A. 虛擬存儲器技術主要用於解決什麼問題簡述虛擬存儲器的基本工作原理。
虛擬存儲器技術主要解決電腦內存不夠的問題，電腦中所運行的程序均需經由內存執行，若執行的程序佔用內存很大或很多，則會導致內存消耗殆盡。
為解決該問題，Windows中運用了虛擬內存技術，即勻出一部分硬碟空間來充當內存使用。當內存耗盡時，電腦就會自動調用硬碟來充當內存，以緩解內存的緊張。若計算機運行程序或操作所需的隨機存儲器(RAM)不足時，則 Windows 會用虛擬存儲器進行補償。
工作原理
1、中央處理器訪問主存的邏輯地址分解成組號a和組內地址b，並對組號a進行地址變換，即將邏輯組號a作為索引，查地址變換表，以確定該組信息是否存放在主存內。
2、如該組號已在主存內，則轉而執行④；如果該組號不在主存內，則檢查主存中是否有空閑區，如果沒有，便將某個暫時不用的組調出送往輔存，以便將這組信息調入主存。
3、從輔存讀出所要的組，並送到主存空閑區，然後將那個空閑的物理組號a和邏輯組號a登錄在地址變換表中。
4、從地址變換表讀出與邏輯組號a對應的物理組號a。
5、從物理組號a和組內位元組地址b得到物理地址。
6、根據物理地址從主存中存取必要的信息。
(1)虛擬存儲管理技術有效利用擴展閱讀：
相關概念
1、實地址與虛地址
用戶編製程序時使用的地址稱為虛地址或邏輯地址，其對應的存儲空間稱為虛存空間或邏輯地址空間；而計算機物理內存的訪問地址則稱為實地址或物理地址，其對應的存儲空間稱為物理存儲空間或主存空間。程序進行虛地址到實地址轉換的過程稱為程序的再定位。
2、虛擬內存的訪問過程
虛存空間的用戶程序按照虛地址編程並存放在輔存中。程序運行時，由地址變換機構依據當時分配給該程序的實地址空間把程序的一部分調入實存。
每次訪存時，首先判斷該虛地址所對應的部分是否在實存中：如果是，則進行地址轉換並用實地址訪問主存；否則，按照某種演算法將輔存中的部分程序調度進內存，再按同樣的方法訪問主存。
3、異構體系
從虛存的概念可以看出，主存-輔存的訪問機制與cache-主存的訪問機制是類似的。這是由cache存儲器、主存和輔存構成的三級存儲體系中的兩個層次。cache和主存之間以及主存和輔存之間分別有輔助硬體和輔助軟硬體負責地址變換與管理，以便各級存儲器能夠組成有機的三級存儲體系。
B. 簡述虛擬化存儲技術的三種實現方法及工作原理
從系統的觀點看，有三種主要的存儲虛擬化方法:
基於主機的虛擬存儲;
基於存儲設備的虛擬存儲;
基於網路的虛擬存儲。
方法1:基於主機的虛擬存儲
基於主機的虛擬存儲依賴於代理或管理軟體，它們安裝在一個或多個主機上，實現存儲虛擬化的控制和管理。由於控制軟體是運行在主機上，這就會佔用主機的處理時間。因此，這種方法的可擴充性較差，實際運行的性能不是很好。基於主機的方法也有可能影響到系統的穩定性和安全性，因為有可能導致不經意間越權訪問到受保護的數據。這種方法要求在主機上安裝適當的控制軟體，因此一個主機的故障可能影響整個SAN系統中數據的完整性。軟體控制的存儲虛擬化還可能由於不同存儲廠商軟硬體的差異而帶來不必要的互操作性開銷，所以這種方法的靈活性也比較差。
但是，因為不需要任何附加硬體，基於主機的虛擬化方法最容易實現，其設備成本最低。使用這種方法的供應商趨向於成為存儲管理領域的軟體廠商，而且目前已經有成熟的軟體產品。這些軟體可以提供便於使用的圖形介面，方便地用於SAN的管理和虛擬化，在主機和小型SAN結構中有著良好的負載平衡機制。從這個意義上看，基於主機的存儲虛擬化是一種性價比不錯的方法。
方法2:基於存儲設備的虛擬化
