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前言
记录HCIA-Storage存储技术趋势，智能存储组件，虚拟化技术，Qemu-KVM学习内容及过程。
提示：以下是本篇文章正文内容，下面内容可供参考
一.HCIA-Storage存储技术趋势
本节内容图片选自HCIA-Storage V4.5教材内容
1.数据与信息
（1）SNIA对数据的定义：数据是对所有事务的数字表示。
（2）数据的种类：结构化数据 半结构化数据 非结构化数据
（3）数据的处理周期
数据处理基本步骤：输入、处理和输出。
（4）信息是已经被处理，具有逻辑关系的数据，是对数据的解释；信息是经过处理的数据，其中 包括具有上下文，相关性和目地性的数据。
（5）数据与信息的关系：数据经过加工处理后，成为信息；信息需要经过数字转化变成数据才能 存储和传输
2.数据存储
（1）数据存储系统
解决方案：容灾解决方案 备份解决方案
存储软件：存储管理软件 快照，镜像软件 备份软件 多路径软件
存储硬件：存储设备：虚拟磁带库，磁盘阵列； 连接设备：交换机，连接电缆，HBA卡
（2）存储的物理结构
（3）数据存储的分类
内置存储
外置存储：DAS,FAS FAS:SAN NAS
（4）数据管理技术的演变
（5）数据存储的应用
3.存储技术的发展
3.1.存储架构的发展
3.2.存储介质的发展
3.3.接口协议的发展
4.存储产品的发展趋势
二.智能存储组件
1.控制框
（1)控制器 存储系统中承载业务处理的核心模块
（2)保险箱盘 用于保存存储系统数据，系统配置信息和日志、系统掉电后Cache中的数据
（3)BBU模块 能够在系统外部供电失效的情况下，提供后备电源支持，以保证存储阵列中业务数据的安全性
2. 硬盘框
(1)模块化设计
（2)系统插框
（3级联模块
(4)电源模块
(5)硬盘模块
3.级联模块
(1) 每个级联模块提供一个一级级联端口‘P0’和一个一级级联端口‘P1’,级联模块通过级联端口来级联控制框和硬盘框，由此来实现控制框或硬盘框之间通信
(2) 双方间数据传输的节点
(3)设备线缆 通信设备连接到配线设备的光缆
4.硬盘
4.1. 机械硬盘
(1) 结构
盘片
读/写磁头
主轴
控制电路
硬盘接口
磁头臂
(2) 数据组织
容量和缓存(Cache）
影响硬盘性能的因素
平均访问时间
数据传输速率
磁盘的IOPS和传输带宽
并行传输和串行传输
硬盘接口技术
4.2. 固态硬盘
(1)特点
① 使用flash技术储存信息，数据传输比·HDD快
②内部没有机械结构耗电量更小，散热小，噪音小
③SDD盘使用寿命受擦写次数影响
(2) 架构
① 控制单元：控制器，主机接口，DRAM等
②储存单元：NAND,FLASH颗粒
（3）闪存数据关系
①FTL闪存转换层
②数据写入，读取过程
③性能优势与应用
5.接口模块
（1）GE接口模块
（2）SAS级联模块和RDMA接口模块
（3）Smartlo接口模块
（4）PCle接口模块和56GB IB接口模块
（5）FC接口和FCOE接口模块
三.虚拟化技术
1.简单叙述常见的虚拟化技术分类
（1）CPU的虚拟化
CPU的虚拟化技术是一种硬件方案，支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程，通过这些指令集，VMM会很容易提高性能。
（2）服务器虚拟化
服务器虚拟化能够通过区分资源的优先次序，并随时随地将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理和提高效率，从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源。
（3）存储虚拟化
虚拟存储设备需要通过大规模的raid子系统和多个I/O通道连接到服务器上，智能控制器提供LUN访问控制、缓存和其他如数据复制等管理功能。
（4）网络虚拟化
网络虚拟化整合后的设备组成了一个逻辑单元，在网络中表现为一个网元节点，管理简单化、配置简单化、可跨设备链路聚合，极大简化网络架构，同时进一步增强冗余可靠性。
（5）应用虚拟化
应用虚拟化通常包括两层含义，一是应用软件的虚拟化，一是桌面的虚拟化。
2.XEN虚拟化技术的优缺点
（1）Xen构建于开源的虚拟机管理程序上，结合使用半虚拟化和硬件协助的虚拟化。操作系统与虚拟化平台之间的这种协作支持开发一个较简单的虚拟机管理程序来提供高度优化的性能。
（2）Xen提供了复杂的工作负载均衡功能，可捕获CPU、内存、磁盘I/O和网络I/O数据，它提供了两种优化模式：一种针对性能，另一种针对密度。
（3）Xen利用一种名为Citrix Storage Link 的独特的存储集成功能。使用Citrix Storage Link，系统管理员可直接利用来自HP、Dell Equal Logic、NetApp、EMC等公司的存储产品。
