详解云存储中虚拟化的技术构成与模型
存储虚拟化
一、何为“存储虚拟化技术”“存储虚拟化”并不是近期才提出的一个新概念，它是伴随着大型计算机的产生、发展而出现的一个较为经典的概念，但随着网络存储的兴起，在新的领域中，存储虚拟化又被赋予了全新的解读，不过从存储的核心功能来看，其本质是具有延续性的。
(一) 存储虚拟化的概念从广义的角度看，存储具有两大特性：其一，它是具有存取数据功能的载体；其二，它具有可管理性。
存储虚拟化是物理存储的逻辑表示方法，是在服务器与存储之间设置的一个抽象层，服务器被绑定到逻辑抽象层上。
于是，无论何时如果需要都可以改变所连接的物理存储，典型的如阵列的替换、层次化存储等，而不会影响应用对这个存储的访问。
存储虚拟化也正是紧紧围绕着这两个主要方面展开的。
从狭义的角度看，存储是具有两个访问通道的实体，数据通道和管理通道就是对此的简单描述。
二者在物理上可以是聚合的，也可以是分离的，而存储虚拟化就相应地发生在这两个通道上。
在理论上可以认为，相对于原存储实体，新的存储实体在数据和管理通道上所进行的任何非恒等的转换，都是一种存储虚拟化方法。
概括地讲，所谓存储虚拟化可以简单地描述为：新存储实体对原存储实体的存储资源（如存储的读写方式、连接方式、存储的规格或结构等）和存储管理（如统一/分散管理）进行变化和转换的过程称为存储虚拟化。
(二) 存储虚拟化的技术分类一般认为存储虚拟化是有所特指的，大致可以从以下两大类来划分：1、存储资源的虚拟化* 存储的规格或结构从早期的磁盘分区到现在具有复杂结构的磁盘阵列，对存储规格或结构的虚拟化始终作为一种最基本的虚拟化形式而不断发展，这是存储虚拟化的一个最为基本的特性之一——可分性。
属于这一类的存储虚拟化产物有：RAID、虚拟网络磁盘等，在可以预见的未来，这类存储虚拟化方式将伴随着人们对块存储的需求，以及对存储安全性与性能的不懈追求仍将长期存储，并且适度发展。
在结构虚拟化方面，设备冗余和资源空洞是两个完全不同的类型，设备冗余可以实现同步、异步镜像等，而资源空洞主要采用写时分配的技术，在提高资源利用率方面表现更为突出，它能够使得呈现给主机的逻辑卷大小远大于实际的物理存储大小；而快照技术更是实现了源和快照依赖于相同的存储资源，形成一种典型的一个虚拟多个的方式。
虚拟化的关键技术
存储虚拟化原理
抽象化
将物理存储资源抽象为逻 辑资源，打破物理存储设 备的限制，实现灵活配置 和管理。
集中化
通过统一的存储虚拟化层， 集中管理所有存储资源， 提高资源利用率和管理效 率。
服务化
将存储资源以服务的形式 提供给上层应用，满足应 用对存储资源的动态需求。
常见存储虚拟化产品
存储虚拟化软件
如VMware vSAN、Microsoft Storage Spaces等，通过软件层 实现存储资源的抽象、集中和服务化。
发展历程
虚拟化技术经历了从硬件仿真、半虚拟化到全虚拟化的发展历程，随着云计算 和大数据技术的快速发展，虚拟化技术已成为数据中心和云计算基础设施的核 心技术之一。
虚拟化技术分类
01
02
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服务器虚拟化
将一台物理服务器虚拟化 成多个虚拟服务器，每个 虚拟服务器可以独立运行 不同的操作系统和应用。
存储虚拟化
桌面虚拟化技术
桌面虚拟化原理
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分离桌面环境与物理设备
通过虚拟化技术，将桌面环境从物理设备中分离 出来，使其能够在任何设备上运行。
集中管理桌面环境
在服务器端集中管理所有虚拟桌面环境，包括操 作系统、应用程序和用户数据等。
3
远程传输桌面图像
用户通过网络连接到虚拟桌面，服务器将桌面图 像传输到用户设备上，用户可以通过设备对虚拟 桌面进行操作。
可扩展性
