DoSTOR专家观点 I/O？虚拟化？你说VIO我说IOV

DoSTOR专家观点：本文作者为Greg Schulz，他是StorageIO集团的创始人和高级分析师，以及"弹性的存储网络"（Elsevier）的作者。

服务器、存储和网络的虚拟化并不是新鲜事物，即使没有十多年，它们也已经施行好几年了。它可以用于仿真、抽象化或集中物理资源，如服务器，存储和网络。新的是–并且正受到越来越多的欢迎–是基于开放系统的解决开放服务器、存储和网络效率低下的问题的技术，这种技术同时能解决能耗或冷却的限制问题，并促进资源利用率，以及提高架构资源管理水平。

服务器虚拟化得到越来越多的关注(VMware Xen, Virtual Iron, Microsoft都在关注)，更不用说传统服务器平台厂商的虚拟机管理程序（Hypervisors）以及分区管理和存储虚拟化。现在虚拟输入/输出（VIO）和输入/输出虚拟化（IOV）这两个术语正浮出水面。IOV和VIO是关于服务器的，还是网络的还是存储的？答案是，类似于服务器虚拟化，IOV包含了服务器、存储、网络、操作系统和其他架构资源管理技术领域和规律。

你说VIO，我说IOV

类似于网格和集群这样的术语是如何被互换、混合使用和根据情况调整，从而满足不同需求和产品要求的，IOV（input/output Virtual，输入输出虚拟化）和VIO（Virtual input/output，虚拟输入输出）也同样地被用于表达不同的事物。它们被用于描述不同的功能，从降低输入/输出延迟时间和提高性能，到将服务器和存储输入/输出连接性虚拟化。

虚拟输入/输出加速可以提高性能，改善响应时间和延迟时间，这种技术本质上是使用户或应用程序觉得输入/输出操作好像被虚拟化了一样。输入/输出加速技术的例子，除了Intel的基于处理器的技术外，还包括基于内存或服务器的RAM（随机存取器）磁盘和基于PCIe卡的FLASH/NAND记忆体固态磁盘（SSD）设备，比如那些来自FusionIO的设备，这种设备只能被本地服务器所访问，除非通过NFS(网络文件系统)导出，或是在基于微软Windows Storage Server的iSCSI阵列端或NAS设备上才能被访问。其他的例子包括共享的外部FLASH或基于DDR/RAM的固态磁盘，比如那些Texas Memory (TMS) 、SolidData或Curtis的设备，以及来自Gear6的基于块或文件数据的缓存虚拟机，它能够加速EMC、Network Appliance和其他厂商的基于网络文件系统的存储系统。

输入/输出虚拟化（IOV）的另一种形式就是将服务器到服务器和服务器到存储的输入/输出连接性予以虚拟化。用于实施IOV并能够解决服务器和存储输入/输出连接性的部件包括：虚拟的适配器、交换机、网桥或路由器，或者说输入/输出导向器，以及物理的网络传输、接口和布线。

图1: 局域网和存储局域网传统的互联方式

虚拟N_Port和虚拟主机总线适配器

虚拟主机总线适配器（HBA）或虚拟网络接口卡（NIC），如同它们的名字所提示的那样，它们是对物理的主机总线适配器（上图1）或类似的网络接口卡的虚拟表达（下图2），它们显示了一个虚拟机是如何仿真一个物理机或用虚拟服务器来代表一个物理机的。通过虚拟主机总线适配器或网络接口卡，真实的或物理的网络接口卡资源被划分并被作为虚拟机而进行分配，但是光纤通道的主机总线适配器或以太网网络接口卡会被显示出来，而不是作为一个如Windows，UNIX或Linux这样的 Guest Operation System的主机。

