王 麗，林恩愛，王 欣

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)信息中心，北京 100029;2.中國(guó)民航信息集團(tuán)公司運(yùn)行中心，北京 100010)

0 引言

自動(dòng)精簡(jiǎn)配置(Thin Provisioning)存儲(chǔ)技術(shù)，是一種按需分配存儲(chǔ)技術(shù)。長(zhǎng)期以來，存儲(chǔ)系統(tǒng)空間被分配出去以后，不管最終用戶用了多少，其剩余的部分都無(wú)法再重新分配給別人。往往一開始為了往后的可能需求而設(shè)計(jì)很大的空間，但是最終的使用率卻是很低，企業(yè)的管理者往往為了這些低使用率的存儲(chǔ)花費(fèi)大量的存儲(chǔ)管理成本和使用成本。存儲(chǔ)劃分多了造成浪費(fèi)，劃分少了在實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中需要多次停機(jī)維護(hù)來增加存儲(chǔ)，造成生產(chǎn)系統(tǒng)的無(wú)謂的停機(jī)時(shí)間，所以缺乏彈性一直是個(gè)困擾。自動(dòng)精簡(jiǎn)配置存儲(chǔ)技術(shù)就是為了解決這樣的困境而產(chǎn)生的。這種技術(shù)在開始時(shí)，一次性給定用戶足夠空間，使用戶看起來好像是劃分了足夠的空間給他，但是實(shí)際使用時(shí)存儲(chǔ)系統(tǒng)是按需分配的，只有真正使用了才會(huì)在物理上占用存儲(chǔ)陣列系統(tǒng)的空間，不使用就不實(shí)際占用，這樣就解決了存儲(chǔ)使用時(shí)的低效率問題，做到了物盡其用而不浪費(fèi)。

目前，主流的存儲(chǔ)廠商的存儲(chǔ)產(chǎn)品基本都有自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能。比如EMC VNX系列、NetApp的FAS系列、3PAR、HDS等。另外，VMware也提供了自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能。

中國(guó)民航信息集團(tuán)(簡(jiǎn)稱“中國(guó)航信”)是國(guó)資委直屬的大型民航保障企業(yè)，主要從事中國(guó)民航數(shù)據(jù)、訂座、分銷、離港、貨運(yùn)、結(jié)算等信息系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)營(yíng)，民眾每天的機(jī)票預(yù)訂和民航的信息服務(wù)均由中國(guó)航信提供。使用超過了兩千臺(tái)硬件設(shè)備以及超過兩個(gè)PB的存儲(chǔ)。在民航信息系統(tǒng)“云計(jì)算”戰(zhàn)略大規(guī)模推進(jìn)的進(jìn)程中，如此大規(guī)模的存儲(chǔ)平臺(tái)，在運(yùn)維管理上勢(shì)必需要更加合理高效的存儲(chǔ)技術(shù)予以支撐，自動(dòng)精簡(jiǎn)配置存儲(chǔ)技術(shù)的出現(xiàn)，為簡(jiǎn)化民航信息系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理以及提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的使用率提供了高效的技術(shù)支撐。

本文以NetApp FAS系列存儲(chǔ)的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能和VMware的存儲(chǔ)自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能為例，結(jié)合民航信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)，分別介紹NAS自動(dòng)精簡(jiǎn)配置存儲(chǔ)技術(shù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)與VMware的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能的融合。

1 NAS自動(dòng)精簡(jiǎn)配置存儲(chǔ)技術(shù)

1.1 NAS以及NetApp存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

網(wǎng)絡(luò)連接式存儲(chǔ)(Network Attached Storage，NAS)，是一種通過IP以太網(wǎng)絡(luò)互相連接的基于文件級(jí)別的存儲(chǔ)訪問方式。NetApp的NAS的文件稱為volume。volume的劃分基于物理磁盤組(RAID組的集合)之上，這個(gè)RAID組的集合稱為aggregate。因此NetApp的存儲(chǔ)系統(tǒng)自下而上的組織方式為:物理磁盤、RAID 組、aggregate、volume。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建一個(gè)名為aggr1的aggregate，然后在aggr1上創(chuàng)建一個(gè)名為thin_nas的具有自動(dòng)精簡(jiǎn)配置屬性的volume，將這個(gè)volume通過NAS的方式映射給一臺(tái)Windows主機(jī)的Z盤，然后在這個(gè)Windows主機(jī)上的Z盤寫入2G的民航旅客數(shù)據(jù)。通過觀察NetApp磁盤陣列上存儲(chǔ)剩余空間的變化，來驗(yàn)證自動(dòng)精簡(jiǎn)配置存儲(chǔ)與普通存儲(chǔ)的區(qū)別。

