虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-07-20 06:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 如何保證數(shù)據(jù)不會(huì)被越權(quán)訪問是存儲(chǔ)虛擬化所面臨的關(guān)鍵問題之一。GDSS采用訪問控制和安全認(rèn)證相結(jié)合的方式保證數(shù)據(jù)的安全。訪問控制在前面已經(jīng)介紹過，本節(jié)介紹系統(tǒng)的安全認(rèn)證架構(gòu)。GDSS綜合考慮Kerberos私鑰認(rèn)證方式和PKI公鑰認(rèn)證方式兩者的特點(diǎn)，并將其有效結(jié)合，提供了一種能夠適應(yīng)廣域網(wǎng)環(huán)境下身份認(rèn)證和授權(quán)訪問要求的安全模型，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 通過使用層次CA認(rèn)證架構(gòu)在廣域全局范圍內(nèi)發(fā)放證書。同時(shí)，密鑰的管理、分配、存儲(chǔ)都采用證書的方式。2. 實(shí)現(xiàn)了一次性簽放的機(jī)制，所有簽放票據(jù)都有一個(gè)有效期。3. 使用訪問控制服務(wù)器，有效加強(qiáng)本地域內(nèi)安全策略的實(shí)施。4. 支持雙向的身份認(rèn)證。虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)需要一種高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制以支持大量數(shù)據(jù)的移動(dòng)、傳輸和復(fù)制，這種傳輸機(jī)制具有以下幾種功能：1. 快速數(shù)據(jù)傳輸：可以采用并行數(shù)據(jù)傳輸，分塊傳輸和流水線技術(shù)等多種機(jī)制來保證；2. 分塊數(shù)據(jù)傳輸：由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是廣泛分布的，所以需要支持多個(gè)數(shù)據(jù)塊的并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸；3. 部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸：可以支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳；4. 第三方數(shù)據(jù)傳輸：由于應(yīng)用和數(shù)據(jù)都是分布式的，許多應(yīng)用需要用到多個(gè)資源，所以必須提供一種機(jī)制，允許一個(gè)地點(diǎn)的用戶或應(yīng)用能夠啟動(dòng)、監(jiān)視和控制其他兩個(gè)地點(diǎn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，為應(yīng)用使用多個(gè)地點(diǎn)的資源提供保障；為了保證存儲(chǔ)虛擬化中數(shù)據(jù)的高效、可靠傳輸，我們?cè)赟SP、SA、Client和文件訪問接口里面都插入了傳輸控制模塊。GDSS系統(tǒng)向用戶提供文件系統(tǒng)訪問接口，同時(shí)系統(tǒng)提供對(duì)MPIIO的支持。文件接口由多個(gè)功能模塊組成，例如文件打開模塊、文件讀模塊、文件寫模塊、文件定位模塊、文件大小截取模塊、文件flush模塊、文件刪除模塊和文件關(guān)閉模塊。ROMIO是MPIIO規(guī)范的一個(gè)高性能、可移植實(shí)現(xiàn)。ADIO（AbstractDevice Interface for Parallel I/O）是ROMIO的一個(gè)關(guān)鍵部分，它不是提供給編程人員的新的APIs，而是實(shí)現(xiàn)其他APIs的一種策略。ADIO在不同的文件系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，提供一組最基本的并行I/O訪問的函數(shù)。ROMIO對(duì)GDSS系統(tǒng)的操作是先將操作轉(zhuǎn)化為ADIO層對(duì)文件的操作，之后轉(zhuǎn)化為GDSS系統(tǒng)對(duì)其文件的操作。GDSS通過分布的、全局統(tǒng)一的Web服務(wù)器來提供全局一致的服務(wù)管理。管理員可以通過支持Java plugin 的瀏覽器方便的從遠(yuǎn)程對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理。監(jiān)控管理主要分為四個(gè)模塊：1. 全局信息和證書的管理：負(fù)責(zé)注冊(cè)、管理全局的域信息和SSP信息，以及證書的管理；2. SSP管理：負(fù)責(zé)對(duì)SSP服務(wù)器的資源狀態(tài)信息進(jìn)行啟動(dòng)管理、鏈接管理、監(jiān)控；3. GNS管理：負(fù)責(zé)對(duì)GNS服務(wù)器的資源狀態(tài)信息進(jìn)行啟動(dòng)管理、鏈接管理、監(jiān)控；4. RM管理：負(fù)責(zé)對(duì)RM和Agent的資源狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)RM服務(wù)器進(jìn)行啟動(dòng)管理、配置管理、策略配置以及副本數(shù)據(jù)的維護(hù)。