淺析存儲虛擬化技術(shù)及在支付系統(tǒng)城市處理中心的應(yīng)用

趙穎妤

摘要：存儲虛擬化技術(shù)是保障數(shù)據(jù)安全的有效手段，本文介紹了存儲虛擬化概念和實現(xiàn)方式，并結(jié)合支付系統(tǒng)的特點，認真研究了支付系統(tǒng)的存儲管理需求，詳細分析了IBM SVC技術(shù)實現(xiàn)支付系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲的解決方案。

關(guān)鍵詞： 存儲虛擬化 支付系統(tǒng) SVC

一、背景

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，支付系統(tǒng)在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越重要的作用。自2002年10月8日大額實時支付系統(tǒng)成功投產(chǎn)試運行以來，經(jīng)過近10年的建設(shè)發(fā)展，支付系統(tǒng)已建成了包括大額支付系統(tǒng)、小額支付系統(tǒng)、支票影像交換系統(tǒng)、境內(nèi)外幣支付系統(tǒng)、電子商業(yè)匯票系統(tǒng)、網(wǎng)上支付跨行清算系統(tǒng)等六大系統(tǒng)為主體的，較為完善的跨行支付清算服務(wù)體系，為商業(yè)銀行及貨幣市場提供支付清算服務(wù)和公共支付清算平臺，是人民銀行發(fā)揮其金融服務(wù)職能的重要核心支持系統(tǒng)。大量的資金通過人民銀行搭建的跨行清算平臺進行流通，以長沙清算中心為例，2012年，按照業(yè)務(wù)往來賬口徑統(tǒng)計，湖南省支付系統(tǒng)全年共處理支付業(yè)務(wù)6409萬筆，金額36萬億元，并且每年支付系統(tǒng)筆數(shù)按30%-50%的增長率快速增長。

支付系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)承載著所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)，其可靠性不僅直接影響業(yè)務(wù)運行的連續(xù)性和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全性，更關(guān)系到社會金融的穩(wěn)定。同時，隨著業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不斷增加，存儲的網(wǎng)絡(luò)化和集中化，不同廠商存儲設(shè)備難以兼容性等問題，導(dǎo)致不同存儲設(shè)備的存儲資源不能共享，存儲系統(tǒng)容災(zāi)能力差。為解決這些問題，存儲虛擬化技術(shù)應(yīng)運而生，并成為存儲技術(shù)發(fā)展的主要方向。

二、存儲虛擬化的概念和實現(xiàn)方式

（一）存儲虛擬化技術(shù)的概念

全球網(wǎng)絡(luò)存儲工業(yè)協(xié)會（SNIA）對存儲虛擬化（Storage Virtualization Solutions）的定義如下：通過對存儲系統(tǒng)或存儲服務(wù)的內(nèi)部抽象、隱藏或隔離，使存儲或數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源的管理分離，從而實現(xiàn)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的獨立管理。從具體實現(xiàn)上講，把多個存儲介質(zhì)模塊，如硬盤、RAID 等通過一定的手段集中管理，所有存儲模塊在一個存儲池中得到統(tǒng)一調(diào)配，為使用者提供大容量、高數(shù)據(jù)傳輸性能的存儲系統(tǒng)的方式，就稱之為存儲虛擬化技術(shù)。

（二）存儲虛擬化的實現(xiàn)方式

存儲虛擬化的實現(xiàn)方式通常分為以下三種：基于主機或應(yīng)用、基于陣列以及基于網(wǎng)絡(luò)交換機的虛擬化方式。不論使用何種技術(shù)，虛擬化最關(guān)鍵的就是解決物理存儲到虛擬存儲的映射。

1.主機或應(yīng)用級的存儲虛擬化

基于主機或應(yīng)用的存儲虛擬化的實現(xiàn)通常被稱為邏輯卷管理（LVM，LogicalVolume Manager）。通過在服務(wù)器上安裝虛擬存儲管理軟件，把磁盤陣列映射成一個虛擬的邏輯塊空間，再將磁盤上的物理塊或邏輯單元號（LUN，Logical Unit Number）映射成邏輯卷號，并作為基礎(chǔ)存儲單位提供給應(yīng)用程序使用，實現(xiàn)各物理存儲體的集成映射?；谥鳈C或應(yīng)用的存儲虛擬化實現(xiàn)比較容易，可在不需要硬件支持的條件下實現(xiàn)形式多樣的存儲管理，對改善存儲系統(tǒng)的可管理性，提高存儲的安全性和可靠性很有益處。缺點是兼容性不好，擴展性差，調(diào)度工作會影響服務(wù)器的性能。