第一步，觀察創(chuàng)建volume之前的aggr1的狀態(tài)，初始狀態(tài)時(shí)aggr1的剩余空間是848G。

第二步，創(chuàng)建一個(gè)名為thin_nas的具有自動(dòng)精簡(jiǎn)配置屬性的volume，并觀察aggr1的剩余空間變化情況，發(fā)現(xiàn)剩余空間仍然是848G。也就是說，雖然被劃分出去了2G的空間，但是由于還未被使用，所以從存儲(chǔ)陣列上看，剩余空間沒有任何變化。

第三步，通過NAS將該volume映射到Windows主機(jī)的Z盤下，并寫入2G的民航旅客數(shù)據(jù)。重新觀察aggr1的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)aggr1的剩余空間的大小由之前的848G減少到了846G，正是所被占用的空間大小。

第四步，將這2G的數(shù)據(jù)刪除，重新觀察aggr1的剩余空間變化情況，發(fā)現(xiàn)剩余空間恢復(fù)到了848G。

以上4步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 NAS自動(dòng)精簡(jiǎn)配置實(shí)驗(yàn)記錄

1.3 小結(jié)

可以看出，在NAS自動(dòng)精簡(jiǎn)配置存儲(chǔ)技術(shù)中，劃分了存儲(chǔ)空間并且映射給主機(jī)之后，并不會(huì)馬上占用存儲(chǔ)陣列的空間。只有當(dāng)主機(jī)端真正寫入數(shù)據(jù)之后，才會(huì)實(shí)際占用存儲(chǔ)陣列的大小，并且是寫多少占用多少。待數(shù)據(jù)刪除之后，馬上恢復(fù)存儲(chǔ)空間大小。這與傳統(tǒng)的即分即占的存儲(chǔ)管理方式有著巨大的優(yōu)越性。在傳統(tǒng)的存儲(chǔ)管理方式中，不管用戶實(shí)際占有多少數(shù)據(jù)，只要?jiǎng)澐殖鋈ザ嗌?，則該存儲(chǔ)就被永久占有。在實(shí)際應(yīng)用過程中，完全可以按照用戶的需求一次性劃分足夠的存儲(chǔ)給用戶，在未真正使用之前，雖然用戶看到了足夠大的存儲(chǔ)空間，但是由于還未使用，因此存儲(chǔ)陣列端并沒有真正占用，而是用多少占多少，從根本上杜絕了由于用戶對(duì)存儲(chǔ)空間預(yù)估不準(zhǔn)而導(dǎo)致的存儲(chǔ)浪費(fèi)問題。

2 VMware中應(yīng)用存儲(chǔ)自動(dòng)精簡(jiǎn)配置

2.1 VMware的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置介紹

虛擬化是“云計(jì)算”的重要特征，為“云計(jì)算”提供主要的技術(shù)支撐。隨著民航信息系統(tǒng)“云計(jì)算”平臺(tái)建設(shè)的逐步推進(jìn)，目前絕大部分的應(yīng)用平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了虛擬化。VMware作為服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域的領(lǐng)頭產(chǎn)品，是中國(guó)航信服務(wù)器虛擬化的主力產(chǎn)品。

與存儲(chǔ)陣列的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置類似，VMware啟用自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能后，創(chuàng)建虛擬磁盤時(shí)，不預(yù)先占用存儲(chǔ)空間，而是隨已占用的空間大小來增長(zhǎng)，而達(dá)到按需分配的目的。

VMware的虛擬磁盤有3種格式，分別是 Thin Provisioning、Thick(也叫 Zeroedthick)和 Eagerzeroedthick。其中，Thin Provisioning與本文提到的概念一樣，就是一種按需分配的格式，創(chuàng)建時(shí)虛擬磁盤不會(huì)占用所有需要的空間，而是根據(jù)實(shí)際使用逐步占用空間;Zeroedthick格式在創(chuàng)建虛擬磁盤時(shí)會(huì)分配給所有空間，但空閑空間只有在使用時(shí)才會(huì)被初始化;而Eagerzeroedthick在創(chuàng)建虛擬磁盤時(shí)會(huì)分配給所有空間并且進(jìn)行初始化。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)通過VMware分別創(chuàng)建一個(gè)不啟用自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能的虛擬機(jī)以及啟用自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能的虛擬機(jī)，通過觀察NetApp存儲(chǔ)陣列的剩余空間的變化，來驗(yàn)證兩者的區(qū)別。

第一步，觀察NetApp存儲(chǔ)的初始剩余空間aggre1的狀態(tài)，初始狀態(tài)時(shí)aggr1的剩余空間是846G。

第二步，選擇普通模式，創(chuàng)建一個(gè)8G大小的虛擬機(jī)，如圖1所示。

圖1 創(chuàng)建普通模式虛擬機(jī)

此時(shí)，觀察存儲(chǔ)陣列aggr1的狀態(tài)，aggr1的剩余空間的大小由之前的846G減少到了838G，正是所被占用的空間大小。

第三步，恢復(fù)原樣，選擇自動(dòng)精簡(jiǎn)配置模式，重新創(chuàng)建一個(gè)8G的虛擬機(jī)，如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建自動(dòng)精簡(jiǎn)配置模式虛擬機(jī)

