Che cos'è la virtualizzazione dello storage?

La virtualizzazione dello storage astrae lo storage fisico da più dispositivi in ​​un unico pool logico gestito centralmente.

Che cos'è la virtualizzazione dello storage?

Archiviazione la virtualizzazione è un livello di astrazione definito dal software che disaccoppia applicazione-volumi di archiviazione visibili dai supporti fisici sottostanti e dalle interconnessioni.

Invece di applicazioni che indirizzano dischi o array specifici RAID gruppi, leggono e scrivono su volumi virtuali i cui indirizzi di blocco logici sono mappati su estensioni distribuite su molti dispositivi e livelli. Questa indirezione consente provisioning sottile, snapshot copy-on-write, cloni, suddivisione in livelli e replica basata su policy indipendenti da qualsiasi singolo array.

Il livello di virtualizzazione può essere eseguito nell'host, nella struttura di rete o sull'array stesso, ma in tutti i casi separa il piano di controllo (allocazione, posizionamento, servizi dati, QoSe politiche di resilienza) dal piano dati (I / O percorso), esponendo un archivio uniforme mentre si orchestra il posizionamento attraverso SSD, HDDe cloud/backend degli oggetti.

Tipi di virtualizzazione dello storage

Ecco i principali tipi di virtualizzazione dello storage e come funzionano:

• Virtualizzazione a livello di blocco (SAN)La virtualizzazione a livello di blocco presenta LUN/volumi virtuali a servers mappandoli su blocchi fisici dietro le quinte. Consente inoltre il thin provisioning, gli snapshot, la replica e la migrazione dei dati senza interruzioni su array eterogenei. Questo tipo di virtualizzazione dello storage è utilizzato principalmente per banche dati, VM archivi dati e latenza-carichi di lavoro sensibili.
• Virtualizzazione a livello di file (NAS/Spazio dei nomi globale)La virtualizzazione a livello di file aggrega più file servers/export percorsi in un singolo namespace (ad esempio, \corp\projects o /mnt/data), reindirizzando i client a destra backend Condividi in modo trasparente. Semplifica l'espansione della capacità e la migrazione dei dati senza modificare i punti di montaggio del client. È adatto per directory home e contenuti non strutturati.
• Object storage virtualizzazione. Object storage la virtualizzazione espone bucket simili a S3/Swift durante la distribuzione di oggetti tra nodi o livelli (in loco e / o cloud). Metadati i servizi localizzano gli oggetti, consentendo la georeplicazione, le policy del ciclo di vita e la codifica di cancellazione. È ideale per backups, archivi, dati analitici e cloud-nativo app.
• Basato su host (in-Kernel o driver) virtualizzazioneQuesto è uno strato software sul server (ad esempio, LVM, device-mapper, ZFS, mdraid, Storage Spaces) che compone volumi virtuali da dispositivi locali/remoti. Offre snapshot, RAID, cachinge crittografia vicino al carico di lavoro ed è facile da automatizzare per host o cluster.
• Virtualizzazione basata su array (lato controller)I controller dell'array virtualizzano la capacità interna ed esterna, raggruppando dischi, shelf e persino alcuni array di terze parti dietro un unico piano di gestione. Fornisce servizi dati avanzati con una latenza aggiuntiva minima ed è comune nelle SAN aziendali.
• Virtualizzazione basata sulla rete (appliance o fabric)Un modulo appliance in-band o switch-resident (fabric) si posiziona tra host e array di storage, astraendo più sistemi back-end in un unico pool virtuale. È ideale per il consolidamento eterogeneo e le migrazioni non disruptive e centralizza policy/QoS. Viene spesso definita virtualizzazione SAN.
• Iperconvergente/Virtualizzazione in stile vSAN. Gruppi di x86 i nodi aggregano NVMe/SSD/HDD collegati direttamente in un archivio dati condiviso e distribuito tramite hypervisor o livello di archiviazione (ad esempio, vSAN, HCI in stile Nutanix, Ceph RBD). bilancia in modo lineare, colloca elaborazione e archiviazione e supporta policy di archiviazione per VM per prestazioni e resilienza.
• Virtualizzazione della cache/tieringQuesto tipo di virtualizzazione inserisce uno strato di virtualizzazione che promuove i dati attivi su supporti più veloci (RAM/NVMe) e declassa i dati inutilizzati a livelli più economici (HDD/oggetto). Funziona anche con granularità a blocchi o file per bilanciare automaticamente il costo per gigabyte e prestazioni.
• Cloud virtualizzazione gateway/ibridaLa virtualizzazione ibrida presenta interfacce locali di blocchi/file durante il tiering o il mirroring dei dati su cloud archivi di oggetti (S3, Azure Blob, ecc.). Offre prestazioni locali con cloud elasticità, più snapshot tra regioni e disaster recovery.
• Librerie a nastro virtuali (VTL). Emula una libreria a nastro per backup software durante la memorizzazione dei dati su disco o object storageCiò preserva i flussi di lavoro incentrati sul nastro e le aspettative di conformità, consentendo tuttavia ripristini più rapidi e cloud livelli.