基於存儲設備的存儲虛擬化方法依賴於提供相關功能的存儲模塊。如果沒有第三方的虛擬軟體，基於存儲的虛擬化經常只能提供一種不完全的存儲虛擬化解決方案。對於包含多廠商存儲設備的SAN存儲系統，這種方法的運行效果並不是很好。依賴於存儲供應商的功能模塊將會在系統中排斥JBODS(Just a Bunch of Disks，簡單的硬碟組)和簡單存儲設備的使用，因為這些設備並沒有提供存儲虛擬化的功能。當然，利用這種方法意味著最終將鎖定某一家單獨的存儲供應商。
基於存儲的虛擬化方法也有一些優勢:在存儲系統中這種方法較容易實現，容易和某個特定存儲供應商的設備相協調，所以更容易管理，同時它對用戶或管理人員都是透明的。但是，我們必須注意到，因為缺乏足夠的軟體進行支持，這就使得解決方案更難以客戶化(customzing)和監控。
方法3:基於網路的虛擬存儲
基於網路的虛擬化方法是在網路設備之間實現存儲虛擬化功能，具體有下面幾種方式:
1. 基於互聯設備的虛擬化
基於互聯設備的方法如果是對稱的，那麼控制信息和數據走在同一條通道上;如果是不對稱的，控制信息和數據走在不同的路徑上。在對稱的方式下，互聯設備可能成為瓶頸，但是多重設備管理和負載平衡機制可以減緩瓶頸的矛盾。同時，多重設備管理環境中，當一個設備發生故障時，也比較容易支持伺服器實現故障接替。但是，這將產生多個SAN孤島，因為一個設備僅控制與它所連接的存儲系統。非對稱式虛擬存儲比對稱式更具有可擴展性，因為數據和控制信息的路徑是分離的。
基於互聯設備的虛擬化方法能夠在專用伺服器上運行，使用標准操作系統，例如Windows、Sun Solaris、Linux或供應商提供的操作系統。這種方法運行在標准操作系統中，具有基於主機方法的諸多優勢--易使用、設備便宜。許多基於設備的虛擬化提供商也提供附加的功能模塊來改善系統的整體性能，能夠獲得比標准操作系統更好的性能和更完善的功能，但需要更高的硬體成本。
但是，基於設備的方法也繼承了基於主機虛擬化方法的一些缺陷，因為它仍然需要一個運行在主機上的代理軟體或基於主機的適配器，任何主機的故障或不適當的主機配置都可能導致訪問到不被保護的數據。同時，在異構操作系統間的互操作性仍然是一個問題。
3. 基於路由器的虛擬化
基於路由器的方法是在路由器固件上實現存儲虛擬化功能。供應商通常也提供運行在主機上的附加軟體來進一步增強存儲管理能力。在此方法中，路由器被放置於每個主機到存儲網路的數據通道中，用來截取網路中任何一個從主機到存儲系統的命令。由於路由器潛在地為每一台主機服務，大多數控制模塊存在於路由器的固件中，相對於基於主機和大多數基於互聯設備的方法，這種方法的性能更好、效果更佳。由於不依賴於在每個主機上運行的代理伺服器，這種方法比基於主機或基於設備的方法具有更好的安全性。當連接主機到存儲網路的路由器出現故障時，仍然可能導致主機上的數據不能被訪問。但是只有聯結於故障路由器的主機才會受到影響，其他主機仍然可以通過其他路由器訪問存儲系統。路由器的冗餘可以支持動態多路徑，這也為上述故障問題提供了一個解決方法。由於路由器經常作為協議轉換的橋梁，基於路由器的方法也可以在異構操作系統和多供應商存儲環境之間提供互操作性。
C. 虛擬存儲的應用
由於虛擬存儲具有上述特點，虛擬存儲技術正逐步成為共享存儲管理的主流技術，其應用具體如下：
數據鏡像就是通過雙向同步或單向同步模式在不同的存儲設備間建立數據復本。一個合理的解決方案應該能在不依靠設備生產商及操作系統支持的情況下，提供在同一存儲陣列及不同存儲陣列間製作鏡像的方法。
通過IP地址實現的遠距離數據遷移（通常為非同步傳輸）對於不同規模的企業來說，都是一種極為重要的數據災難恢復工具。好的解決方案不應當依賴特殊的網路設備支持，同時，也不應當依賴主機，以節省企業的管理費用。
過去的幾年，在磁帶備份技術上鮮有新發展。盡管如此，一個網路存儲設備平台亦應能在磁帶和磁碟間搭建橋路，以高速、平穩、安全地完成備份工作。
出於測試、拓展及匯總或一些別的原因，企業經常需要製作數據復本。
