服务器虚拟化所带来5大存储难题
[摘要]
虽说服务器虚拟化带来了各种好处，但从存储角度来看，服务器虚拟化并不那么讨人喜欢，它带来很多问题，包括主存储和备份存储……
虽说服务器虚拟化带来了各种好处，但从存储角度来看，服务器虚拟化并不那么讨人喜欢，它带来很多问题，包括主存储和备份存储的巨大I/O瓶颈，以及复杂的灾难恢复等。
随着多核CPU被用于服务器上以创建多个虚拟机，并且大型企业的服务器群存在70%到80%的虚拟化，因此，在应用服务器和主存储之间以及主存储和备份存储之间将有更多的应用I/O流。据IBM的研究人员表示，由于服务器虚拟化的广泛应用，2000年和2010年之间，全球服务器的数量增加了六倍，而存储量则增加了69倍。
调查结果显示，在服务器虚拟化不断广泛应用的同时，带来了一系列的新的存储难题，其中有五个最让人头疼的问题。当然，这些问题也不是不可以解决。
1. 存储性能下降以及I/O瓶颈
首先，让IT管理员非常郁闷的是，存储性能增长速度相比于计算能力的增长，其明显要慢得多。对于虚拟化而言，I/O瓶颈和缓慢的存储性能成为头号难题。“虚拟化可以让你在单个物理硬盘上进行频繁的操作，但这会产生大量的I/O流，所以会加大了磁盘的工作工作负载，并且缓存越来越难对性能进行提升，”Taneja Group高级分析师Jeff Boles表示，“虚拟化能够让我们完成比实际计算能力更多的工作。”
如何解决：I/O瓶颈问题的解决方案取决于问题所在的位置：是在网络还是存储域。大多数情况下，这个问题都出现在存储环境。因为存储能力的发展落后于其他所有的基础设施。“存储性能进展非常缓慢。并且，管理员无法看到存储环境内部所发生的事情，所以他们不知道如何解决。还好，有一些工具可以帮助发现并解决问题，”Boles表示。
例如光纤通道用户可以在存储区域网络(SAN)使用Virtual Instruments公司的性能监控工具来优化性能和可用性。其他提供可视性工具的存储供应商还包括NetApp公司，该公司最近收购了Akorri及其虚拟基础设施预测工具;以及戴尔公司，其所收购的EqualLogic公司所拥有的图形用户界面可以让客户监控存储系统性能。
总部位于美国波士顿的广告代理公司Arnold Worldwide在五年前对其部分服务器进行了虚拟化。公司的高级系统工程师Chris Elam记得当他第一次开始做备份的时候，发现备份的吞吐量在下降，备份的时间也越来越长。该公司部署的Dell Compellent SAN可视性工具发现并报告这个问题，于是他增加了更多驱动器来提高I/O操作，现在Compellent在驱动器之间传输数据。
作为额外的预防措施，Arnold Worldwide公司的IT人员将大部分复制工作放在下班时间进行，除了那些涉及生产文件服务器的复制外，因为生产数据变化很快，所以这些复制必须在白天完成。“这个是我们愿意承担的I/O，”Elam表示，毕竟客户服务是最重要的。“备份花费更长时间是一个问题，用户开始抱怨系统缓慢又是另一个问题了。”
性能是I/O的另一个重要考虑因素。“管理员应该基于他们现有的基础设施数量来考虑他们所需要的I/O密度和性能，”Boles表示，“数据中心的工作负载密度已经出现了大幅增加，单个机架承担了30个工作负载。”
I/O密度可以通过使用固态驱动器和类似技术(更有效的缓存或者自动分层技术)来提高。此外，只有当企业为单个存储系统增加更多的服务器，I/O才会增加。横向扩展技术也可以帮助扩展性能以及容量。
“中小企业客户可以考虑Scale Computing的工具，中型企业可以看看EquaLogic，而大型企业则可以考虑NetApp和3Par，”Boles表示。