2.存儲陣列級的存儲虛擬化

基于陣列的虛擬存儲更適用于以存儲為核心的環(huán)境。它獨立于主機，存儲設(shè)備可以連接多臺主機，但存儲設(shè)備本身不能是異構(gòu)的。此時虛擬過程是在陣列控制器上完成，將一個陣列上的存儲容量劃分為多個 LUN，供不同的主機系統(tǒng)訪問。智能的陣列控制器提供數(shù)據(jù)塊級的整合，同時還提供一些附加的功能，例如：LUN Making緩存，即時快照、數(shù)據(jù)復(fù)制等。配合使用不同的存儲系統(tǒng)，基于存儲設(shè)備的虛擬化模式可以實現(xiàn)性能的優(yōu)化。但由于存儲設(shè)備在各個供應(yīng)商之間互操作性和兼容性較差，如果沒有第三方的虛擬軟件，基于存儲設(shè)備的虛擬化通常只能提供一種不完全的存儲虛擬化解決方案。

3.網(wǎng)絡(luò)級的存儲虛擬化

基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化是目前 SAN 虛擬化的主流技術(shù)，通過在存儲區(qū)域網(wǎng)這一級采用智能化的路由器，交換機或者是增加一個元數(shù)據(jù)服務(wù)器等來實現(xiàn)虛擬化的工作，它通過提供一種中央虛擬化方式將網(wǎng)絡(luò)中的存儲資源集中起來管理，從而降低了總擁有成本，提供了一個“開放的”虛擬實施環(huán)境，最有可能支持任何的服務(wù)器、操作系統(tǒng)、應(yīng)用和存儲設(shè)備。從技術(shù)上講，基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化又分為帶內(nèi)和帶外兩種實現(xiàn)方式。這兩種方式的主要區(qū)別在于存儲網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù) I/O 與控制信息是否使用同一通道。帶內(nèi)虛擬化是指虛擬化的操作在服務(wù)器和存儲設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的通道中執(zhí)行，存儲數(shù)據(jù)和控制信號使用同一數(shù)據(jù)通道。帶外虛擬化，是指虛擬化功能在位于存儲數(shù)據(jù)通道之外的一個設(shè)備上實現(xiàn)。

三、存儲虛擬化技術(shù)在支付系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）CCPC存儲現(xiàn)狀及存在問題分析

CCPC集中了支付系統(tǒng)省級節(jié)點的服務(wù)器和存儲設(shè)備，支付系統(tǒng)的核心應(yīng)用運行于這些服務(wù)器上，它具有高集成度、高能耗、高可用性和不間斷運行的特點。

目前每個CCPC包含三套不同型號的存儲設(shè)備供各類應(yīng)用使用，由日立和IBM兩個廠商提供，綜合分析當(dāng)前存儲現(xiàn)狀，目前CCPC存儲設(shè)備存在以下幾個問題：一是存儲系統(tǒng)存在單點故障。目前，支付系統(tǒng)大小額系統(tǒng)、CIS系統(tǒng)、ECDS系統(tǒng)、IBPS系統(tǒng)的磁盤陣列沒有冗余，存在單點故障。一旦該磁盤存儲不可用，沒有替代存儲來保障業(yè)務(wù)運行的連續(xù)和數(shù)據(jù)的完整，可能會導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)中斷，甚至丟失業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。二是目前每個系統(tǒng)的存儲設(shè)備均為單獨運行，存儲利用率較低?？紤]到支付清算體系的發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，需要整合存儲資源，提高存儲設(shè)備利用效率，提供統(tǒng)一的存儲資源池和管理方式。三是第二代支付系統(tǒng)即將上線，為統(tǒng)籌考慮存儲資源，便于未來的進一步系統(tǒng)擴展和設(shè)備更新，需要變更存儲架構(gòu)，建設(shè)更加先進、合理、高可用性的存儲系統(tǒng)。

（二）CCPC虛擬化解決方案

1.存儲虛擬化方式選擇

從目前支付系統(tǒng)城市處理中心的情況來看，基于主機的存儲虛擬化依賴于代理或管理軟件，由于控制軟件是運行在主機上，將占用主機的運行資源，這種方法的可擴充性較差，還可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性?；诖鎯υO(shè)備的存儲虛擬化方法依賴于提供相關(guān)功能的存儲模塊。如果沒有第三方的虛擬軟件，基于存儲的虛擬化經(jīng)常只能提供一種不完全的存儲虛擬化解決方案。利用這種方法意味著最終將鎖定某一家單獨的存儲供應(yīng)商，對于CCPC而言，考慮到目前現(xiàn)狀以及今后良好的可擴展性，這一方法也不合適。網(wǎng)絡(luò)級的存儲虛擬化方式分為帶存儲虛擬化和帶外存儲虛擬化。帶內(nèi)存儲虛擬化可以很容易整合多種存儲設(shè)備，便于集中式管理，因此具有較高的安全性。同時，帶內(nèi)存儲虛擬化無需代理主機，相關(guān)部署實例和超高速緩存能夠幫助實現(xiàn)各項性能，保持靈活性。

針對亟待解決的CCPC存儲陣列單點故障和現(xiàn)行存儲結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，對比其它可能的存儲系統(tǒng)虛擬化解決方案進行優(yōu)勢分析，網(wǎng)絡(luò)級的帶內(nèi)存儲方式是目前CCPC可以選擇的最佳方式。

