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虛擬存儲
閱讀�17907時間�2010-12-21 10:15:52

  虛擬存儲(Storage Virtualization)是指將多個不同類�、獨(dú)立存在的物理存儲體,通過軟、硬件技�(shù),集成轉(zhuǎn)化為一個邏輯上的虛擬的存儲單元,集中管理供用戶�(tǒng)一使用。這個虛擬邏輯存儲單元的存儲容量是它所集中管理的各物理存儲體的存儲量的總和,而它具有的訪問帶寬則在一定程度上接近各個物理存儲體的訪問帶寬之��

  虛擬存儲��(shí)際上是一種邏輯存儲器,實(shí)�(zhì)是對物理存儲�(shè)備�(jìn)行邏輯化的處�,并將統(tǒng)一的邏輯視圖呈�(xiàn)給用戶。因�,用戶在使用�,操作的是虛擬設(shè)�,無需�(guān)心底層的物理�(huán)�。因�,可以充分利用基于異�(gòu)平臺的存儲空間,�(dá)到化的使用效��

功能

  虛擬存儲系統(tǒng)一般具有以下功能:

 ?�?)具有存儲設(shè)備故障確定及自動觸發(fā)故障�(shè)備接替功��

 ?�?)具有存儲協(xié)議的自由�(zhuǎn)換功能,從而能�(shí)�(xiàn)對不同協(xié)議下�,異�(gòu)的存儲和服務(wù)器環(huán)境的支持�

  �3)支持SAN存儲配置,能�(shí)�(xiàn)存儲體的集中式管理和存儲容量�(kuò)充�

 ?�?)能通過TCP/IP�(xié)�,在�(wǎng)�(luò)上實(shí)�(xiàn)對存儲器的各種遠(yuǎn)程同步操��

 ?�?)可�(shí)�(xiàn)�(shù)�(jù)高速緩�、定時自動備份和恢復(fù)等�

  因此,其在使用時存儲效率較高,用戶存儲硬件開銷和管理維護(hù)成本可大幅降�,系�(tǒng)安全性得到提�,特別適合具有海量級信息資源的企�(yè)級和�(wǎng)�(luò)�(huán)境下使用�

�(jié)�(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)

  虛擬存儲系統(tǒng)從體系結(jié)�(gòu)上可分為對稱式和非對稱式兩種�

  1 對稱式結(jié)�(gòu)

  對稱式虛擬存儲的控制交換�(shè)備直接存在于服務(wù)器和存儲�(shè)備之間,用運(yùn)行在虛擬存儲控制�(shè)備中的管理軟件來管理和配置所有的存儲�(shè)備,組成一個大型的存儲�,其中的若干存儲�(shè)備以一個邏輯分區(qū)的形式被系統(tǒng)中所有的服務(wù)器訪�。其�(jié)�(gòu)如圖1所示�

對稱式虛擬存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  �1 對稱式虛擬存儲系�(tǒng)�(jié)�(gòu)

  對稱式結(jié)�(gòu)的優(yōu)�(diǎn)主要有:

 ?�?)虛擬存儲控制設(shè)備有多個數(shù)�(jù)通道與存儲設(shè)備連接,多個存儲設(shè)備并�(fā)工作,所以系�(tǒng)總的存儲�(shè)備訪問速度可以�(dá)到較高的水平�

  �2)設(shè)備集�,因此系�(tǒng)的安裝和管理非常簡便�

  �3)存儲設(shè)備對主機(jī)是透明��

  缺點(diǎn)主要有:

  �1)所有服�(wù)器對存儲�(shè)備的訪問都要�(jīng)過控制交換設(shè)備的通道??刂平粨Q�(shè)備容易成為整個系�(tǒng)的帶寬瓶頸;

 ?�?)數(shù)�(jù)傳輸和控制設(shè)備在整個系�(tǒng)中是一個單�(diǎn)失效�(diǎn),它的故障將�(dǎo)致整個系�(tǒng)的癱��

  �3)系�(tǒng)�(kuò)展性相對較��

  2 非對稱式�(jié)�(gòu)

  非對稱式虛擬存儲又稱通道外虛擬存�。其�(jié)�(gòu)如圖2所示�

非對稱式虛擬存儲系統(tǒng)