利用磁帶來還原數據是數據恢復工作的主要手段，但常常難以成功。數據管理工作其中一個重要的發展新方向是將近期內的備分數據（可以是數星期前的歷史數據）轉移到磁碟介質，而非磁帶介質。用磁碟恢復數據就象閃電般迅速（所有文件能在60秒內恢復），並遠比用磁帶恢復數據安全可靠。同時，整卷（Volume）數據都能被恢復。
現在我著重介紹虛擬存儲在數字視頻網路中的應用。
數字視頻網路對廣播電視行業來說已經不是一個陌生的概念了，由於它在廣播電視技術數字化進程中起到了重要的作用，國內各級電視台對其給予極大的關注，並且開始構造和應用這類系統，在數字視頻網的概念中完全打破了以往一台錄象機、一個編輯系統、一套播出系統的傳統結構，而代之以上載工作站、編輯製作工作站、播出工作站及節目存儲工作站的流程，便於操作和管理。節目上載、節目編輯、節目播出在不同功能的工作站上完成，可成倍提高工作效率。同時，由於採用非線性編輯系統，除了採集時的壓縮損失外。信號在製作、播出過程中不再有任何損失，節目的技術質量將大大提高。
在現有的視頻網路系統中，雖然電腦的主頻、網路的傳輸速率以及交換設備的性能，已經可以滿足絕大多數應用的要求，但其中存儲設備的訪問帶寬問題成為了系統的一個主要性能瓶頸。視頻編輯、製作具有數據量存儲大、碼流高、實時性強、安全性重要等特點。這就要求應用於視頻領域的存儲技術和產品必須具有足夠的帶寬並且穩定性要好。
在單機應用時，為了保證一台編輯站點有足夠的數據帶寬，SCSI技術、本地獨立磁碟冗餘陣例RAID（Rendant Array of Independent Disks）技術（包括軟體和硬體）被廣泛應用，它通過把若干個SCSI硬碟加上控制器組成一個大容量，快速響應，高可靠性的存儲子系統，從用戶看可作為一個邏輯盤或者虛擬盤，從而大大提高了數據傳輸率和存儲容量，同時利用糾錯技術提高了存儲的可靠性，並可滿足帶寬要求。
隨著節目製作需求的發展，要求2—3台站點共享編輯數據。這時可利用SCSI網路技術實現這一要求。幾台編輯站點均配置高性能的SCSI適配器，連接至共享的SCSI磁碟陣列，既可以實現幾個站點共享數據，又可以保證每一台單機的工作帶寬。
光纖通道技術的成熟應用對視頻網路的發展具有里程碑的意義，從此主機與共享存儲設備之間的連接距離限制從幾米、十幾米，擴展到幾百米、幾千米，再配合光纖通道交換設備，網路規模得到幾倍、十幾倍的擴充。這時候的FC（Fibre Channel光纖通道）磁碟陣列——RAID容錯技術、相對SCSI的高帶寬、大容量，成為視頻網路中的核心存儲設備。
隨著電視台規模的發展，全台級大規模視頻網路的應用被提出。在這種需求下，就必須將更先進的存儲技術與產品引入視頻領域。存儲區域網（SAN）的發展目前正處於全速上升期，各種概念層出不窮。其中具有劃時代意義的是虛擬存儲概念的提出。相對於傳統的交換機加RAID陣列，主機通過硬體層直接訪問陣列中的硬碟的SAN結構，虛擬存儲的定位是將數據存儲功能從實際的、物理的數據存取過程中抽象出來，使普通用戶在訪問數據時不必關心具體的存儲設備的配置參數、物理位置及容量，從而簡化用戶和系統管理人員的工作難度。
在設計一個視頻網路系統的時候，對存儲系統的選用，主要考慮如下幾個因素：（1）總體帶寬性能；（2）可管理性；（3）安全性；（4）可擴展性；（5）系統成本。
當然，這些因素之間有時是相互制約的，特別是系統成本與性能和安全性的關系。如何在這些因素之間尋求合理的、實用的、經濟的配合，是一個需要解決的課題。虛擬存儲技術的出現，為我們在構建視頻網路系統時提供了一個切實可行的高性能價格比的解決方案。
從拓撲結構來講，對稱式的方案具有更高的帶寬性能，更好的安全特性，因此比較適合大規模視頻網路應用。非對稱式方案由於採用了虛擬文件原理，因此更適合普通區域網（如辦公網）的應用。
D. 虛擬存儲技術的基本思想是什麼
1 虛擬存儲技術的產生