Che cos'è un esempio di virtualizzazione dello storage?

Immagina un'azienda che ha due diversi array di storage al suo interno data center; uno più vecchio prossimo alla fine del ciclo di vita e un nuovo sistema all-flash. Inseriscono un'appliance di virtualizzazione (o modulo fabric) nel percorso I/O SAN. L'appliance rileva entrambi gli array, ne raggruppa la capacità e presenta le LUN virtuali a un cluster VMware tramite Fibre Channel.

Ogni LUN virtuale è sottoposta a thin provisioning e mappata alle tabelle di estensione gestite dall'appliance. Le VM continuano a leggere/scrivere sugli stessi ID dispositivo, mentre l'appliance migra in tempo reale le estensioni dal vecchio array a quello nuovo in background, limitando la velocità di copia per evitare picchi di latenza. Gli snapshot e le policy di replica vengono applicati a livello virtuale, senza essere vincolati a nessuno dei due array.

Al termine della migrazione, il vecchio array viene staccato senza guest i tempi di inattivitàe la futura scalabilità aggiunge semplicemente più ripiani backend senza modificare le mappature degli host.

Come funziona la virtualizzazione dello storage?

La virtualizzazione dello storage inserisce un livello software tra le applicazioni e i dischi fisici che traduce ogni lettura/scrittura logica in operazioni sui dispositivi sottostanti. Gli host visualizzano volumi virtuali (LUN, condivisioni o bucket), mentre un servizio di metadati mantiene tabelle di mappatura che collegano ogni blocco logico, file o oggetto alle estensioni fisiche distribuite su dischi, nodi, livelli o persino clouds. Durante l'I/O, il percorso dati consulta questi metadati per instradare le richieste, unirle e applicare servizi dati (caching, compressione, crittografia, QoS) prima di impegnarsi nel supporto.

Ad alto livello ci sono due piani cooperanti.

1. . piano di controllo fornisce volumi, imposta policy (fattore di replicazione, layout di codifica di cancellazione, pianificazioni di snapshot, regole di posizionamento, quote per tenant) e aggiorna i metadati di mappatura man mano che viene aggiunta capacità o i dati vengono spostati.
2. . piano dati gestisce il percorso rapido e mantiene registri di scrittura o registri di intenti per la coerenza degli arresti anomali, posiziona le scritture in base a criteri (ad esempio, mirroring su due domini di errore o stripe + parità), riconosce quando vengono soddisfatti i criteri di durabilità e in seguito esegue il destage in posizioni ottimali (NVMe → SSD/HDD → oggetto).

Le letture consultano prima le cache (RAM/NVMe), quindi recuperano le estensioni necessarie. Pertanto, se sono presenti più repliche, il sistema sceglie quella con la latenza corrente più bassa e ribilancia gli hotspot promuovendo le estensioni a cui si accede più frequentemente.