在一个传统的物理服务器上，即使只有一个物理适配器，如一个InfiniBand主机通道适配器，当它被插在一个PCI或PCIe槽上时，操作系统也会看到一个或更多个光纤通道适配器或以太网适配器。如果是一个虚拟化的服务器，如VMware ESX，虚拟机管理程序可以只看到并共享一个物理适配器，或多个适配器以供冗余和性能之需，而Guest Operation System会看到的将是一个标准的光纤通道或以太网适配器或是一个使用标准的插口和驱动程序的网络接口卡。

不要和虚拟主机总线适配器搞混，N_Port ID虚拟化（NPIV）本质上是一个输入（或输出）机制，以确保对适配器带宽的共享访问。Brocade，Cisco，Emulex和QLogic的适配器和交换机支持NPIV，从而实现LUN（逻辑单元号）和数据卷屏蔽，或是在使用共享的物理适配器（N_Port）时将其映射到一个唯一的虚拟服务器或VM发起端上。NPIV通过显示多个虚拟的N_Port和其唯一的ID来运作，从而让不同的虚拟机（发起端）在共享一个光纤通道适配器上的公共N_Port时都能够访问存储端并受到路径控制。

利用融合的I/O网络和虚拟的输入/输出的商业价值和技术价值，或者说益处，类似于服务器/存储虚拟化的益处。使用IOV的益处和价值包括：

• 利用现有资源（人员、技术）可以做更多的事，或降低成本
• 网络和存储输入/输出单一的（或一对，以提高可用性）互联方式
• 降低能耗、冷却成本、占用空间，以及其他环保益处
• 布线简单，降低服务器到网络的互联以及存储互联的复杂性
• 促进集群或虚拟化服务器的性能，最大化PCI或夹层输入/输出槽
• 快速的再部署，满足变化的工作负荷及变化的虚拟服务器输入/输出特性
• 扩展了输入/输出容量，满足高性能需求，以及集群服务器和存储应用程序的需求
• 能够利用普通的布线架构和物理网络设施

图2: 一个统一的或融合的数据中心光纤通道网络或网络的例子

在图2，你看到的例子是虚拟的主机总线适配器和网络接口卡连接到一个交换机或输入/输出导向器，后者接着连接到基于以太网的局域网和光纤通道存储局域网以便网络和存储访问。图3对不同的输入/输出互联、传输和协议进行了比较，可以帮助理解不同技术的适用情况。

图3: 不同的数据中心输入/输出协议、接口和传输的情况

数据中心以太网和FCoE

数据中心以太网（DCE）是一个新的发展，它是现有以太网的扩展。作为网络传输和存储传输的统一的互联方式，它能够带来更高的性能，同时降低数据中心输入/输出请求的延迟时间。FCoE就是一个实施DCE的例子，它能够利用更低的延迟时间、服务质量（QoS）、优先级组和其他传统的以太网提升工具，从而成为一个强有力的存储互联方式。

图4显示了传统分离的光纤光缆是如何被用于（没有波分复用的情况下，或WDM）光纤通道存储局域网和基于IP的以太网络。通过FCoE（图5），光纤通道被映射到以太网，同其他包括TCP/IP在内的传输和协议共存。注意，FCoE目标是数据中心，不能长距离使用，在短距离内还要依赖FCIP（基于IP的光纤通道）或基于WDM的城域网。

图4: 现在的分离的物理数据中心输入/输出网络（接口和协议）

图 5: 基于以太网的统一的、融合的数据中心光纤通道网络或输入/输出网络

服务器、存储和网络输入/输出虚拟化这类技术的另一个组成部分是虚拟配线架。这种虚拟的配线架可以屏蔽掉传统物理配线架的增加、移除、移动和变化。例如，一家初创公司IntelliPath，利用很多现有已经安装的设施，并在未来采用成熟的被称为OptiPath的技术。对于大型的动态的环境，同时具有复杂的布线要求，而且需要保护线缆互联的物理访问的环境来说，虚拟的配线架是IOV切换和虚拟适配器技术的一个很好的补充。