2. 更复杂的数据备份和灾难恢复
这方面最大的错误之一就是试图使用传统备份方法来保护虚拟基础设施，Boles表示。对于传统备份，“从硬件上的虚拟机数量来看，降级和备份性能并不只是线性降级。你想在夜晚保护这些虚拟服务器，而这无疑将制造一场备份争夺战。
而当你试图在这一台物理服务器上同时进行10个备份，服务器内部的内存、CPU、网络和存储将出现激烈争斗，”他表示。
使问题更加复杂的是工作负载迁移工具(例如VMware的Storage vMotion)，这些工具可以让用户在共享存储位置之间迁移虚拟机磁盘文件，“现在你必须保持与这些随时可能迁移的虚拟服务器相关的备份的有效进行，这又可能陷入其他瓶颈，真是让人头痛的问题，”Boles表示。
虚拟桌面的I/O困境
虚拟桌面I/O工作负载正在严重“折磨”硬盘阵列。现在恐怕只有入门者还在运行个人工作站的传统I/O工作负载，而大部分IT部门都在运行成千上万个虚拟桌面，且是在单个存储平台进行，这造成了极大的I/O 混乱。
“他们在磁盘的不同位置进行顺序I/O操作，从阵列角度来看，这无疑使简单易用的顺序I/O模式变成了讨厌的随机I/O模式，”固态存储阵列制造商WhipTail Technologies公司James Candelaria表示。
这对于传统存储阵列是个严重的问题，因为很多公司没有足够的缓存来处理涌入的数据，这就会出现缓存故障，减慢系统速度。
如何解决：首先，执行I/O配置分析以确保你知道I/O的需求。“一般的经验法则是，在稳定状态的环境中，支持虚拟桌面基础设施上的典型用户，你需要每人每秒20到40的I/O，”Candelaria表示，“如果你没有考虑这个I/O需求，用户体验将会变得一团糟。”
同时，确保你拥有适当的存储结构和传输结构。“我发现我们很多用户试图在没有高速存储结构的情况下进行虚拟桌面项目，并且他们持续地最大化利用SCSI上运行的千兆存储，”他表示，“事实上，这种情况下，你需要一个更高速的传输通道，例如万兆iSCSI或者光纤通道。”
如果你想要向远程用户提供虚拟桌面，请确保你有足够的带宽来支持良好的用户体验。
最后，确保你有足够的写入I/O，Candelaria表示。如果设计正确的话，桌面工作负载通常是以写入I/O为主，而不是读取I/O。传统供应商(例如Citrix和VMware)提出了通过碰撞阵列(并且不需要回传到阵列)减少读取流量的方法，从而减少冗余流量。
如何解决：一些供应商正在为其虚拟基础设施内运行的虚拟环境建立备份和恢复工具，通过这种方式，供应商可以捕获和管理物理服务器上的数据，并且在数据离开虚拟服务器之前对数据进行优化。
例如，Acronis最近推出的产品可以在几分钟内备份虚拟机，并在相同时间内恢复数据，同时保持数据的有序性。很多供应商开始利用一些虚拟化基础设施技术(例如存储快照工具和复制)来使备份更快更简单。
当美国阿肯色州的费耶特维尔银行第一次开始虚拟化服务器时，高级副总裁兼IT经理Les Barnes采用了与传统服务器备份相同的方法来进行备份：他使用了磁带库。 但是，由于备份通常是在晚上进行，而越来越多的客户需要24小时访问网上银行系统，这时就需要另一种解决方案。
他弃用了传统备份，改用SAN复制和SAN快照，以确保SAN的多个副本可供使用。
“使用SAN复制的优点在于它可以从服务器彻底地卸载任何I/O，”Barnes表示，“现在变成了SAN集群到SAN集群的通信，完全在备份通道进行，对最终用户或者虚拟机没有任何影响。并且如果我需要恢复的话，我可以在几分钟内完成，而不需要几小时或者几天。”