（4） Xen包含多核处理器支持、实时迁移、物理服务器到虚拟机转换（P2V）和虚拟到虚拟转换（V2V）工具。集中化的多服务器管理、实时性能监控，以及Windows和Linux的快速性能。
（1）Xen会占用相对较大的空间，且依赖于0号虚拟机中的Linux操作系统。
（2） Xen依靠第三方解决方案来管理硬件设备驱动程序、存储、备份和恢复，以及容错
任何具有高I/O速率的操作或任何会吞噬资源的操作都会使Xen陷入困境，使其他虚拟机缺乏资源。
（3）Xen缺少802.1Q 虚拟局域网（VLAN）中继，出于安全考虑，它没有提供目录服务集成、基于角色的访问控制、安全日志记录和审计或管理操作。
（4）Xen目前最大的困难在于Linux内核社区的抵制，导致XEN相关的内核改动一直不能顺利进入内核源代码，从而无法及时得到内核最新开发成果的支持。
3.KVM虚拟化技术功能特性及优缺点
（1）开源：KVM 一个开源项目，这就决定了KVM一直是开放的姿态，许多虚拟化的新技术都是首先在KVM上应用，再到其他虚拟化引擎上推广。
（2）性能：KVM吸引许多人使用的一个动因就是性能，在同样的硬件条件下，能提供更好的虚拟机性能，主要是因为KVM架构简单，代码只有2万行，一开始就支持硬件虚拟化，这些技术特点保证了KVM的性能。
（3）免费：KVM因为是开源项目，绝大部分KVM的解决方案都是免费方案，随着KVM的发展，KVM虚拟机越来越稳定，兼容性也越来越好，因而也就得到越来越多的应用。
（4）技术支持：免费并不意味着KVM没有技术支持。在KVM的开源社区，数量巨大的KVM技术支持者都可以提供KVM技术支持。另外，如果需要商业级支持，也可以购买红帽公司的服务。
4.红帽RHEV技术功能特性及优缺点
(1)性能和可扩展性：为实现企业级的虚拟化应用程序，如Oracle、SAP和Microsoft Exchange，为其提供领先的性能和可扩展性。
(2)安全性：业界领先的安全性，在安全增强型红帽企业Linux内核基础上构建。
(3)企业功能：业虚拟化管理功能，包括实时迁移、高可用性、负载均衡、节能等。
(4)灵活性：通过消除桌面操作系统和基础硬件之间的依赖性，实现业务灵活性和连续性。
(5)成本优势：与其他解决方案相比较，凭借红帽软件订阅模式的强大功能，能够以更低的购置和总拥有成本获得相同或更好的功能集，从而获得收益。
(1)技术不成熟：KVM的出现不过三四年时间，在可用资源、平台支持、管理工具、实施经验方面当然不能与出现8年之久的Xen相比。
(2)需要Windows支持；KVM3.0之前的RHEV-M管理程序需要Windows支持，这是KVM在部署过程中最大的障碍，RedHat公司已经意识到这个问题的严重性，从KVM3.0开始，开发出基于Linux的RHEV-M，取消了其只能运行于Windows服务器上的尴尬，这一改动得到大量Linux用户的支持。
(3)管理的物理服务器数量少，每台M端只能管理500台以内的H端服务器。
5.简单叙述其他虚拟化技术的实现方法
VMware公司创办于1998年，从公司的名称就可以看出，这是一家专注于提供虚拟化解决方案的公司。VMware公司很早就预见到了虚拟化在未来数据中心中的核心地位，有针对性的开发虚拟化软件，从而抓住了21世纪初虚拟化兴起的大潮，成为了虚拟化业界的标杆。下面是VMware主要产品的简单介绍。
5.2.VMware Workstation
VMware Workstation是VMware公司销售的运行于台式机和工作站上的虚拟化软件，也是VMware公司第一个面市的产品（1999年5月）。该产品最早采用了VMware在业界知名的二进制翻译技术，在x86 CPU硬件虚拟化技术还未出现之前，为客户提供了纯粹的基于软件的全虚拟化解决方案。
5.3.VMware ESX Server
ESX服务器（一种能直接在硬件上运行的企业级的虚拟平台），虚拟的SMP，它能让一个虚拟机同时使用四个物理处理器，和VMFS一样，它能使多个ESX服务器分享块存储器。
Oracle VirtualBox是由德国InnoTek软件公司出品的虚拟机软件，现在由甲骨文公司进行开发，是甲骨文公司xVM虚拟化平台技术的一部分。它提供使用者在32位或64位的Windows、Solaris及Linux操作系统上虚拟其他X86的操作系统。使用者可以在VirtualBox上安装并执行Solaris、Windows、DOS、Linux、OS/2 Warp、OpenBSD及FreeBSD等操作系统作为客户端操作系统。最新的VirtualBox还支持运行Android4.0系统。
Hyper-V是微软提出的一种系统管理程序虚拟化技术。Hyper-V设计的目的是为广泛的用户提供更为熟悉及成本效益更高的虚拟化基础设施软件，这样可以降低运作成本、提高硬件利用率、优化基础设施并提高服务器的可用性