虛擬化技術並不是一件很新的技術,它的發展,應該說是隨著計算機技術的發展而發展起來的,最早是始於70年代.由於當時的存儲容量,特別是內存容量成本非常高,容量也很小,對於大型應用程序或多程序應用就受到了很大的限制.為了克服這樣的限制,人們就採用了虛擬存儲的技術,最典型的應用就是虛擬內存技術.隨著計算機技術以及相關信息處理技術的不斷發展,人們對存儲的需求越來越大.這樣的需求刺激了各種新技術的出現,比如磁碟性能越來越好,容量越來越大.但是在大量的大中型信息處理系統中,單個磁碟是不能滿足需要,這樣的情況下存儲虛擬化技術就發展起來了.在這個發展過程中也由幾個階段和幾種應用.首先是磁碟條帶集(RAID,可帶容錯)技術,將多個物理磁碟通過一定的邏輯關系集合起來,成為一個大容量的虛擬磁碟.而隨著數據量不斷增加和對數據可用性要求的不斷提高,又一種新的存儲技術應運而生,那就是存儲區域網路(SAN)技術.SAN的廣域化則旨在將存儲設備實現成為一種公用設施,任何人員,任何主機都可以隨時隨地獲取各自想要的數據.目前討論比較多的包括iSCSI,FC Over IP 等技術,由於一些相關的標准還沒有最終確定,但是存儲設備公用化,存儲網路廣域化是一個不可逆轉的潮流.
2 虛擬存儲的概念
所謂虛擬存儲,就是把多個存儲介質模塊(如硬碟,RAID)通過一定的手段集中管理起來,所有的存儲模塊在一個存儲池(Storage Pool)中得到統一管理,從主機和工作站的角度,看到就不是多個硬碟,而是一個分區或者卷,就好象是一個超大容量(如1T以上)的硬碟.這種可以將多種,多個存儲設備統一管理起來,為使用者提供大容量,高數據傳輸性能的存儲系統,就稱之為虛擬存儲.
虛擬存儲的分類
目前虛擬存儲的發展尚無統一標准,從虛擬化存儲的拓撲結構來講主要有兩種方式:即對稱式與非對稱式.對稱式虛擬存儲技術是指虛擬存儲控制設備與存儲軟體系統,交換設備集成為一個整體,內嵌在網路數據傳輸路徑中;非對稱式虛擬存儲技術是指虛擬存儲控制設備獨立於數據傳輸路徑之外.從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統.具體如下:
A.對稱式虛擬存儲
圖1
圖1對稱式虛擬存儲解決方案的示意圖
在圖1所示的對稱式虛擬存儲結構圖中,存儲控制設備 High Speed Traffic Directors(HSTD)與存儲池子系統Storage Pool集成在一起,組成SAN Appliance.可以看到在該方案中存儲控制設備HSTD在主機與存儲池數據交換的過程中起到核心作用.該方案的虛擬存儲過程是這樣的:由HSTD內嵌的存儲管理系統將存儲池中的物理硬碟虛擬為邏輯存儲單元(LUN),並進行埠映射(指定某一個LUN能被哪些埠所見),主機端將各可見的存儲單元映射為操作系統可識別的盤符.當主機向SAN Appliance寫入數據時,用戶只需要將數據寫入位置指定為自己映射的盤符(LUN),數據經過HSTD的高速並行埠,先寫入高速緩存,HSTD中的存儲管理系統自動完成目標位置由LUN到物理硬碟的轉換,在此過程中用戶見到的只是虛擬邏輯單元,而不關心每個LUN的具體物理組織結構.該方案具有以下主要特點:
(1)採用大容量高速緩存,顯著提高數據傳輸速度.
緩存是存儲系統中廣泛採用的位於主機與存儲設備之間的I/O路徑上的中間介質.當主機從存儲設備中讀取數據時,會把與當前數據存儲位置相連的數據讀到緩存中,並把多次調用的數據保留在緩存中;當主機讀數據時,在很大幾率上能夠從緩存中找到所需要的數據.直接從緩存上讀出.而從緩存讀取數據時的速度只受到電信號傳播速度的影響(等於光速),因此大大高於從硬碟讀數據時碟片機械轉動的速度.當主機向存儲設備寫入數據時,先把數據寫入緩存中,待主機端寫入動作停止,再從緩存中將數據寫入硬碟,同樣高於直接寫入硬碟的速度
(2)多埠並行技術,消除了I/O瓶頸.