此時(shí)，重新觀察存儲(chǔ)陣列aggr1的狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)，雖然創(chuàng)建了一個(gè)8G的虛擬機(jī)，但是由于選擇了自動(dòng)精簡(jiǎn)配置模式，因此沒有真正地創(chuàng)建虛擬磁盤，只有使用時(shí)才會(huì)真正地占有空間，因此并沒有實(shí)際占用空間。

以上三步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 VMware自動(dòng)精簡(jiǎn)配置實(shí)驗(yàn)記錄

2.3 存儲(chǔ)陣列和VMware自動(dòng)精簡(jiǎn)配置的結(jié)合

存儲(chǔ)陣列和VMware都提供了自動(dòng)精簡(jiǎn)配置的功能，但是兩者的角度不同。兩者是否開啟該功能的組合會(huì)導(dǎo)致不同的實(shí)際空間占用情況。仍以上面的場(chǎng)景為實(shí)驗(yàn)，在1個(gè)40GB的LUN存儲(chǔ)中創(chuàng)建8GB的虛擬磁盤(vmdk)，假設(shè)這個(gè)8GB的虛擬磁盤在初始狀態(tài)時(shí)只占用2G的磁盤空間。那么，在分別啟用和關(guān)閉存儲(chǔ)陣列和VMware的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置的狀態(tài)下，會(huì)有如表3的空間占用情況。

表3 存儲(chǔ)和虛機(jī)精簡(jiǎn)配置組合實(shí)驗(yàn)

從表3可以看出，只有當(dāng)存儲(chǔ)陣列和VMware都開啟自動(dòng)精簡(jiǎn)配置時(shí)(這種情況也叫thin in thin方式)，才會(huì)最大限度地節(jié)省存儲(chǔ)的使用空間(只占用2G);只開啟存儲(chǔ)陣列的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能時(shí)，存儲(chǔ)陣列將占用虛擬磁盤的空間(占用8G);如果不開啟存儲(chǔ)陣列的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能，則無(wú)論是否開啟VM-ware的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能，存儲(chǔ)陣列都將占用全部的LUN空間的大小(占用40G)。而虛擬磁盤的大小則完全取決于VMware是否開啟自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能。

2.4 小結(jié)

VMware虛擬化的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置技術(shù)使得在民航信息系統(tǒng)“云計(jì)算”時(shí)代，大規(guī)模推進(jìn)服務(wù)器虛擬化的進(jìn)程中，存儲(chǔ)的利用率和使用效率得以大大提高，存儲(chǔ)管理者無(wú)需再為超大規(guī)模的虛擬數(shù)據(jù)中心的精確存儲(chǔ)容量預(yù)估而擔(dān)心，利用VMware虛擬化的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)真正的按需分配，使得存儲(chǔ)的利用率得到最大的提高。存儲(chǔ)陣列的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能和VMware的自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能的結(jié)合，將會(huì)使得存儲(chǔ)的利用率得到進(jìn)一步的提高。

3 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)精簡(jiǎn)配置技術(shù)是一種按需分配的存儲(chǔ)技術(shù)，這種新的存儲(chǔ)技術(shù)使得在超大規(guī)模的民航信息系統(tǒng)中，極大提升了存儲(chǔ)的利用率，使得對(duì)存儲(chǔ)的管理變得更加高效，從而節(jié)約了大量的投資成本和管理成本。自動(dòng)精簡(jiǎn)配置存儲(chǔ)在民航信息系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得存儲(chǔ)的呈現(xiàn)和存儲(chǔ)的實(shí)際占用相分離，可以一次性為業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分足夠的存儲(chǔ)空間，甚至大大超過實(shí)際的物理存儲(chǔ)空間，而實(shí)際上卻是真正使用時(shí)才會(huì)占用空間，從根本上解決了需要經(jīng)常停機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)擴(kuò)充的問題，使民航信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)連續(xù)性得以極大的提升，為民航信息系統(tǒng)的“云計(jì)算”戰(zhàn)略的大規(guī)模推進(jìn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

但是，需要注意的是，正是自動(dòng)精簡(jiǎn)配置的極大的彈性機(jī)制，對(duì)傳統(tǒng)的存儲(chǔ)管理提出了另一個(gè)挑戰(zhàn)。如果大部分用戶的存儲(chǔ)需求都不可控，以至于多個(gè)用戶的存儲(chǔ)需求在短時(shí)間內(nèi)均達(dá)到了預(yù)分配時(shí)的承諾值，超出了實(shí)際的物理存儲(chǔ)空間，則將導(dǎo)致存儲(chǔ)系統(tǒng)不可用，這是個(gè)危險(xiǎn)的情況。不過這種情況可以通過設(shè)置物理存儲(chǔ)使用率的報(bào)警閾值并加強(qiáng)監(jiān)控來予以避免。

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