城市歷史數據容量巨大，而且每天都在產生新的數據，這就要對這些海量數據進行存儲，開展存儲基礎設施建設。

存儲基礎設施要求存儲系統的管理處于集中控制之下，同時允許分布于不同地理位置的主機能夠訪問集中管理的數據，用戶不必考慮存儲設備的布局方式、采用何種存儲系統以及存儲資源如何配置。存儲基礎設施應該支持存儲協議的自由轉換，實現從異構主機到異構存儲系統的透明訪問。支持24×7 小時的、高性能的數據訪問；只允許有訪問權限的用戶才能訪問相應的數據；支持數據保護、恢復和可視化管理；由于系統故障或者存儲系統重新配置所進行的數據遷移不改變用戶訪問數據的方式；當用戶請求新的存儲需求或要求訪問權限調整時，不會中斷其他用戶的數據訪問。

下面具體分析虛擬存儲、存儲區域網絡（Storage Area Network，SAN）和網絡附屬存儲（Network Attached Storage，NAS）。

傳統的磁盤系統使用率低下，造成資源嚴重浪費。只有80%的容量分配給文檔和數據，而為滿足增長需求，20%的容量永不分配、被保留起來。分配給文檔容量的20%～30%也會被浪費掉，因為某些文檔并不增長，預留的容量永遠不會被使用。也就是說，40%～50%的磁盤容量從沒被利用起來。很多存儲硬件和軟件廠商為災難備份做實時拷貝，需要雙倍的容量滿足應用操作。

采用虛擬存儲技術，用戶可以將存儲設備分割成一些“虛擬磁盤”，在需要存儲容量時，可將這些虛擬磁盤分配給服務器，當用戶在用完之后，再將它們返還給存儲池；在多機種服務器環境中實現集中化存儲，裝有不同操作系統的不同服務器可以與一個龐大的集中化存儲池連接，同時共享該存儲池；簡化存儲空間的擴充過程，在系統運行中迅速擴充虛擬磁盤。虛擬存儲如圖6.3 所示。

虛擬存儲類型

虛擬存儲技術在對數據進行存儲時，通過對軟技術間接達到對物理存儲設備的管理和控制。換句話說，人們對虛擬存儲系統進行的各種操作都會被鏡像到另一個物理存儲系統上，用戶不必關心真正的物理設備是什么、在哪里。在使用傳統的存儲技術來保存數據時，每當對計算機系統增加新的存儲設備時，都必須重新對整個計算機系統的參數進行一些合適的設置，而每次的新設置都需要多次關機、開機操作，在這頻繁的開關過程中就有可能導致系統中的部分數據不能被繼續使用，從而中斷業務的連續性。

針對這種存儲的弊病，虛擬存儲技術特意簡化了對數據存儲管理的復雜性，降低了存儲管理成本。在虛擬存儲環境中，無論網絡后端的物理設備發生什么變化，服務器及其應用系統看到的存儲設備的邏輯鏡像都是不變的，這樣，用戶將不必關心底層物理環境的復雜性，只需管理基于異構平臺的存儲空間，所有的存儲管理操作，如系統升級、建立、擴充存儲空間、分配虛擬磁盤、改變磁盤陣列（RAID）等就變得非常方便。另外，虛擬存儲允許一個用戶共享不同供應廠商的存儲設備，允許多用戶共享同一個存儲網絡，因此，用戶很容易地增加存儲容量和在設備間移動數據。可見，虛擬存儲技術其實只是一種邏輯存儲技術，這種存儲技術對數據的管理是智能的、有效的；利用該技術，用戶可以直接對數據存儲空間進行管理和控制，而不是對當前計算機系統所使用的物理存儲硬件進行管理和控制。