傳統的FC存儲設備中控制埠與邏輯盤之間是固定關系,訪問一塊硬碟只能通過控制它的控制器埠.在對稱式虛擬存儲設備中,SAN Appliance的存儲埠與LUN的關系是虛擬的,也就是說多台主機可以通過多個存儲埠(最多8個)並發訪問同一個LUN;在光纖通道100MB/帶寬的大前提下,並行工作的埠數量越多,數據帶寬就越高.
(3)邏輯存儲單元提供了高速的磁碟訪問速度.
在視頻應用環境中,應用程序讀寫數據時以固定大小的數據塊為單位(從512byte到1MB之間).而存儲系統為了保證應用程序的帶寬需求,往往設計為傳輸512byte以上的數據塊大小時才能達到其最佳I/O性能.在傳統SAN結構中,當容量需求增大時,唯一的解決辦法是多塊磁碟(物理或邏輯的)綁定為帶區集,實現大容量LUN.在對稱式虛擬存儲系統中,為主機提供真正的超大容量,高性能LUN,而不是用帶區集方式實現的性能較差的邏輯卷.與帶區集相比,Power LUN具有很多優勢,如大塊的I/O block會真正被存儲系統所接受,有效提高數據傳輸速度;並且由於沒有帶區集的處理過程,主機CPU可以解除很大負擔,提高了主機的性能.
(4)成對的HSTD系統的容錯性能.
在對稱式虛擬存儲系統中,HSTD是數據I/O的必經之地,存儲池是數據存放地.由於存儲池中的數據具有容錯機制保障安全,因此用戶自然會想到HSTD是否有容錯保護.象許多大型存儲系統一樣,在成熟的對稱式虛擬存儲系統中,HSTD是成對配製的,每對HSTD之間是通過SAN Appliance內嵌的網路管理服務實現緩存數據一致和相互通信的.
(5)在SAN Appliance之上可方便的連接交換設備,實現超大規模Fabric結構的SAN.
因為系統保持了標準的SAN結構,為系統的擴展和互連提供了技術保障,所以在SAN Appliance之上可方便的連接交換設備,實現超大規模Fabric結構的SAN.
B.非對稱式虛擬存儲系統
圖2
圖2非對稱式虛擬存儲系統示意圖
在圖2所示的非對稱式虛擬存儲系統結構圖中,網路中的每一台主機和虛擬存儲管理設備均連接到磁碟陣列,其中主機的數據路徑通過FC交換設備到達磁碟陣列;虛擬存儲設備對網路上連接的磁碟陣列進行虛擬化操作,將各存儲陣列中的LUN虛擬為邏輯帶區集(Strip),並對網路上的每一台主機指定對每一個Strip的訪問許可權(可寫,可讀,禁止訪問).當主機要訪問某個Strip時,首先要訪問虛擬存儲設備,讀取Strip信息和訪問許可權,然後再通過交換設備訪問實際的Strip中的數據.在此過程中,主機只會識別到邏輯的strip,而不會直接識別到物理硬碟.這種方案具有如下特點:
(1)將不同物理硬碟陣列中的容量進行邏輯組合,實現虛擬的帶區集,將多個陣列控制器埠綁定,在一定程度上提高了系統的可用帶寬.
(2)在交換機埠數量足夠的情況下,可在一個網路內安裝兩台虛擬存儲設備,實現Strip信息和訪問許可權的冗餘.
但是該方案存在如下一些不足:
(1)該方案本質上是帶區集——磁碟陣列結構,一旦帶區集中的某個磁碟陣列控制器損壞,或者這個陣列到交換機路徑上的銅纜,GBIC損壞,都會導致一個虛擬的LUN離線,而帶區集本身是沒有容錯能力的,一個LUN的損壞就意味著整個Strip裡面數據的丟失.
(2)由於該方案的帶寬提高是通過陣列埠綁定來實現的,而普通光纖通道陣列控制器的有效帶寬僅在40MB/S左右,因此要達到幾百兆的帶寬就意味著要調用十幾台陣列,這樣就會佔用幾十個交換機埠,在只有一兩台交換機的中小型網路中,這是不可實現的.