La virtualizzazione può risiedere sull'host (ad esempio, LVM/ZFS), nella rete (appliance di virtualizzazione SAN o moduli fabric) o sull'array/cluster stesso (controller scale-out o nodi iperconvergenti). Indipendentemente dal posizionamento, il livello espone protocolli standard, come blocchi su iSCSI/FC/NVMe-oF, file su NFS/SMB, oggetti su S3-compatibili. API, in modo che le applicazioni non cambino. Poiché la mappatura è indiretta, il sistema può migrare i dati senza interruzioni (riposizionare le estensioni nella tabella), aumentare o ridurre i volumi istantaneamente (thin provisioning), creare snapshot tramite copy-on-write/redirect-on-write, suddividere i dati in livelli su più supporti e applicare la distribuzione per carico di lavoro. SLA.

La resilienza deriva dalla replicazione o dalla codifica di cancellazione dei dati nei domini di errore e dall'utilizzo di velocità failover Metadati per rimappare l'I/O attorno ai componenti guasti. I principali compromessi sono la scalabilità dei metadati e l'aggiunta di hop se il livello è in banda, e i suoi progetti mitigano questo problema con mappe di estensione compatte, consenso distribuito per la durabilità dei metadati e hardware accelerazione su percorsi caldi.

A cosa serve la virtualizzazione dello storage?

Ecco per cosa le aziende solitamente utilizzano la virtualizzazione dello storage e perché è utile:

• Consolidamento e messa in comune delle capacità. Un livello di virtualizzazione aggrega dischi e array diversi in un unico pool logico, consentendo la suddivisione dei volumi su richiesta, un utilizzo più elevato e un minor numero di silos.
• Migrazione dei dati senza interruzioni. La rimappatura dei metadati sposta i dati in tempo reale tra array, livelli o siti mantenendo stabili gli ID dei dispositivi, in modo che gli host/VM restino online.
• Thin provisioning e sovra-sottoscrizione. I volumi virtuali presentano grandi dimensioni logiche, ma consumano spazio fisico solo in scrittura, ritardando gli acquisti e semplificando la crescita.
• Snapshot, cloni e sviluppo/test rapidi. La funzione copy-on-write/redirect-on-write crea copie istantanee e salvaspazio per backups, ripristino point-in-time e ambienti CI/dev.
• Replicazione e ripristino di emergenza. La replica sincrona/asincrona basata su policy (spesso per volume o VM) soddisfa RPO/RTO obiettivi attraverso rack, stanze o regioni.
• Livelli e memorizzazione nella cache tra i vari supporti. I motori di posizionamento mantengono i dati attivi su NVMe/SSD e i dati inattivi su HDD/oggetto per bilanciare prestazioni e costi a livello di blocco o di file.
• Isolamento delle prestazioni e QoS. I limiti/le prenotazioni per tenant o per volume su IOPS, throughput e latenza prevengono gli effetti del vicino rumoroso in condiviso proprietà.
• Spazio dei nomi globale per i file. Un singolo percorso NFS/SMB si estende su più NAS, consentendo un'espansione fluida e riorganizzazioni del backend senza dover rimontare i client.
• Ibrido/multi-cloud mobilità dei dati. Un frontend locale di blocchi/file esegue lo streaming o il mirroring dei dati cloud archivi di oggetti, abilitando cloud scoppio, ripristino di emergenza e archiviazione a lungo termine.
• Ransomware resilienza e conformità. Il livello di virtualizzazione dell'archiviazione combina snapshot immutabili, repliche air-gap e crittografia end-to-end con verificabilità centralizzata.
• Crescita su larga scala. L'aggiunta di nodi o shelf aumenta la capacità e gli IOPS in modo lineare, mentre il ribilanciamento in background ridistribuisce le estensioni.
• Gestione e automazione unificate. Un unico piano di controllo standardizza le operazioni di provisioning, monitoraggio e ciclo di vita tramite API/plug-in su fornitori e protocolli eterogenei.

Come viene implementata la virtualizzazione dello storage?