所有的管理模塊通過Http服務(wù)的方式進(jìn)行鏈接，統(tǒng)一在全局信息服務(wù)器上。分布式磁盤陣列可以將各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的空余存儲(chǔ)空間按照一定的磁盤陣列級(jí)別進(jìn)行組織，使得在客戶端將分布式磁盤陣列虛擬成本地邏輯磁盤驅(qū)動(dòng)器，利用本地已有的文件系統(tǒng)管理虛擬磁盤上的數(shù)據(jù)，這樣客戶端可以不需通過服務(wù)器，就可在本地驅(qū)動(dòng)程序棧中生成對(duì)虛擬磁盤訪問的邏輯塊命令。同時(shí)，服務(wù)器的職能轉(zhuǎn)換成為一種功能單一的網(wǎng)絡(luò)控制臺(tái)，負(fù)責(zé)將分布的磁盤陣列空間統(tǒng)一為一個(gè)大的存儲(chǔ)池，提供給客戶端的用戶使用。在傳統(tǒng)存儲(chǔ)梯次結(jié)構(gòu)中，磁帶庫通常作為歸檔、備份等第三級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備使用，在這里它被虛擬化為塊設(shè)備作為二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備使用。無論是磁盤驅(qū)動(dòng)器還是磁帶庫，最終向上層呈現(xiàn)的都是可管理的存儲(chǔ)區(qū)間。雖然系統(tǒng)為不同類別的外部存儲(chǔ)設(shè)備提供不同的中間層驅(qū)動(dòng)程序，但這些驅(qū)動(dòng)程序功能是相似的，都把文件系統(tǒng)的I/O命令化為可以被底層驅(qū)動(dòng)理解并執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)I/O命令。因此在中間層對(duì)它們進(jìn)行虛擬化管理是可行的，這是磁帶庫緩沖調(diào)度系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。磁帶庫緩存調(diào)度系統(tǒng)向用戶提供一個(gè)容量與磁帶庫存儲(chǔ)空間相同的、可以進(jìn)行隨機(jī)I/O訪問的虛擬設(shè)備，用戶可以像使用常規(guī)物理硬盤一樣使用它。緩沖存儲(chǔ)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)中利用了虛擬化概念。當(dāng)收到上層驅(qū)動(dòng)派生的I/O命令后，驅(qū)動(dòng)程序首先訪問緩存空間，若數(shù)據(jù)命中則直接完成I/O處理，若數(shù)據(jù)不命中則需要訪問磁帶庫，經(jīng)過磁帶庫調(diào)度完成I/O。文件系統(tǒng)作為連接底層物理磁盤與上層應(yīng)用層之間的紐帶，在信息存儲(chǔ)中起著至關(guān)重要的作用，如何為文件系統(tǒng)提供故障恢復(fù)功能以及如何提高文件系統(tǒng)的可用性成了目前亟待解決的關(guān)鍵問題。我們對(duì)文件系統(tǒng)中存在的同步寫、異步寫問題，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的指針從屬關(guān)系引起的數(shù)據(jù)不一致性問題，異常掉電、系統(tǒng)突然崩潰、磁盤物理故障等導(dǎo)致磁盤文件系統(tǒng)故障的問題作了研究。針對(duì)這些問題，我們提供文件系統(tǒng)高可用性的解決方案，提出了文件系統(tǒng)鏡像分布策略，研制開發(fā)了針對(duì)文件系統(tǒng)的文件快照技術(shù)（Snapshot）?？煺占夹g(shù)是一種保留某一時(shí)刻文件系統(tǒng)映像的技術(shù)，它用最短的時(shí)間和最低的消耗實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的只讀備份，其目的是在應(yīng)用層有效地保護(hù)數(shù)據(jù)不被破壞。文件系統(tǒng)快照就是對(duì)文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)的復(fù)制和監(jiān)控。我們通過記錄整個(gè)文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)在某一時(shí)刻的狀態(tài)，建立文件系統(tǒng)在這一時(shí)刻的快照。我們使用寫時(shí)拷貝（WriteonCopy）技術(shù)保證快照文件的一致性。在建立了文件系統(tǒng)快照后，所有應(yīng)用I/O對(duì)相應(yīng)的文件系統(tǒng)所使用的磁盤塊寫入時(shí)，都需要將待修改的原始磁盤塊復(fù)制到快照文件的數(shù)據(jù)區(qū)，并將快照文件中相應(yīng)
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