如何设计虚拟机存储架构以规避虚拟存储瓶颈

通过深入了解虚拟机的存储需求，存储管理员可以控制虚拟环境的规模，跟上需求变化的步伐。尽管虚拟环境中存在一些独特的需求，但大部分的需求还是可以参照物理机中同类的存储最佳实践予以解决。用户在设计虚拟机的存储架构时，最重要的是对性能指标进行衡量，还要认真考虑虚拟机对存储空间的需求。在虚拟化环境中，存储管理员通常只关注CPU和内存的限制，存储性能往往是容易被忽略的一个问题。从某些方面来说，虚拟机的管理与物理机的管理差不多，每台虚拟机同样也运行自己的操作系统、应用程序和服务。但是，在设计存储架构时，用户必须要考虑其他一些因素。在深入了解虚拟机的独特需求后，存储管理员才能构建一个稳定的可扩展的数据中心架构，以便保持虚拟机的正常运行。分析磁盘的性能需求对于大多数应用来说，存储架构的设计首先要考虑的就是平均每秒的I/O操作（IOPS）指标。IOPS指的是每秒磁盘读写操作的次数。但是，这个统计指标并不能体现出存储需求的全部特性，还需要考虑其他的存储性能需求，如磁盘I/O活动的类型等。在网络磁盘阵列中，那些虚拟磁盘必须支持虚拟机操作系统。而在一般情况下，其I/O需求常常是频繁的随机读写。内存页面调度也会给那些内存有限的宿主机带来很大的I/O压力。此外，用户还要考虑负载的情况，比如在设计存储架构时，往往要考虑读操作与写操作的比例。这个信息对于进行RAID配置非常有用。将上述这些指标乘以单一存储设备上的虚拟机数量后，用户面对的将是严重的I/O阻塞问题。为解决这个问题，用户必须优化现有的存储解决方案，以支持小规模、非连续的I/O操作。更为重要的是，用户要根据虚拟机对磁盘利用的级别和类型，合理地分布它们。基于网络的存储方法很多IT架构中混合使用了NAS、SAN和iSCSI存储，以支持所有的物理服务器。这些存储方式同样可以用于管理虚拟机。大多数的虚拟化平台也都支持上述这些网络存储技术。例如，在物理主服务器上挂接了基于SAN或iSCSI的存储卷，可以用来存储虚拟机配置文件、虚拟磁盘和相关数据。存储设备一般只是和宿主机连接，而不是客户端虚拟机。存储管理员需要持续跟踪并掌握每台虚拟机驻留在哪些物理卷上，以便进行后续的备份和管理。除了在宿主机级别上进行存储外，客户机操作系统也可以利用基于NAS和iSCSI的存储设备。通过这种方法，虚拟机可以直接与网络存储连接。然而，该方法也有一些缺点，比如客户机操作系统对延迟非常敏感，即使非常微小的延迟都可能导致客户机操作系统的崩溃或文件系统的瘫痪。存储功能的平衡虚拟化技术允许企业将多个关键任务负载放在同一组服务器中。企业通过使用存储功能来提高系统的可靠性、可用性和性能。应用基于RAID的跨磁盘条带技术，可以显著提高性能。磁盘阵列中存储块的大小应该与最常见的I/O操作规模相匹配。不过，磁盘用得越多，意味着系统失败的几率越大。因此，应该同时采用多个具有奇偶校验位的磁盘和热备磁盘。在存储连接中，容错功能可通过应用多路径技术来实现。对NAS和iSCSI存储解决方案来说，存储管理员应该考虑采用多个物理网络进行连接，并且使用网络适配器组的负载平衡特性。对宿主机来说，与磁盘阵列之间采用专用网络进行连接是一个好办法。如果宿主机经常要与低效应用分享连接，虚拟机上的负载问题可能会很严重，而且会增加延迟。备份的规划存储管理员可能需要对很多虚拟机进行备份。用户有必要开发一个处理独占式的虚拟磁盘文件，主要有两种方式。第一种方式是在客户机中进行备份。通常情况下，用户需要在虚拟机中安装备份代理，定义备份源和备份目标，然后再进行处理工作。这种方式的好处是，仅有重要数据被备份下来，从而减少了所需的存储空间。但是，此种备份方案必须支持所有的不同版本的客户机操作系统。更麻烦的是，如果系统出现问题，在进行恢复处理时可能涉及许多步骤，包括重新安装和配置客户机操作系统等。第二种方式是在宿主机中进行备份。通常情况下，备份中包括虚拟机配置文件和虚拟磁盘。用户可以轻松地将这些文件复制到另一个地方，比如先关闭或暂停虚拟机，复制必需的文件，然后再重新启动虚拟机。许多解决方案都支持虚拟机的热插拔备份，目的是消除服务中断。即使不采用热插拔备份，恢复一个失败的或遗失的虚拟机也非常容易，比如把必要的文件简单地恢复到同一个或其他的宿主机上，就可以继续工作了。在宿主机中进行备份的最大缺点是需要庞大的存储空间。用户不仅要分配大量的存储空间给客户机操作系统，还要给需要备份的应用和数据分配大量的存储空间。