数据中心以太网对InfiniBand：谁将是赢家？

我并不认为InfiniBand会在很快时间内消失，但是，考虑到以太网巨大的市场，甚至是高价格以太网的市场，InfiniBand的技术特点和功能将妨碍它继续前进。对于那些想要部署统一的或融合的光纤通道网络的人，基于InfiniBand的解决方案是一个选择，这种方案能将基于光纤通道的存储局域网桥接到现有的以太网局域网或广域网。放心，对于那些部署基于InfiniBand的统一的、融合网络的或数据中心光纤通道网络，而且在等待数据中心以太网及其相关系统（适配器、驱动器、交换机、存储系统）的人来说，你的投资是有保障的。

对于一般目的的网络来说，以太网是一个流行的选择。以太网正扩展到能够支持FCoE以及提升后的低延迟性数据中心以太网，从而不需要将存储输入/输出活动堆积到IP。这种情况下，IP能成为长距离的良好解决方案，可以用于网络附加存储，或是用于同存于同一以太网的基于低成本iSCSI块的访问。无论喜不喜欢，将光纤通道映射到普通的基于以太网的融合或统一的网络，将是不同的存储和网络接口、商品网络、经验和技能集、以及性能或决定性行为之间的一个垫脚石。如无其他，一个融合的以太网将使不同区之间的迁移更加容易，并使迁移过程中的网络阻力最小。

在近期内，第一步就是将那些担心IP或网络技术的传统存储专家，以及那些相反的青睐IP、FCoE专家的建议和警告放在一边。不考虑市场宣传因素，InfiniBand现在还有一些立足之地，但是综合考虑商业、经济、现有广泛使用性和其他因素，融合的数据中心类别的以太网将成为赢家。IP在长期看是个竞争者，现在它的角色还是支持iSCSI、网络附加存储和基于IP的光纤通道（FCIP），未来它将超越这一角色。

哪些厂商值得关注

一些厂商已经宣布了它们的行动，展示了其概念技术（技术展示）或实际上已经开始提供能够进行IOV的技术。例如，Brocade已经宣布了它的数据中心光纤通道网络（DCF）计划。同时，QLogic，NetApp，和初创公司Nuoya在2007年秋季的达拉斯世界网络存储大会上展示了其基于FCoE的融合网络架构。为了不被超过，思科根据它从Topsin收购过来的技术，改进了包括交换机和路由器的InifiBand产品线；QLogic也在最近的2007超级计算大会上宣布升级它收购自Silverstorm的InfiniBand产品系列。

起步公司Woven发布了一款低延迟、高性能的以太网交换机以支持部署数据中心类别的以太网。另一个初创公司Xsigo继续吸引人们的注意力，它开发的IOV解决方案可以实现虚拟主机总线适配器和虚拟网络接口卡，从而可以随意访问以太网络，包括基于IP的存储和基于光纤通道的存储局域网。你将可以听到的市场上的其他术语名字包括融合网络适配器（CAN），融合网络接口（CNI），服务导向网络架构（SONA）和统一光纤通道网络等。

需要关注的存储和输入/输出适配器，网络接口卡，交换机和网络芯片厂商包括：Brocade，Chelsio，Cisco，Emulex，Intel，Mellanox，Neterion，NetXen，Nuova，OptiPath，QLogic，Voltaire，Woven 和Xsigo，以及操作系统、服务器和存储系统厂商。还需要关注一些行业贸易组织和行业标准组织，包括ANSI T11，FCIA，FCoE，InfiniBand贸易协会（IBTA）和PCIsig。

总结

结束时说几句，虚拟环境仍然需要依赖物理资源和架构资源管理才能存在。要学会分辨不同的虚拟输入/输出操作和虚拟输入/输出连接性之间的区别，以及它们能给你的组织带来什么益处。对于其他虚拟方法和技术，要选用合适的技术来满足你的特定需求，在解决你的问题的同时注意不要带来新的复杂性。

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