(3)由於各種品牌,型號的磁碟陣列其性能不完全相同,如果出於虛擬化的目的將不同品牌,型號的陣列進行綁定,會帶來一個問題:即數據寫入或讀出時各並發數據流的速度不同,這就意味著原來的數據包順序在傳輸完畢後被打亂,系統需要佔用時間和資源去重新進行數據包排序整理,這會嚴重影響系統性能.
4 數據塊虛擬與虛擬文件系統
以上從拓撲結構角度分析了對稱式與非對稱式虛擬存儲方案的異同,實際從虛擬化存儲的實現原理來講也有兩種方式;即數據塊虛擬與虛擬文件系統.
數據塊虛擬存儲方案著重解決數據傳輸過程中的沖突和延時問題.在多交換機組成的大型Fabric結構的SAN中,由於多台主機通過多個交換機埠訪問存儲設備,延時和數據塊沖突問題非常嚴重.數據塊虛擬存儲方案利用虛擬的多埠並行技術,為多台客戶機提供了極高的帶寬,最大限度上減少了延時與沖突的發生,在實際應用中,數據塊虛擬存儲方案以對稱式拓撲結構為表現形式.
虛擬文件系統存儲方案著重解決大規模網路中文件共享的安全機制問題.通過對不同的站點指定不同的訪問許可權,保證網路文件的安全.在實際應用中,虛擬文件系統存儲方案以非對稱式拓撲結構為表現形式.
虛擬存儲技術和這門課的結合點
本學期的這門課中,所涉及的虛擬存儲技術,實際上是虛擬存儲技術的一個方面,特指以CPU時間和外存空間換取昂貴內存空間的操作系統中的資源轉換技術
基本思想:程序,數據,堆棧的大小可以超過內存的大小,操作系統把程序當前使用的部分保留在內存,而把其他部分保存在磁碟上,並在需要時在內存和磁碟之間動態交換,虛擬存儲器支持多道程序設計技術
目的:提高內存利用率
管理方式
A 請求式分頁存儲管理
在進程開始運行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個或零個頁面,之後根據進程運行的需要,動態裝入其他頁面;當內存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時,則根據某種演算法淘汰某個頁面,以便裝入新的頁面
B 請求式分段存儲管理
為了能實現虛擬存儲,段式邏輯地址空間中的程序段在運行時並不全部裝入內存,而是如同請求式分頁存儲管理,首先調入一個或若干個程序段運行,在運行過程中調用到哪段時,就根據該段長度在內存分配一個連續的分區給它使用.若內存中沒有足夠大的空閑分區,則考慮進行段的緊湊或將某段或某些段淘汰出去,這種存儲管理技術稱為請求式分段存儲管理
E. 雲存儲的核心技術：虛擬化存儲，究竟虛擬是怎樣實現的
虛擬化改變了計算機使用存儲的方式。就像物理機器抽象成虛擬機（VM：Virtual Machine）一樣，物理存儲設備也被抽象成虛擬磁碟（Virtual Disk）。今天我們就來聊聊虛擬化存儲（Storage Virtualization）技術，究竟虛擬磁碟是怎樣實現的？
虛擬磁碟的實現
我們知道，伺服器擴展存儲的手段主要有直連存儲（DAS）、存儲區域網路（SAN）和網路附加存儲（NAS）這三種類型。那麼哪種存儲類型可以用來實現虛擬磁碟呢？
在虛擬化環境中，類似VMWare這樣的虛擬機管理程序hypervisor，要同時給很多VM分配存儲空間。這個過程中，我們需要先把物理存儲資源重新劃分成虛擬磁碟，然後再分配給VM。
顯然我們不能用DAS方式把物理磁碟直連到VM上，如果這樣，需要的物理磁碟就太多了。SAN是以邏輯單元（LUN：Logic Unit）的形式提供存儲資源，但是虛擬環境中VM的數量是很大的，而且倫的數量不足以支持這么多虛擬磁碟。
更重要的是，虛擬磁碟是為大量VM共享的，由於VM需要隨時創建、刪除或遷移，所以需要在遷移VM時共享存儲空間，只有原始數據不會丟失。DAS還是SAN，都不適合共享存儲。
