全，因此使用者自然會想到HSTD是否有容錯保護。像許多大型儲存系統一樣，在成熟的對稱式虛擬儲存系統中，HSTD是成對配製的，每對HSTD之間是透過SAN Appliance內嵌的網路管理服務實現快取資料一致且相互通訊的。

（5）在SAN Appliance之上可方便的連接交換設備，實現超大規模Fabric結構的SAN。

因為系統維持了標準的SAN結構，為系統的擴展和互連提供了技術保障，所以在SAN Appliance之上可方便的連接交換設備，實現超大規模Fabric結構的SAN。

非對稱式虛擬儲存系統

#網路中的每一台主機和虛擬儲存管理設備均連接到磁碟陣列，其中主機的資料路徑透過FC交換設備到達磁碟陣列；虛擬儲存設備對網路上連接的磁碟陣列進行虛擬化操作，將各儲存陣列中的LUN虛擬為邏輯帶區集（Strip）,並對網路上的每一台主機指定對每一個Strip的存取權限（可寫入、可讀、禁止存取）。當主機要存取某個Strip時，首先要存取虛擬儲存設備，讀取Strip資訊和存取權限，然後透過交換設備存取實際的Strip中的資料。在此過程中，主機只會辨識到邏輯的Strip，而不會直接辨識到實體硬碟。此方案具有以下特點：

（1）將不同實體硬碟陣列中的容量進行邏輯組合，實現虛擬的帶區集，將多個陣列控制器連接埠綁定，在一定程度上提高了系統的可用頻寬。

（2）在交換器連接埠數量足夠的情況下，可在一個網路內安裝兩台虛擬儲存設備，實現Strip資訊和存取權限的冗餘。

但是這個方案存在以下一些不足：

（1）這個方案本質上是帶區集－磁碟陣列結構，一旦帶區集中的某個磁碟陣列控制器損壞，或者這個陣列到交換器路徑上的銅纜、GBIC損壞，都會導致一個虛擬的LUN離線，而帶區集本身是沒有容錯能力的，一個LUN的損壞就意味著整個Strip裡面資料的遺失。

（2）由於此方案的頻寬提高是透過陣列埠綁定來實現的，而普通光纖通道陣列控制器的有效頻寬僅在40MB/S左右，因此要達到幾百兆的頻寬就意味著要呼叫十幾台陣列，這樣就會佔用幾十個交換器端口，在只有一兩台交換器的中小型網路中，這是不可實現的。

（3）由於各種品牌、型號的磁碟陣列其性能不完全相同，如果出於虛擬化的目的將不同品牌、型號的陣列進行綁定，會帶來一個問題：即數據寫入或讀出時各並發資料流的速度不同，這意味著原來的資料包順序在傳輸完畢後被打亂，系統需要佔用時間和資源去重新進行資料包排序整理，這會嚴重影響系統性能。

資料塊虛擬與虛擬檔案系統

資料塊虛擬儲存方案著重解決資料傳輸過程中的衝突和延遲問題。在由多交換器組成的大型Fabric結構的SAN中，由於多台主機透過多個交換器連接埠存取儲存設備，延遲和資料區塊衝突問題非常嚴重。資料塊虛擬儲存方案利用虛擬的多埠並行技術，為多台客戶機提供了極高的頻寬，最大限度地減少了延時與衝突的發生，在實際應用中，資料區塊虛擬儲存方案以對稱拓樸結構為表現形式。

虛擬檔案系統儲存方案著重解決大規模網路中檔案共享的安全機制問題。透過對不同的網站指定不同的存取權限，確保網路檔案的安全。在實際應用中，虛擬檔案系統儲存方案以非對稱式拓樸結構為表現形式。

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