支持动态扩展虚拟网络资源，满足不断增长的业务需求。
常见网络虚拟化产品
虚拟交换机
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通过软件定义网络（SDN）技术实现网络虚拟化，提供灵活的
网络配置和管理功能。
容器网络
02
为容器提供独立的网络环境，实现容器间的网络通信和隔离。
云计算的基础技术
云计算的基础技术云计算是一种基于互联网的计算服务模式，它通过虚拟化技术将计算资源、存储资源和网络资源整合在一起，用户可以根据自身需求弹性地使用和管理这些资源。
云计算的基础技术涵盖了虚拟化技术、容器技术、分布式系统、网络技术、存储技术等多个方面。
本文将从这些技术的角度介绍云计算的基础技术。
一、虚拟化技术虚拟化技术是云计算的基础之一，它通过将物理资源转化为虚拟资源，从而实现资源的隔离和动态分配。
虚拟化技术可以实现对CPU、内存、存储和网络等资源的虚拟化，使得用户可以根据需要在虚拟资源上创建和管理虚拟机，实现资源的灵活调度和高效利用。
1. CPU虚拟化CPU虚拟化是指将一个物理CPU变成多个逻辑CPU，使得多个操作系统能够同时运行在同一个物理服务器上。
目前比较流行的CPU虚拟化技术有Intel的VT-x和AMD的AMD-V等，它们通过提供多种CPU工作模式和指令集，实现了对CPU资源的虚拟化和隔离。
2.内存虚拟化内存虚拟化是指通过虚拟机监控程序（VMM）对内存资源进行管理和隔离，使得多个虚拟机可以共享物理内存，并且实现了内存资源的分配和回收。
内存虚拟化技术可以通过内存页面的共享和传输，以及对内存容量的动态分配等方式实现内存资源的高效利用。
3.存储虚拟化存储虚拟化是指通过虚拟存储设备将物理存储资源转化为虚拟存储资源，用户可以在虚拟存储资源上创建和管理虚拟磁盘、快照、镜像等存储对象。
存储虚拟化技术可以实现对存储资源的灵活管理和分配，提高了存储资源的利用效率。
4.网络虚拟化网络虚拟化是指通过虚拟交换机、虚拟路由器等网络设备将物理网络资源转化为虚拟网络资源，用户可以在虚拟网络资源上创建和管理虚拟网络，实现对网络资源的隔离和动态分配。
网络虚拟化技术可以实现对网络资源的高效利用和灵活管理，提高了网络资源的利用效率。
二、容器技术容器技术是一种轻量级的虚拟化技术，它通过将应用程序及其依赖环境打包成一个可移植的容器，使得应用程序可以在任何环境中运行。
虚拟化技术在云计算中的应用
虚拟化技术在云计算中的应用随着信息时代的发展，人们的生活和工作方式发生了翻天覆地的变化，云计算作为其中的一项新技术，在信息化领域中已经变得越来越重要。
随着云计算的快速发展和普及，虚拟化技术也成为了云计算发展的重要支撑。
在云计算的背景下，虚拟化技术大幅度提高了技术创新的速度和效率，为企业、个人和政府等提供了更加便捷、更加高效的计算资源服务。
一、虚拟化技术的基础概念虚拟化技术是一种将硬件资源进行逻辑上的隔离，使其可以批量利用的新型技术。
虚拟化技术通过对计算机资源进行池化，使得这些资源可以跨不同的应用程序进行共享和利用，从而实现了更高效的计算和存储资源管理。
虚拟化技术通过将不同的软件、应用和操作系统隔离开来，使其可以共存于同一服务器之上，实现了资源的完全独立。
通过虚拟化技术，我们还可以快速地新增、删除计算资源，从而更好地满足用户对计算资源的需求。
二、云计算的基础架构云计算是一种基于网络的计算模式，它通过将计算、数据存储、网络存储以及其他类型的服务集成到一起，从而提供一种全新的计算模式。
云计算的基础架构通常包括三个部分：云端、连接和客户端。
云端中通常包括云服务器、云存储和专用网络等，而连接部分则是实现云端和客户端之间的通信链接。
客户端主要是指用户所使用的终端设备以及根据用户需要提供的相关软件和服务等。
三、虚拟化技术是云计算中的重要组成部分，它为云计算提供了基础架构。