Elam认为Arnold Worldwide的SAN是帮助改善备份的途径。“现在几乎不可能利用周末时间将所有数据写入到磁盘，”他表示，该广告代理公司的SAN承载着60兆兆字节的数据。“我们复制了很多数据在异地作为备份，还保持着快照，我们也进行重复数据删除以快速获取备份。”
但Elam警告说，这些快照是相当大的：“当我们采取快照方法时没有意识到的最大问题是快照或者重放所占用的空间。我们甚至认为这不需要多少空间。建议大家进行规划。”
3. 难以管理共享存储
企业通常有很多不同的工作负载存储在存储系统中，对于管理员而言，存储卷、每卷支持的工作负载、对每卷的要求以及什么占用容量之间并不存在明确的关联性。
“从本质上讲，虚拟基础设施在存储基础设施上创造了另一个抽象层，因此你并没有真正摆脱物理层的复杂性，”Boles解释说，“现在你既需要管理这个虚拟存储层(由VMware的VMFS、各种不同的虚拟服务器文件和数据组成);又需要照看物理基础设施，和查看I/O需求，”他表示。
如何解决： 考虑自动精简配置，存储虚拟化功能可以通过将数据分配到自由空间来防止低存储利用率。而物理存储只有在必要时，才被分配给共享池。通过使用自动精简配置和服务器虚拟化，用户可以同时优化服务器和存储利用率。来自3Par、Compellent、DataCore Software以及NetApp的虚拟化设备和阵列都包含自动精简配置功能。
4. 存储基础设施需要同时适应物理和虚拟环境
与备份和恢复困境相似，很多管理员表示很难将其存储基础设施适应于传统和虚拟混合环境。
如何解决： 当选择的虚拟解决方案需要兼顾物理环境时，“确保你选择的存储供应商的产品具有易于使用、简单以及虚拟基础设施整合的特点，”Boles表示。一些大供应商的产品都整合了虚拟基础设施，从而减小了这些系统的复杂性，“所以你不需要做其他疯狂的操作，例如磁盘组配置。你需要的是存储和粒度配置存储的一键式设置，这样你就可以分配资源，了解谁在使用什么，并随着时间的推移进行管理。”
一些大型IT部门甚至考虑采用NFS-NAS等技术，“这样你就可以将一大堆虚拟机存储在一个存储挂载点，从而避免了复杂性，”Boles表示。
5. 为虚拟服务器选择正确的网络存储存在困难
“如果选择正确的话，网络存储可以带来很多好处，你可以获得更好的性能，更简化的流程，”Boles表示，但是选择正确的解决方案在很大程度上取决于企业的目标。
在普渡大学克兰纳特管理学院，IT部门的首要任务不是虚拟环境的24*7可用性，而是更快的恢复时间，如果系统崩溃的话，IT经理Jeff Ellow表示。
在不造成巨大性能损失的情况下，虚拟化存储密集型服务器需要一定水平的存储性能，而这是SAN无法实现的。很明显适合普渡大学的是10千兆的iSCSI，但是成本是个很大的问题。普渡大学最终选择了LSI 6Gbps SAS 交换技术，该技术提供了故障转移SAN的优势以及端到端本地SAS 6Gbps数据路径的性能，更重要的是，成本也在他们可以接受的水平。
“即使我们的SAN出现故障，我们仍然有足够的本地存储可以以另一种模式运行，快速恢复对于我们非常重要，”Ellow说道。
如何解决： 在选择任何供应商之前，你一定要了解产品的管理功能，Barnes表示。服务器和存储虚拟化可以很简单：“对于SAN管理，你不需要太高端的科技。”
Elam表示，虚拟化的好处值得我们迎难而上。“从利于使用、稳定性、高可用性、能够在白天复制和维护等方面来看，虚拟化的利远远大于弊，有很多事情你不必再放在周末进行了。”
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