Ecco una guida pratica per implementare la virtualizzazione dello storage:

1. Definire i requisiti e gli SLACiò include carichi di lavoro di inventario, profili I/O (IOPS/latenza/throughput), crescita della capacità, RPO/RTO, conformità e necessità di crittografia per guidare l'architettura e le policy.
2. Scegli il modello di virtualizzazione. Decidi se basato su host (ad esempio, LVM/ZFS), basato su array, rete/fabric (dispositivo o modulo SAN), iperconvergente/stile vSAN o ibrido con cloud suddivisione in livelli in base a latenza, eterogeneità e budget.
3. Progettare la topologia e i servizi datiMappare i domini di errore (rack/sale/siti), scegliere gli schemi di protezione (RAID/codifica di cancellazione/replica), i livelli di memorizzazione nella cache, la cadenza degli snapshot e la modalità di replica (sincrona/asincrona) allineati agli SLA.
4. Preparare l'infrastruttura. Convalidare interruttori/fabric (FC/iSCSI/NVMe-oF), MTU/controllo di flusso, zonizzazione/VSAN/VLAN, sincronizzazione temporale e multipathing. Conferma firmwareVersioni di /driver/DSM/HBA e impostazioni dell'iniziatore host.
5. Distribuire il piano di controlloInstallare/raggruppare i controller di virtualizzazione/servizi di metadati, abilitare il consenso/quorum e proteggere l'accesso alla gestione (RBAC, AMF, ACL, certificati).
6. Creare pool di archiviazione e classiAggregare dispositivi/array in livelli, abilitare la compressione/deduplicazione dove appropriato e definire classi di archiviazione (ad esempio, Gold NVMe, Silver SSD, Bronze HDD) con regole QoS/posizionamento esplicite.
7. Integrare identità e accesso. Configurare gruppi host/zonizzazione CHAP/FC, policy di esportazione (NFS/SMB), isolamento dei tenant e crittografia a riposo/in volo (integrazione KMIP/KMS).
8. Fornitura di volumi/quote/bucketAbilita il thin provisioning, imposta limiti o prenotazioni di IOPS/throughput, assegna policy di snapshot e conservazione e contrassegna le risorse per costo/showback.
9. Integrazione e percorso dell'host. Scopri i target, configura il multipath DM-Multipath/MPIO/NVMe, registra gli host/WWPN/IQN e formatta/monta con i file system appropriati (XFS/EXT4/NTFS/ZFS).
10. Piano di migrazione dei dati e progetto pilotaScegliere un metodo di migrazione (copia a blocchi, replica, analisi dell'albero a livello di file o stile storage vMotion), eseguire un progetto pilota rappresentativo, misurare l'impatto e convalidare il rollback.
11. Eseguire la migrazione a fasiLimita la velocità di copia, mantieni la coerenza (finestre di snap/cutover o mirroring sincrono), mantieni stabili gli ID dei dispositivi/punti di montaggio e verifica lo stato dell'applicazione dopo ogni ondata.
12. Test di resilienza e di guastoSimulare guasti di controller/nodi/dischi/fabric. Verificare che i tempi di HA/failover, i ripristini snapshot e i runbook di DR (failover/failback) rispettino gli RPO/RTO.
13. Osservabilità e allertaCollegati al monitoraggio (esportatori/API), imposta SLO e avvisi per latenza, profondità della coda, percentuale di hit della cache, tempo di ricostruzione, ritardo di replicazione e margine di capacità.
14. Automazione e parapetti. Esporre i flussi di lavoro IaC/SDK (Ansible/Terraform/PowerShell), implementare quote, controlli di ammissione e controlli delle policy per impedire il noisy-neighbor e il thin provisioning incontrollabile.
15. Documentazione e formazionePubblicare runbook per provisioning, espansione, risposta agli incidenti e disaster recovery. Formare inoltre i team operativi e quelli addetti alle app sui flussi di richiesta e sui portali self-service.
16. Ottimizzazione e governance continueEsamina le mappe di calore, ribilancia i livelli, dimensiona correttamente la QoS, ruota chiavi/certificati e monitora i costi per TB/IOPS per showback/chargeback. Pianifica gli aggiornamenti del ciclo di vita e gli aumenti di capacità.

Vantaggi e svantaggi della virtualizzazione dello storage

La virtualizzazione dello storage semplifica la distribuzione della capacità, ma introduce anche compromessi progettuali e operativi.

Quali sono i vantaggi della virtualizzazione dello storage?