在云计算中，虚拟化技术通过将硬件资源进行抽象化，使得这些资源可以被多个应用程序和用户共享。
通过这种方式，我们可以快速地响应不同用户的需求，并且提高硬件资源的利用率。
虚拟化技术在云计算中的应用主要表现在以下三个方面：1. 服务共享云计算通过虚拟化技术将计算、存储和网络资源进行抽象化，使得这些资源可以被不同的用户和应用程序所共享。
用户可以根据自己的需求来选择相应的服务，并且可以根据实际情况来开通或关闭相应的服务。
2. 弹性伸缩在云计算中，用户可以根据自己的业务需求来伸缩相应的服务。
虚拟化-存储虚拟化
虚拟化-存储虚拟化随着存储的需求呈螺旋式向上增长，公司内的存储服务器和阵列都⽆⼀例外地随之成倍增长。
对于这种存储管理困境的⼀种解决办法便是存储虚拟化。
存储虚拟化可以使管理程序员将不同的存储作为单个集合的资源来进⾏识别、配置和管理。
存储虚拟化是存储整合的⼀个重要组成部分，它能减少管理问题，⽽且能够提⾼存储利⽤率，这样可以降低新增存储的费⽤。
权威机构S N I A（存储⽹络⼯业协会）给出的定义“通过将存储系统/⼦系统的内部功能从应⽤程序、计算服务器、⽹络资源中进⾏抽象、隐藏或隔离，实现独⽴于应⽤程序、⽹络的存储与数据管理”。
存储虚拟化技术将底层存储设备进⾏抽象化统⼀管理，向服务器层屏蔽存储设备硬件的特殊性，⽽只保留其统⼀的逻辑特性，从⽽实现了存储系统的集中、统⼀、⽅便的管理。
与传统存储的⽐较与传统存储相⽐，虚拟化存储的优点主要体现在：磁盘利⽤率⾼，传统存储技术的磁盘利⽤率⼀般只有30－70%，⽽采⽤虚拟化技术后的磁盘利⽤率⾼达70－90%；存储灵活，可以适应不同⼚商、不同类别的异构存储平台，为存储资源管理提供了更好的灵活性；管理⽅便，提供了⼀个⼤容量存储系统集中管理的⼿段，避免了由于存储设备扩充所带来的管理⽅⾯的⿇烦；性能更好，虚拟化存储系统可以很好地进⾏负载均衡，把每⼀次数据访问所需的带宽合理地分配到各个存储模块上，提⾼了系统的整体访问带宽。
分类虚拟化存储有多种分类⽅法，从⼤的⽅⾯可以分为：根据在I/O路径中实现虚拟化的位置不同进⾏分类；根据控制路径和数据路径的不同进⾏分类。
根据在I/O路径中实现虚拟化的位置不同，虚拟化存储可以分为主机的虚拟存储⽹络的虚拟存储存储设备的虚拟存储根据控制路径和数据路径的不同，虚拟化存储分为对称虚拟化不对称虚拟化优缺点优点：存储虚拟化也能够改进可⽤性。
如果⼀个应⽤程序与某些特定的存储资源相联，那么任何对于这些资源的中断都将会降低该应⽤的可⽤性。
通过存储虚拟化，应⽤程序就不会再与某个物理性的存储程序相联系了。
云存储技术的原理及架构
云存储技术的原理及架构目前利用科技手段辅助城市管理的建设模式已经由以前的以视频监控为主的平安城市建设转向以多传感技术为主的智慧城市建设，在这一过程中，虽然当前主要的数据量仍然来自视频监控摄像头产生的图像数据，但由各类传感器产生的数据量和数据种类正在加速增长，例如各城市道路的交通流量信息、特种车辆的运行轨迹和车况状态信息、移动终端的身份采集信息等，对这些海量信息的存储、分析和利用，除了提供传统的安全防范、事后查证功能外，更为城市建设科学规划、科学管理提供了充分的数据基础，同时，在这样一个海量大数据的时代，对于数据的安全存储和应用也需要与之相适应的新的技术手段，而以分布式和并行处理为基础的云计算和云存储技术，在此过程中也得到了极大地发展。
相对传统存储而言，云存储改变了数据垂直存储在某一台物理设备的存放模式，通过宽带网络(比如万兆以太网或Infiniband技术)集合大量的存储设备，通过存储虚拟化、分布式文件系统、底层对象化等技术将位于各单一存储设备上的物理存储资源进行整合，构成逻辑上统一的存储资源池对外提供服务，从而在存储容量上得以从单设备PB级横向扩展至数十、数百PB，由于云存储系统中的各节点能够并行提供读写访问服务，系统整体性能随着业务节点的增加而获得同步提升。