考慮到資源分配以及共享的問題，虛擬機管理程序以NAS的方式實現虛擬磁碟。VMware通常使用VMFS（虛擬機文件系統）或NFS協議實現虛擬磁碟，VMFS文件系統是專門針對虛擬機環境協議。
每一個虛擬機的數據實際上是一堆文件，及最重要的文件的虛擬磁碟文件（VMDK文件），也有交換分區文件（VSWP文件，等價交換），非易失性存儲器（NVRAM的文件相當於BIOS），等等。每個VM對虛擬磁碟的IO操作實際上是對虛擬磁碟文件的讀寫操作。
設計、施工、和虛擬伺服器環境和優化，允許多個虛擬機訪問集成的集群存儲池，從而大大提高了資源的利用率。使用和實現資源共享，管理員可以直接從更高的效率和存儲利用率中獲益。
那麼我們如何在雲計算中使用虛擬磁碟呢？
實例存儲
最主要的一種使用虛擬磁碟的方式就是實例存儲，每個VM都是虛擬機的一個實例，虛擬機管理程序在每個實例中提供一個模擬硬體環境，它包括CPU、內存和磁碟。這樣，虛擬磁碟就是虛擬機實例的一部分，就像物質世界。刪除VM後，虛擬磁碟也將被刪除。
在這個實例存儲模型中，虛擬磁碟與虛擬機之間的存儲關系，事實上，它是DAS存儲。但是虛擬磁碟的底層實現，我們說，它是以NAS的方式實現的。虛擬機管理程序的作用是存儲VM層的存儲模型，這是從實施協議分離（VMFS或NFS）的虛擬機的低層。
VMFS協議實現了存儲資源的虛擬化，再分配各VMs
卷存儲
實例存儲有它的限制，開發人員通常希望分離實例數據，例如OS和安裝的一些伺服器應用程序和用戶數據，這樣重建VM的時候可以保留用戶的數據。
這個需求衍生出另外一種存儲模型：卷存儲。卷是存儲的主要單元，相當於虛擬磁碟分區。它不是虛擬機實例的一部分，它可以被認為是虛擬機的外部存儲設備。
該卷可以從一個VM卸載，然後附加到另一個VM。通過這種方式，我們實現了實例數據與用戶數據的分離。OpenStack的煤渣是一個體積存儲的實現。
除了實例存儲和卷存儲之外，最後我們還提到另一種特殊的虛擬存儲：對象存儲。
對象存儲
很多雲應用需要在不同的VM之間共享數據，它常常需要跨越多個數據中心，而對象存儲可以解決這個問題。在前一篇文章中的雲計算IaaS管理平台的基本功能是什麼？》中曾經提到過對象存儲。
在對象存儲模型中，數據存儲在存儲段（bucket）中，桶也可以被稱為「水桶」，因為它字面意思。我們可以用硬碟來類推，對象像一個文件，而存儲段就像一個文件夾（或目錄）。可以通過統一資源標識符（URI：統一資源標識符）找到對象和存儲段。
對象存儲的核心設計思想實際上是虛擬化，它是文件的物理存儲位置，如卷、目錄、磁碟等，虛擬化是木桶，它將文件虛擬化為對象。對於應用層，簡化了對數據訪問的訪問，屏蔽了底層存儲技術的異構性和復雜性。
對象存儲模型
NAS與對象存儲各有所長
當然你也許會問，NAS存儲技術也是一個可以解決數據共享的問題嗎？由於對象存儲的大小和成本優勢，許多雲環境使用對象存儲而不是NAS。
因為對象存儲將跨多個節點傳播，最新數據並不總是可用的 因此，對象存儲的數據一致性不強。如果有強一致性的要求，然後你可以使用NAS。目前，在雲計算環境中，NAS和對象存儲是共存的。
和NAS一樣，對象存儲也是軟體體系結構，而不是硬體體系結構。應用程序通過REST API直接訪問對象存儲。公共對象存儲包括：Amazon S3和OpenStack的Swift。
結語
在實際的雲平台應用中，我們需要根據自己的實際情況來合理運用不同的虛擬化存儲技術。
對於非結構化的靜態數據文件，如音視頻、圖片等，我們一般使用對象存儲。
對於系統鏡像以及應用程序，我們需要使用雲主機實例存儲或者卷存儲。
對於應用產生的動態數據，我們一般還需要利用雲資料庫來對數據進行管理。
F. 存儲虛擬化能帶來哪些好處