Ecco cosa solitamente i team ottengono dalla virtualizzazione dello storage:

• Maggiore utilizzo della capacità messa in comune. Astrae molti dispositivi/array in un unico pool in modo da condividere lo spazio libero, riducendo i TB inutilizzati e rinviando i nuovi acquisti.
• Crescita e migrazioni non dirompentiI volumi possono essere espansi istantaneamente e i dati possono essere spostati tra livelli/array rimappando le estensioni, evitando tempi di inattività delle applicazioni.
• Thin provisioning ed efficienza dello spazio. Alloca blocchi fisici solo in scrittura. Se combinato con compressione/deduplicazione, questo riduce l'ingombro e il costo per carico di lavoro.
• Snapshot e cloni rapidi ed efficienti in termini di spazio. La copia in scrittura/reindirizzamento in scrittura consente frequenti backups, ripristini point-in-time e copie rapide di sviluppo/test con sovraccarico minimo.
• Tiering e caching intelligentePosiziona automaticamente i dati attivi su NVMe/SSD e quelli meno attivi su HDD/oggetto per bilanciare prestazioni e rapporto $/GB.
• Maggiore resilienza e protezione dei datiConsente la codifica di replica/cancellazione nei domini di errore, oltre a ripristini istantanei da snapshot immutabili, rafforzando RPO/RTO.
• Isolamento delle prestazioni con QoSI limiti/le prenotazioni per volume o per tenant impediscono ai vicini rumorosi di compromettere i carichi di lavoro critici.
• Gestione unificata attraverso l'eterogeneitàUn unico piano di controllo e API automatizzano il provisioning, le policy e il monitoraggio tra diversi fornitori e protocolli.
• Ibrido/multi-cloud mobilitàLe policy possono suddividere in livelli o rispecchiare i set di dati per cloud object storage per l'archiviazione, il ripristino di emergenza o la capacità di burst senza modificare i mount delle app.
• Semplificazione operativa e automazioneFlussi di lavoro standardizzati (Iac/SDK) e il posizionamento basato su policy riducono biglietto carico ed errore umano durante la consegna accelerata.
• Prestazioni scalabiliLe architetture scale-out aggiungono controller/nodi per aumentare linearmente IOPS/throughput all'aumentare della capacità.

Quali sono gli svantaggi della virtualizzazione dello storage?

Ecco le principali sfide da tenere d'occhio nella virtualizzazione dello storage:

• Latenza e sovraccarico aggiuntiIl livello di indirezione (ricerche di mappatura, servizi dati, salti di rete) può introdurre ritardi da micro a millisecondi e CPU costi, che potrebbero avere un impatto sui carichi di lavoro sensibili al jitter.
• Scala e coerenza dei metadatiLe mappe di grandi dimensioni e gli alberi snapshot mettono a dura prova i servizi di metadati. I progetti richiedono un'attenta gestione di sharding, journaling e quorum per evitare colli di bottiglia o corruzione in seguito a guasti.
• Risoluzione dei problemi di complessitàL'I/O ora attraversa host, fabric, controller, cache e policy. L'individuazione di hotspot o fonti di latenza richiede un'osservabilità approfondita e una telemetria correlata tra i livelli.
• Domini di guasto e raggio di esplosioneI controller centrali o le strutture condivise possono diventare punti critici. Repliche fuori posto o codici di cancellazione configurati in modo errato possono concentrare il rischio all'interno dello stesso rack/fila/sito.
• Vicino rumoroso e deriva della qualità del servizioContesa per cache, code o backend larghezza di banda può diffondersi tra i tenant. Una qualità del servizio non ottimizzata porta a latenze imprevedibili sotto carico o durante le ricostruzioni.
• Rischio di thin provisioningUn eccesso di sottoscrizione senza avvisi rigorosi e policy di espansione automatica può causare eventi di spazio insufficiente, errori di scrittura o acquisti di capacità di emergenza.
• Dispersione di snapshot/replicaLa creazione rapida di copie è semplice, ma la gestione del ciclo di vita è complessa. Snapshot orfani e repliche eccessive aumentano la capacità, i tempi di ricostruzione e l'esposizione a RPO/RTO.
• Ricostruire e risincronizzare il doloreI guasti del disco/nodo o il ribilanciamento dopo lo scale-out possono saturare l'I/O del backend, degradando le prestazioni in primo piano, a meno che non vengano limitati e pianificati.
• Interoperabilità e blocco del fornitoreGli array eterogenei e i protocolli misti (FC/iSCSI/NVMe-oF/NFS/SMB/S3) non sempre si comportano in modo uniforme, quindi le funzionalità proprietarie possono intrappolare i dati o limitare le opzioni di migrazione.
• Sicurezza e gestione delle chiaviLa crittografia ovunque aumenta il carico operativo. La perdita delle chiavi o una debole integrazione KMIP/KMS compromettono la recuperabilità e la conformità.
• Rischio di aggiornamento e di controllo del pianoAggiornamenti continui, mancate corrispondenze del firmware o schema le modifiche possono interrompere i percorsi dei dati se non organizzate con canarini e failover testati.
• Colli di bottiglia di rete/fabricCollegamenti sotto-provisionati, zonizzazione errata o problemi di controllo del flusso (ad esempio, tempeste PFC, ToR/leaf-spine sovra-sottoscritti) emergono come latenza di archiviazione anziché come evidenti allarmi di rete.
• Prevedibilità dei costiLicenze per TB/funzionalità, variabilità della riduzione dei dati e cloud l'uscita per i livelli ibridi complica TCO modellazione e showback/chargeback.
• Complessità di uscita e recuperoL'uscita da un livello di virtualizzazione (o il ripristino dopo un errore catastrofico) potrebbe richiedere lunghe copie a livello di blocco, strumenti specializzati e cutover attentamente pianificati.