  �2 非對稱式虛擬存儲系統(tǒng)

  非對稱式�(jié)�(gòu)的虛擬存儲系�(tǒng)主要通過軟件手段�(shí)�(xiàn)虛擬存儲控制。其虛擬存儲控制器獨(dú)立于�(shù)�(jù)傳輸通道之外,數(shù)�(jù)和控制信息在傳輸通道上分�。虛擬存儲控制器不直接參與數(shù)�(jù)的傳�,運(yùn)行在其上的虛擬存儲控制軟件對存儲�(shè)備�(jìn)行統(tǒng)一管理和配置并形成邏輯存儲單元和存儲設(shè)備映射表,任何服�(wù)器在初始化時,均要通過虛擬存儲控制器獲得存儲設(shè)備的映射表并�(shí)�(xiàn)對虛擬存儲單元的訪問�

  非對稱式�(jié)�(gòu)的優(yōu)�(diǎn)主要�:

 ?�?)可將不同物理硬盤陣列�(jìn)行邏輯組合以�(shí)�(xiàn)虛擬存儲,并可將多個硬盤陣列控制器端口綁定提高系統(tǒng)的可用帶��

 ?�?)在交換�(jī)端口�(shù)量足夠的情況�,可在一個網(wǎng)�(luò)�(nèi)安裝冗余備份的兩臺虛擬存儲設(shè)��

 ?�?)系�(tǒng)配置非常靈活,具有較高的開放性和可擴(kuò)展��

 ?�?)系�(tǒng)的安全性較�,虛擬存儲控制器位于�(shù)�(jù)傳輸通道之外虛擬存儲控制器出�(xiàn)故障,不會引起存儲系�(tǒng)的數(shù)�(jù)傳輸通道阻塞�

 ?�?)由于服�(wù)器通過連接�(shè)備直接訪問存儲設(shè)備,因此存儲虛擬化后不會帶來任何延遲�

 ?�?)存儲系�(tǒng)對于操作系統(tǒng)和應(yīng)用系�(tǒng)都是透明的,因此存儲系統(tǒng)的管理比較方��

  缺點(diǎn)主要有:

  �1)由于虛擬存儲控制器保存有存儲設(shè)備信息映射表,如果虛擬存儲控制器�(fā)生故障,則新加入�(shè)備無法獲得映射表,無法訪問存儲系�(tǒng)�

  �2)需要FC光纖通道接口卡來�(shí)�(xiàn)與存儲設(shè)備的�(shù)�(jù)讀��

 ?�?)由于該�(jié)�(gòu)本質(zhì)上屬于磁盤陣列群�(jié)�(gòu),一旦磁盤陣列群中的某個磁盤陣列控制器損壞,或者這個陣列到交換�(jī)路徑失效,都會導(dǎo)致相�(yīng)的虛擬存儲控制器離線并丟失其�(shù)�(jù)�

  �4)可用帶寬的提高是通過磁盤陣列端口綁定來實(shí)�(xiàn)�,因�,很難實(shí)�(xiàn)幾百兆以上的可用帶寬�

 ?�?)由于不同品牌或型號的磁盤陣列的性能不完全相�,出于虛擬化的目的將不同品牌或型號的陣列�(jìn)行綁�,會�(chǎn)生以下問題:即數(shù)�(jù)寫入或讀出時各并�(fā)�(shù)�(jù)流的速度不同,原來的�(shù)�(jù)包順序在傳輸完畢后被打亂,系�(tǒng)需要占用時間和資源去重新�(jìn)行數(shù)�(jù)包排序整�,這會�(yán)重影響系�(tǒng)性能�

技�(shù)原理

  虛擬存儲器是根據(jù)程序的邏輯地址�(zhuǎn)換來�,也稱線性地址空間。一般每個�(jìn)�,甚至每個段都有一�,以32位為�,則每個可�(dá)4G�

  而主存目前一般為百M(fèi)。因此程序中所指的存儲單元并不能都放到主存�,也就是并不是每個程序所用的存儲單元,都有具體的物理的存儲器單元與之對應(yīng)�

  但由于程序的兩個局部性原�,在一個時�,程序只在一個比較小的范圍內(nèi)�(yùn)行。所以我們把程序可能用到的整個存儲空間分成一個個相同大小的�(按頁管理硬件上容易實(shí)�(xiàn)),只把其中的一些頁放在主存�,而其它的頁則等需要時再建,或放在輔存(磁盤)�。同時建立一個頁�,對�(yīng)于每一�,如果該頁在主存中,則頁表記錄它在主存中的地址;如果不在主存中,則在頁表上作不在主存的�(biāo)��

  這樣,當(dāng)程序需要調(diào)用某個存儲單元的�(nèi)容時,先根據(jù)它的線性地址,算出其所在的�。查頁表,看是不是在主存�?如果在,則直接存取。如果查到頁表上是不在的�(biāo)�,那就是一個page fault。要把主存中的某一�(LRU策略)換到磁盤上,把要訪問的那個單元所在的頁調(diào)入主�,再�(jìn)行存取�

  就象一個預(yù)計有一萬學(xué)生的�(xué)�,理論上每個學(xué)生都�(yīng)有一個位子上�(一萬個虛擬位�),而學(xué)校只有一千�(物理)位子。但�(shí)際上,學(xué)校也不會一萬個人同時上課,只要讓上課的同�(xué)有位�(在主存中),而其它同�(xué)只要留下�(lián)系方法能找到就好。為了降低管理的�(fù)雜�,我們采用按�(xué)號分�(�)管理。每個班要么一起上�(主存),要么一起呆在寢�(磁盤)。而在�(xué)校保留一個動�(tài)�(頁表)表明每個班在哪�(物理地址)上課,或者沒上課(不在主存)?,F(xiàn)在假�(shè)我們想按學(xué)號找一個同�(xué),而且是女同學(xué),只能在教室說話,呵�。那么:

  先算出來是哪個班�,查動態(tài)表,看該班是否在教室。在,直接按位置找到(hit);不�(page fault),要先找個不上課的班趕回寢室,把要找女生所在的班調(diào)到教室,再按位置找那個同�(xué)�

  動態(tài)�(頁表)的大?。奖�?xiàng)�(shù)*每個表�(xiàng)所需的位�(shù)�

  表項(xiàng)�(shù)=虛擬班�(shù)=虛擬人�(shù)(虛擬地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

  每個表�(xiàng)的位�(shù)=Log(教室�(shù))+適當(dāng)控制位數(shù)

  教室�(shù)=實(shí)際可以上課的人數(shù)(物理地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

實(shí)際可以上課的人數(shù)

  虛擬地址換算�

虛擬地址換算

  TLB miss�

  4G(32-bit)的存儲空�,如果按4K分頁,則可分1M�。每個頁表項(xiàng)�4B,則一個頁表大小為4MB。由于頁表太大,只能放在主存�。這樣每次讀�(nèi)存都要讀主存,大大影響讀寫速度。而同樣基于局部性原�,整個頁表在某一時刻,所用的也僅僅幾頁而已。所以我們把某段時間�(jīng)常用的幾個頁表項(xiàng),即常用的虛擬頁號和其對�(yīng)的物理頁地址,存在Cache�,即TLB�

  這樣,當(dāng)程序需要調(diào)用某個存儲單元的�(nèi)容時,先根據(jù)它的線性地址,算出其所在的�。先查TLB(比較虛擬頁號),如果有相同的虛擬頁號,則就可以馬上知道其所在的物理地址,根�(jù)物理地址�(jìn)行存取�

  如果沒有相同的虛擬頁�,則說明該頁沒有記錄在TLB�,那再去查頁表,按page fault中所說的�(jìn)��

  TLB像我們隨身記錄電話的小紙片,�(dāng)要查一個電話時,我們先看小紙片。有,我們可以直接打電話。如果沒有,我們再回家查詳�(xì)的電話號碼簿(頁表),再打電�。虛擬存儲器是根�(jù)程序的邏輯地址�(zhuǎn)換來�,也稱線性地址空間。一般每個�(jìn)�,甚至每個段都有一個,�32位為�,則每個可�(dá)4G�

  而主存目前一般為百M(fèi)。因此程序中所指的存儲單元并不能都放到主存�,也就是并不是每個程序所用的存儲單元,都有具體的物理的存儲器單元與之對應(yīng)�

  但由于程序的兩個局部性原�,在一個時刻,程序只在一個比較小的范圍內(nèi)�(yùn)�。所以我們把程序可能用到的整個存儲空間分成一個個相同大小的�(按頁管理硬件上容易實(shí)�(xiàn)),只把其中的一些頁放在主存�,而其它的頁則等需要時再建,或放在輔存(磁盤)中。同時建立一個頁�,對�(yīng)于每一�,如果該頁在主存�,則頁表記錄它在主存中的地址;如果不在主存中,則在頁表上作不在主存的�(biāo)��

  這樣,當(dāng)程序需要調(diào)用某個存儲單元的�(nèi)容時,先根據(jù)它的線性地址,算出其所在的�。查頁表,看是不是在主存�?如果在,則直接存取。如果查到頁表上是不在的�(biāo)記,那就是一個page fault。要把主存中的某一�(LRU策略)換到磁盤上,把要訪問的那個單元所在的頁調(diào)入主�,再�(jìn)行存��

  就象一個預(yù)計有一萬學(xué)生的�(xué)校,理論上每個學(xué)生都�(yīng)有一個位子上�(一萬個虛擬位�),而學(xué)校只有一千�(物理)位子。但�(shí)際上,學(xué)校也不會一萬個人同時上課,只要讓上課的同�(xué)有位�(在主存中),而其它同�(xué)只要留下�(lián)系方法能找到就好。為了降低管理的�(fù)雜�,我們采用按�(xué)號分�(�)管理。每個班要么一起上�(主存),要么一起呆在寢�(磁盤)。而在�(xué)校保留一個動�(tài)�(頁表)表明每個班在哪�(物理地址)上課,或者沒上課(不在主存)?,F(xiàn)在假�(shè)我們想按學(xué)號找一個同�(xué),而且是女同學(xué),只能在教室說話,呵�。那么:

  先算出來是哪個班�,查動態(tài)表,看該班是否在教室。在,直接按位置找到(hit);不�(page fault),要先找個不上課的班趕回寢室,把要找女生所在的班調(diào)到教室,再按位置找那個同�(xué)�

  動態(tài)�(頁表)的大小=表項(xiàng)�(shù)*每個表�(xiàng)所需的位�(shù)�

  表項(xiàng)�(shù)=虛擬班�(shù)=虛擬人�(shù)(虛擬地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

  每個表�(xiàng)的位�(shù)=Log(教室�(shù))+適當(dāng)控制位數(shù)

  教室�(shù)=實(shí)際可以上課的人數(shù)(物理地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

實(shí)際可以上課的人數(shù)(物理地址空間)/每班人數(shù)(每頁大小)

  虛擬地址換算�

虛擬地址換算

  TLB miss�

  4G(32-bit)的存儲空�,如果按4K分頁,則可分1M�。每個頁表項(xiàng)�4B,則一個頁表大小為4MB。由于頁表太�,只能放在主存中。這樣每次讀�(nèi)存都要讀主存,大大影響讀寫速度。而同樣基于局部性原�,整個頁表在某一時刻,所用的也僅僅幾頁而已。所以我們把某段時間�(jīng)常用的幾個頁表項(xiàng),即常用的虛擬頁號和其對�(yīng)的物理頁地址,存在Cache�,即TLB�

  這樣,當(dāng)程序需要調(diào)用某個存儲單元的�(nèi)容時,先根據(jù)它的線性地址,算出其所在的�。先查TLB(比較虛擬頁號),如果有相同的虛擬頁�,則就可以馬上知道其所在的物理地址,根�(jù)物理地址�(jìn)行存��

  如果沒有相同的虛擬頁�,則說明該頁沒有記錄在TLB�,那再去查頁表,按page fault中所說的�(jìn)��

  TLB像我們隨身記錄電話的小紙�,當(dāng)要查一個電話時,我們先看小紙片。有,我們可以直接打電話。如果沒�,我們再回家查詳�(xì)的電話號碼簿(頁表),再打電��


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