存儲虛擬化是一項技術，它通過對物理層資源進行抽象，展現給用戶一個靈活的、邏輯的數據存儲空間。那麼，對於存儲行業來說呢。 好處一、自動精簡配置 在傳統IT架構中，一個新的應用被安裝到系統中後，存儲管理員必須為該應用分配足夠的存儲空間，以保證在需求增長時，應用也能正常運行，這就是通常所說的過度配置。人們習慣為應用預先分配大量的存儲空間，但在實際應用中，這些存儲空間很難被全部使用，從而造成了浪費。自動精簡配置允許存儲管理員為應用虛擬分配所需的存儲空間，並只在寫入數據時才會進行實際的容量分配，這就是所謂的按需分配。自動精簡配置技術不僅可以有效地提高存儲利用率，還能在一個容量需求不斷變化的環境中，允許存儲管理員為那些擁有未知存儲需求的獨立項目配置充足的存儲空間，而這些存儲空間還能被其他項目共用。 好處二、容災容錯，保證業務連續性 在沒有虛擬化的情況下，數據復制發生在相似的陣列和相似的主機之間。現在聚集多個磁碟系統建立一個大的存儲池，通過存儲虛擬化引擎，將存儲虛擬池中，需要復制的數據保存到指定設備，即可以不對稱地復制，也就是說，不需要在故障恢復的地點提供一個相當的主機和磁碟，根據自身需求存儲復制就可以進行。
滿意請採納。
G. 虛擬存儲技術的虛擬存儲技術的實現方式
目前實現虛擬存儲主要分為如下幾種： 伺服器廠商會在伺服器端實施虛擬存儲。同樣，軟體廠商也會在伺服器平台上實施虛擬存儲。這些虛擬存儲的實施都是通過伺服器端將鏡像映射到外圍存儲設備上，除了分配數據外，對外圍存儲設備沒有任何控制。伺服器端一般是通過邏輯卷管理來實現虛擬存儲技術。邏輯卷管理為從物理存儲映射到邏輯上的卷提供了一個虛擬層。伺服器只需要處理邏輯卷，而不用管理存儲設備的物理參數。
用這種構建虛擬存儲系統，伺服器端是一性能瓶頸，因此在多媒體處理領域幾乎很少採用。 另一種實施虛擬的地方是存儲設備本身。這種虛擬存儲一般是存儲廠商實施的，但是很可能使用廠商獨家的存儲產品。為避免這種不兼容性，廠商也許會和伺服器、軟體或網路廠商進行合作。當虛擬存儲實施在設備端時，邏輯（虛擬）環境和物理設備同在一個控制范圍中，這樣做的益處在於：虛擬磁碟高度有效地使用磁碟容量，虛擬磁帶高度有效地使用磁帶介質。
在存儲子系統端的虛擬存儲設備主要通過大規模的RAID子系統和多個I/O通道連接到伺服器上，智能控制器提供LUN訪問控制、緩存和其他如數據復制等的管理功能。這種方式的優點在於存儲設備管理員對設備有完全的控制權，而且通過與伺服器系統分開，可以將存儲的管理與多種伺服器操作系統隔離，並且可以很容易地調整硬體參數。 網路廠商會在網路設備端實施虛擬存儲，通過網路將邏輯鏡像映射到外圍存儲設備，除了分配數據外，對外圍存儲設備沒有任何控制。在網路端實施虛擬存儲具有其合理性，因為它的實施既不是在伺服器端，也不是在存儲設備端，而是介於兩個環境之間，可能是最「開放」的虛擬實施環境，最有可能支持任何的伺服器、操作系統、應用和存儲設備。從技術上講，在網路端實施虛擬存儲的結構形式有以下兩種：即對稱式與非對稱式虛擬存儲。
從目前的虛擬存儲技術和產品的實際情況來看，基於主機和基於存儲的方法對於初期的採用者來說魅力最大，因為他們不需要任何附加硬體，但對於異構存儲系統和操作系統而言，系統的運行效果並不是很好。基於互聯設備的方法處於兩者之間，它迴避了一些安全性問題，存儲虛擬化的功能較強，能減輕單一主機的負載，同時可獲得很好的可擴充性。
不管採用何種虛擬存儲技術，其目的都使為了提供一個高性能、安全、穩定、可靠、可擴展的存儲網路平台，滿足節目製作網路系統的苛刻要求。根據綜合的性能價格比來說，一般情況下，在基於主機和基於存儲設備的虛擬存儲技術能夠保證系統的數據處理能力要求時，優先考慮，因為這兩種虛擬存儲技術構架方便、管理簡單、維護容易、產品相對成熟、性能價格比高。在單純的基於存儲設備的虛擬存儲技術無法保證存儲系統性能要求的情況下，我們可以考慮採用基於互連設備的虛擬存儲技術。