同时，通过冗余编码技术、远程复制技术，进一步为系统提供节点级甚至数据中心级的故障保护能力。
容量和性能的按需扩展、极高的系统可用性，是云存储系统最核心的技术特征。
通常，从云存储的技术实现层次上看，从底层向上，可以分为存储层、管理调度层、访问接口层、应用服务层等四个层次，如下图所示：图1 云存储技术实现层次其中存储层是云存储的基础，一台云存储节点设备通常能安装24个以上的硬盘，通常通过IP接口将大量的存储设备互连在一起形成存储设备资源池，在一个云存储系统中，底层物理存储设备数量庞大，而且设备形态理论上也允许异构(这样也可以接入传统的IP SAN 或FC SAN)，在物理存储设备之上是一个统一的存储设备管理层，实现对物理存储设备的逻辑虚拟化管理、状态监控和维护等功能。
云计算虚拟化技术
云计算虚拟化技术虚拟化是云计算系统中的一种基础技术，可以说当前一个云计算服务必定是构建在虚拟化的基础上的。
现代计算机系统是一个庞大的整体，整个计算机系统被分成了多个自下而上的层次，每一个层次都向上一层次呈现一个抽象，并且每一层只需知道下层抽象的接口，而不需要了解其内部运作机制。
这样以层的方式抽象资源的好处是每一层只需要考虑本层设计以及与相邻层间的相互交互，从而大大降低了系统设计的复杂性，提高了软件的移植性。
本质上，虚拟化就是由位于下层的软件模块，通过向上一层软件模块提供一个与它原先所期待的运行环境完全一致的接口的方法，抽象出一个虚拟的软件或硬件接口，使得上层软件可以直接运行在虚拟的环境上。
虚拟化可以发生在现代计算机系统的各个层次上，不同层次的虚拟化会带来不同的虚拟化概念。
虚拟化技术起始于IBM370体系结构，经过四十余年的发展，当前存在诸多实现在不同层次的虚拟化技术，原理不尽相同，且每一种技术都相当复杂。
血衫整理了一些资料，大部分来源于本文开头提到的文章——虚拟化技术的分类及介绍，对目前存在的较流行的虚拟化技术进行分类，并对其原理进行初步介绍，以便对纷繁复杂的虚拟化技术有个整体认识，厘清不同虚拟化技术之间的相互关系。
零、虚拟化的分类在虚拟化的语境中，物理资源通常有一个定语称为宿主（Host），而虚拟出来的资源通常有一个定语称为客户（Guest）。
在计算机系统中，从底层至高层依次可分为：1.硬件层2.操作系统层3.函数库层4.应用程序层在对某层实施虚拟化时，该层和上一层之间的接口不发生变化，而只变化该层的实现方式。
从使用虚拟资源的Guest的角度来看，虚拟化可发生在上述四层中的任一层。
应当注意，在对Guest的某一层进行虚拟化时，并未对Host在哪一层实现它作出要求，这一点是时常引起混淆的地方。
一、硬件层虚拟化/系统级虚拟化实现在此层的虚拟化技术可以对整个计算机系统进行虚拟，即可将一台物理计算机系统虚拟化为一台或多台虚拟计算机系统，故又可称作系统级虚拟化。
详解云计算中的虚拟化技术
详解云计算中的虚拟化技术云计算是当今信息技术领域的热门话题，而虚拟化技术则是云计算的核心基础。
本文将详解云计算中的虚拟化技术，深入探讨其原理、应用和发展趋势。
一、虚拟化技术的原理和概念虚拟化技术是指通过软件或硬件手段，在一台物理服务器上模拟出多个虚拟的独立计算环境，使得多个操作系统和应用程序可以在同一台服务器上同时运行，实现资源的隔离和不同应用之间的隔离，从而提高服务器利用率。
在云计算中，虚拟化技术被广泛应用于构建虚拟化数据中心。
二、虚拟化技术的应用场景1.服务器虚拟化在传统的物理服务器模式下，每个应用可能需要一台专用的服务器，导致资源利用率低下。
而通过虚拟化技术，可以将多个虚拟服务器同时运行在同一物理服务器上，实现资源的共享和隔离，提高服务器利用率，降低成本。
2.存储虚拟化存储虚拟化可以将多个存储设备整合成一个统一的虚拟存储池，使得各个存储设备可以被透明地管理和访问。
通过存储虚拟化，可以更好地满足不同应用对存储资源的需求，提高存储效率和灵活性。