Domande frequenti sulla virtualizzazione dello storage

Ecco le risposte alle domande più frequenti sulla virtualizzazione dello storage.

Qual è la differenza tra Server e virtualizzazione dello storage?

Esaminiamo le differenze tra server e virtualizzazione dello storage.

La virtualizzazione dello storage è la stessa cosa dello storage definito dal software (SDS)?

No, virtualizzazione dello storage e archiviazione definita dal software (SDS) non sono la stessa cosa, anche se si sovrappongono.

La virtualizzazione dello storage è una tecnica: un livello di indirezione che aggrega e astrae la capacità di uno o più dispositivi/array in volumi logici, condivisioni o bucket. Può risiedere su un array legacy, un'appliance di rete, l'host (ad esempio, LVM/ZFS) o un cluster scale-out, e il suo obiettivo è disaccoppiare ciò che le app vedono da dove risiedono fisicamente i dati.

SDS è un modello di architettura e operativo: tutti i servizi di storage principali (provisioning, protezione dei dati, QoS, posizionamento, automazione) sono forniti da un software in esecuzione su hardware delle merci, con piani di controllo e dati definiti nel software ed esposti tramite API. Molte piattaforme SDS uso virtualizzazione dello storage interna, ma SDS implica anche indipendenza dall'hardware, controllo programmatico e operazioni di scalabilità orizzontale.

La virtualizzazione dello storage può influire sulle prestazioni?

Sì, in modo positivo o negativo, a seconda della progettazione e del carico di lavoro.

• Dove può essere utile: Caching globale, tiering (NVMe per dati attivi), striping parallelo su più dispositivi e selezione intelligente delle repliche spesso ridurre latenza e aumento della produttività rispetto agli array isolati. I cloni/snapshot sottili velocizzano lo sviluppo/test e backup senza I/O extra, e i cluster scale-out aggiungono controller/percorsi che aumentano gli IOPS aggregati.
• Dove può far male: L'indirezione (ricerca di mappe di estensione, consenso sui metadati, hop extra attraverso un'appliance/fabric) aggiunge CPU e latenza da micro a millisecondi, più visibile su I/O piccoli, casuali e con elevata sincronizzazione (ad esempio, database). Servizi dati (crittografia, compressione, deduplicazione, checksum) consumano cicli, mentre ricostruzioni, risincronizzazioni o migrazioni possono generare traffico in primo piano. Fabric non configurati correttamente (oversubscription, profondità di coda, problemi PFC/ECN) si manifestano come jitter di storage.