23、数据中心虚拟化的存储、操作系统与安全管理

数据中心虚拟化的存储、操作系统与安全管理

1. 虚拟存储管理

1.1 存储虚拟化概念

“存储虚拟化”这一术语在系统虚拟化复兴之前就已广泛使用，但在系统虚拟化环境中，它有不同的含义。以前，存储虚拟化主要用于描述在较长时间尺度上对磁盘进行聚合和重新分区，以供物理机使用。而在系统虚拟化中，虚拟存储包括由虚拟机监视器（VMM）和客户操作系统（guest OSes）管理的存储。存储的数据一般可分为两类：虚拟机镜像（VM images）和应用程序数据。虚拟机镜像是虚拟环境特有的，而应用程序数据与传统操作系统环境中的数据相同。

1.2 系统虚拟化的挑战

系统虚拟化的重要方面是封装和隔离，传统操作系统和运行在其上的应用程序可以封装在虚拟机中。一个物理机上可运行多个相互隔离的虚拟机。为实现封装和隔离，系统软件和硬件平台（如CPU和芯片组）都在快速更新，但存储方面却滞后，存储系统成为虚拟机部署的主要瓶颈。

在虚拟化环境中，硬件和传统操作系统之间插入了虚拟化层，或者对传统操作系统进行修改以支持虚拟化，这使得存储操作变得复杂。一方面，客户操作系统的存储管理看似在真实硬盘上操作，但实际上无法直接访问硬盘；另一方面，当多个虚拟机在同一物理机上运行时，多个客户操作系统会争夺硬盘资源。因此，底层VMM的存储管理比客户操作系统（传统操作系统）的存储管理复杂得多。

此外，虚拟机使用的存储原语不够灵活，像跨主机重新映射卷和磁盘检查点等操作往往笨拙且难以理解，有时甚至无法实现。在数据中心，通常有成千上万个虚拟机，导致虚拟机镜像大量占用存储空间。

1.3 虚拟存储管理的解决方案

许多研究人员致力于解决虚拟存储管