3.网络虚拟化在云计算环境中，网络虚拟化可以将物理网络资源划分为多个逻辑网络，从而实现逻辑网络之间的隔离和互通。
通过网络虚拟化，可以提高网络资源的利用率，实现资源的快速分配和灵活配置，满足不同应用的需求。
4.桌面虚拟化桌面虚拟化是指将用户的工作环境从物理机器中解耦，使用户可以通过终端设备远程访问虚拟桌面。
桌面虚拟化可以提高管理效率、降低管理成本，同时也增加了用户使用终端设备的灵活性。
三、虚拟化技术的发展趋势1.容器技术的兴起容器技术是一种新兴的虚拟化技术，相比传统的虚拟机技术，容器技术更加轻量级，可以在毫秒级别内启动和停止，具有更高的性能和更低的资源消耗。
容器技术的兴起将进一步推动云计算的发展。
2.边缘计算和虚拟化的结合随着物联网的快速发展，越来越多的设备和传感器连接到云计算平台。
为了提供更低的延迟和更好的用户体验，边缘计算与虚拟化结合成为一个重要的发展方向。
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详解云存储中虚拟化的技术构成与模型
存储领域国际权威机构SNIA(存储网络工业协会)给出了存储虚拟化(StorageVirtualization)的定义：“通过将存储系统/子系统的内部功能从应用程序、计算服务器、网络资源中进行抽象、隐藏或隔离，实现独立于应用程序、网络的存储与数据管理”。
存储虚拟化技术将底层存储设备进行抽象化统一管理，向服务器层屏蔽存储设备硬件的特殊性，而只保留其统一的逻辑特性，从而实现了存储系统的集中、统一、方便的管理。
与传统存储相比，虚拟化存储的优点主要体现在：磁盘利用率高，传统存储技术的磁盘利用率一般只有30-70%，而采用虚拟化技术后的磁盘利用率高达70-90%；存储灵活，可以适应不同厂商、不同类别的异构存储平台，为存储资源管理提供了更好的灵活性；管理方便，提供了一个大容量存储系统集中管理的手段，避免了由于存储设备扩充所带来的管理方面的麻烦；性能更好，虚拟化存储系统可以很好地进行负载均衡，把每一次数据访问所需的带宽合理地分配到各个存储模块上，提高了系统的整体访问带宽。
虚拟化存储有多种分类方法，从大的方面可以分为：根据在I/O路径中实现虚拟化的位置不同进行分类；根据控制路径和数据路径的不同进行分类。
根据在I/O路径中实现虚拟化的位置不同，虚拟化存储可以分为主机的虚拟存储、网络的虚拟存储、存储设备的虚拟存储。
根据控制路径和数据路径的不同，
虚拟化存储分为对称虚拟化与不对称虚拟化。
虚拟化存储的系统构成
云存储中的一种典型存储方式为分布式存储。
在这种方式中，一般采用带外虚拟化的方式管理存储设备，元数据管理和数据传输都是通过IP网络来完成。
这种虚拟化存储系统主要有四类不同的存储设备。
客户端：
客户端向外为客户提供各种应用服务，如万维网服务、数据库、文件服务、科学计算等。
客户端上运行存储代理软件，提供网络虚拟设备供应用程序读写访问。
配置管理服务器：
配置管理服务器用来进行系统的配置和管理。
通过Internet、Telnet
或其它接口登陆云存储平台，以远程的方式配置和管理整个存储系统。
元数据服务器：
云存储系统的元数据服务器(MDS)管理着整个系统的元数据和对象数据的布局信息，负责系统的资源分配和网络虚拟磁盘的地址映射。
在MDS上部署的全局虚拟化存储管理软件和集群管理软件可管理整个存储系统的配置和运行。
另外，MDS通过冗余管理软件来实现普通存储节点之间的数据冗余关系。
对象存储节点：
每个存储节点都是独立的存储设备，负责对象数据的存储、备份、迁移和恢复，并负责监控其他存储设备的运行状况和资源情况。
同时，存储节点上运行着虚拟化存储管理软件，并存储了应用程序所需的数据。
虚拟化存储的三层模型
根据云存储系统的构成和特点，可将虚拟化存储的模型分为三层：物理设备虚拟化层、存储节点虚拟化层、存储区域网络虚拟化层。
三层虚拟化存储。