網(wǎng)絡(luò)級存儲虛擬化技術(shù)具有代表性的就是IBM SVC（SAN Volume Controller）。IBM SVC是整個SAN網(wǎng)絡(luò)的控制器，可以將SAN中的各種存儲設(shè)備整合成一個存儲池，并按需分配存儲空間、性能和功能，SVC對服務(wù)器和存儲設(shè)備都是透明的。SVC為各種不同的存儲設(shè)備提供了一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)復(fù)制平臺，可以兼容各種不同的存儲設(shè)備，幫助客戶通過中央視圖簡化異構(gòu)存儲環(huán)境管理并實現(xiàn)管理的自動化。同時IBM SVC存儲虛擬化技術(shù)通過nodes節(jié)點實現(xiàn)cluster集群，具有更高的性能、可靠性和很好的兼容性，可擴展性更強，容災(zāi)效率更高，IBM SVC與基于主機或應(yīng)用的虛擬化技術(shù)詳細對比情況如表1所示：

表1 存儲虛擬化技術(shù)對比

通過分析，IBM SVC虛擬化解決方案借助虛擬存儲將復(fù)雜的存儲環(huán)境簡單化，消除異構(gòu)平臺所造成的信息傳遞壁壘，實現(xiàn)了隨需應(yīng)變的存儲體系，讓存儲真正實現(xiàn)按需分配。在上述方面具有相對的優(yōu)越性，在未來業(yè)務(wù)發(fā)展需要的情況下，具備平滑轉(zhuǎn)換成同步容災(zāi)復(fù)制方式的能力，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全一致性。

2.存儲虛擬化解決方案研究

針對上述分析，通過IBM SVC技術(shù)整合數(shù)據(jù)內(nèi)部中心（CCPC）所有存儲資源，配置SVC設(shè)備，所有服務(wù)器的I/O均需要經(jīng)過SVC內(nèi)部進行處理，改造后CCPC總體拓撲結(jié)構(gòu)如下：

從物理結(jié)構(gòu)上看，CCPC使用 2 個nodes集成SVC的Cluster，能夠?qū)崿F(xiàn)熱備切換。所有存儲設(shè)備通過SVC設(shè)備與主機相連，SVC VDM技術(shù)保證服務(wù)器I/O正確寫入兩臺后端存儲，SVC高可用性通過兩臺SVC NODE構(gòu)建Cluster，解除SVC設(shè)備自身的單點故障隱患。

從災(zāi)備的角度上看，理論上災(zāi)備中心的所有設(shè)備都處于一個待機的狀態(tài)，在存儲數(shù)據(jù)同步的情況下，一旦主中心失去響應(yīng)，待機狀態(tài)的服務(wù)器會馬上處于工作狀態(tài)，接管所有工作。在服務(wù)器數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)中心，要管理并遷移數(shù)十臺服務(wù)器上的數(shù)據(jù)是一件十分困難的事情。除了備份中心的服務(wù)器要相同以外，各個不同的服務(wù)器使用的冗余技術(shù)各不相同，這為高可用性和災(zāi)難備份提出了很高的要求。IBM SVC利用Metro mirror和Global mirror技術(shù)，進行同步數(shù)據(jù)復(fù)制（同城災(zāi)備中心）和異步數(shù)據(jù)復(fù)制（遠程災(zāi)備中心）。災(zāi)備中心結(jié)構(gòu)如下圖4所示：

從數(shù)據(jù)復(fù)制實現(xiàn)方式上看，通過SVC提供的flashcopy功能實現(xiàn)。flashcopy相當(dāng)于鏡像，是基于存儲級別的，它的作用是產(chǎn)生一份在這個時間點上的數(shù)據(jù)卷拷貝，這份拷貝內(nèi)容和原始數(shù)據(jù)卷是完全一樣的，對于AIX系統(tǒng)來說，flashcopy是完全透明的。

四、結(jié)束語

存儲虛擬化技術(shù)在支付系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲中充分發(fā)揮其優(yōu)勢，優(yōu)化了存儲利用率，使得管理更加順暢，提高了系統(tǒng)的可用性和整體性能，降低了存儲系統(tǒng)的管理費用等。然而，從目前來看，存儲虛擬化技術(shù)依然缺乏高度的標準化，不同虛擬產(chǎn)品之間的兼容性還有待進一步提高，作為一種正在發(fā)展的技術(shù)，還有很多新的應(yīng)用有待開發(fā)。

參考文獻：

[1]劉鎮(zhèn)濤《存儲虛擬化原理分析及其實現(xiàn)》[學(xué)位論文] 2007

[2]陳其銘，張宇，林榮《虛擬存儲技術(shù)及其現(xiàn)狀分析》電腦知識與技術(shù) 2009（2）

[3]康瀟文，楊英杰，杜鑫《基于虛擬存儲的數(shù)據(jù)容災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究》計算機應(yīng)用研究 2009（7）

[4]馬騁，婁國煥《虛擬存儲技術(shù)研究與應(yīng)用》河北省科學(xué)院學(xué)報 2010（3）