從系統的觀點看，主要包括基于主機的虛擬存儲、基于存儲設備的虛擬存儲和基于網絡的虛擬存儲三種虛擬存儲方法。

(1)基于主機的虛擬存儲

基于主機的虛擬存儲依賴于代理或管理軟件，它們安裝在一個或多個主機上，實現存儲虛擬化的控制和管理。由于控制軟件是運行在主機上，這就會占用主機的處理時間。因此，這種方法的可擴充性較差，實際運行的性能不是很好。由于可能導致不經意間越權訪問到受保護的數據，基于主機的虛擬存儲方法有可能影響到系統的穩定性和安全性。這種方法要求在主機上安裝適當的控制軟件，因此一個主機的故障可能影響整個系統中數據的完整性。軟件控制的存儲虛擬化還可能由于不同存儲廠商軟硬件的差異而帶來不必要的互操作開銷，所以這種方法的靈活性也比較差。但是，由于不需要任何附加硬件，基于主機的虛擬化方法最容易實現，其設備成本最低。使用這種方法的供應商趨向于成為存儲管理領域的軟件廠商，而且目前已經有成熟的軟件產品。

(2)基于存儲設備的虛擬存儲

由于依賴于提供相關功能的存儲模塊，對于包含多個廠商存儲設備的存儲系統，這種方法的運行效果并不是很好。依賴于存儲供應商的功能模塊將會在系統中排斥簡單的硬盤組（Just a Bunch of Disks，JBODS）和簡單存儲設備的使用，因為這些設備并沒有提供虛擬存儲的功能，即這種方法要求最終將鎖定某一家單獨的存儲供應商。不過，在存儲系統中，這種方法較容易實現，容易和某個特定存儲供應商的設備相協調，所以更容易管理，同時它對用戶或管理人員都是透明的。但是，由于缺乏足夠的軟件支持，這就使得解決方案更難以客戶化和監控。

(3)基于網絡的虛擬存儲

基于網絡的虛擬化方法是在網絡設備之間實現虛擬存儲功能，具體包括基于互聯設備、基于交換機和基于路由器3 種方式。

①基于互聯設備的方法

在對稱的方式下，控制信息和數據在同一條通道上，互聯設備可能成為瓶頸，但是多重設備管理和負載平衡機制可以減緩瓶頸的矛盾。同時，在多重設備管理環境中，當一個設備發生故障時，也比較容易支持服務器實現故障接替。但是，這將產生多個存儲孤島，因為一個設備僅控制與它所連接的存儲系統。非對稱式虛擬存儲比對稱式更具有可擴展性，這是由于數據和控制信息的路徑是分離的。這種方法能夠在專用服務器操作系統上運行，并具有基于主機方法的諸多優勢。許多廠商提供了附加的功能模塊來改善系統的整體性能，但要更高的硬件成本。但由于它仍然需要一個運行在主機上的代理軟件或基于主機的適配器，任何主機的故障或不適當的主機配置都可能導致訪問到不被保護的數據。同時，還存在異構操作系統之間的互操作問題。

②基于交換機的方法

這種方法把虛擬存儲的功能模塊嵌入于交換機的固件中或者放在附屬于交換機的單獨的服務器上。由于并不要求在每臺主機上都運行虛擬存儲功能軟件，基于交換機的存儲虛擬化系統以軟件方式提供管理功能模塊，這種方法不存在上述方式可能遇到的安全性問題，在異構環境中也能提供更多的互操作性，但交換機仍然是一個瓶頸。

③基于路由器的方法

這種方法是在路由器固件上實現虛擬存儲功能。供應商通常也提供運行在主機上的附加軟件來進一步增強存儲管理能力。在這種方法中，路由器被放置于每個主機到存儲網絡的數據通道中，用來截取網絡中任何一個從主機到存儲系統的命令。由于路由器潛在地為每臺主機服務，大多數控制模塊存在于路由器的固件中，相對于上述兩種方式，這種方法的性能更好、效果更佳。由于不依賴于在每個主機上運行的代理服務器，這種方法具有更好的安全性。當連接主機到存儲網絡的路由器出現故障時，仍然可能導致主機上的數據不能被訪問。但是只有聯結于故障路由器的主機才會受到影響，其他主機仍然可以通過其他路由器訪問存儲系統，同時路由器的冗余也可以支持動態多路徑。由于路由器經常作為協議轉換的橋梁，這種方法也可以在異構操作系統和多供應商存儲環境之間提供互操作。