Hyper-V的设计借鉴了Xen，采用微内核的架构，兼顾了安全性和性能的要求。Hyper-V底层的Hypervisor运行在最高的特权级别下，微软将其称为ring-1（而Intel也将其称为root mode），而虚拟机的操作系统内核和驱动运行在ring0，应用程序运行在ring3。
6.思维结构图
四.Qemu-KVM
1.KVM原理简介
1.1.KVM工作流程
用户模式的qemu利用libkvm通过ioctl进入内核模式，kvm模块为虚拟机创建虚拟内存，虚拟CPU后执行VMLauch指令进入客户模式。加载Guest OS并执行。如果Guest OS 发生外部中断或者影子页表缺页之类的情况，会暂停Guest OS的执行，退出客户模式，执行异常处理，之后重新进入客户模式，执行客户代码。如果发生I/O事件或者信号队列中有信号到达，就会进入用户模式处理。
1.2.KVM架构
如图所示，左侧部分是一个标准的Linux操作系统，可以是RHEL、Fedora、Ubuntu等。KVM内核模块在运行时按需加载进入内核空间运行。KVM本身不执行任何设备模拟，需要用户空间程序QEMU通过/dev/kvm接口设置一个虚拟客户机的地址空间，向它提供模拟的I/O设备，并将它的视频显示映射回宿主机的显示屏
1.3.KVM模块
（1）KVM模块是KVM虚拟机的核心部分。其主要功能是初始化CPU硬件，打开虚拟化模式，然后将虚拟客户机运行在虚拟机模式下，并对虚拟客户机的运行提供一定的支持。
（2） KVM模块加载之初，只存在/dev/kvm文件，而针对该文件的最重要的IOCTL调用就是“创建虚拟机”。在这里，“创建虚拟机”可以理解成KVM为了某个特定的虚拟客户机（用户空间程序创建并初始化）创建对应的内核数据结构。
（3） 处理器对设备的访问主要是通过IO指令和MMIO，其中IO指令会被处理器直接截获，MMIO会通过配置内存虚拟化来捕捉。但是，外设的模拟一般并不由KVM模块负责。一般来说，只有对性能要求比较高的虚拟设备才会由KVM内核模块来直接负责，比如虚拟终端控制器和虚拟时钟，这样可以大量减少处理器的模式切换的开销。
2.Qemu原理介绍
2.1.Qemu架构
Qemu是纯软件实现的虚拟化模拟器，几乎可以模拟任何硬件设备，是一个完整的可以运行的软件，非常灵活可移植，我们最熟悉的就是能够模拟一台能够独立运行操作系统的虚拟机，虚拟机认为自己和硬件打交道，但其实是和Qemu模拟出来的硬件打交道，Qemu将这些指令转译给真正的硬件。
2.2.Qemu模块
（1） QEMU本身并不是KVM的一部分，其自身就是一个著名的开源虚拟机软件。与KVM不同，QEMU虚拟机是一个纯软件的实现，所以性能地下。但是，其优点是在支持QEMU本身编译运行的平台上就可以实现虚拟机的功能，甚至虚拟机可以与宿主机并不是同一个架构。作为一个存在已久的虚拟机，QEMU的代码中有整套的虚拟机实现，包括处理器虚拟化、内存虚拟化，以及KVM使用到的虚拟设备模拟（比如网卡、显卡、存储控制器和硬盘等）。
（2）从QEMU和KVM模块之间的关系可以看出，这是典型的开源社区在代码共用和开发项目共用上面的合作。诚然，QEMU可以选择其他的虚拟机或技术来加速，比如Xen或者KQEMU；KVM也可以选择其他的用户空间程序作为虚拟机实现，只要它按照KVM提供的API来设计。但是在现实中，QEMU与KVM两者的结合是最成熟的选择，这对一个新开发和后起的项目（KVM）来说，无疑多了一份未来成功的保障。
2.3.Qemu的三种运行模式
（1） 第一种模式是通过kqemu模块实现内核态的加速。
（2）第二种模式是在用户态直接运行QEMU，由QEMU对目标机的 所有 指令进行翻译后执行，相当于全虚拟化。
（3）第三种模式则是KVM官方提供的kvm-qemu加速模式。
2.4.Qemu的特点
（1）QEMU的两种操作模式：完整的系统仿真和用户模式仿真。
（2）QEMU具有以下特点
QEMU可以在没有主机内核驱动程序的情况下运行。
它适用于多种操作系统（GNU / Linux，* BSD，Mac OS X，Windows）和体系结构。
它执行FPU的精确软件仿真。
（3）QEMU用户模式仿真具有以下功能：
通用Linux系统调用转换器，包括大部分ioctls。
使用本机CPU clone的仿真为线程使用Linux调度程序。
通过将主机信号重新映射到目标信号来实现精确信号处理。
（4）QEMU全系统仿真具有以下特点：
QEMU使用完整的软件MMU来实现最大的便携性。
QEMU可以选择使用内核加速器，如kvm。加速器本地执行大部分客户代码，同时继续模拟机器 的其余部分。
可以仿真各种硬件设备，并且在某些情况下，客户机操作系统可以透明地使用主机设备（例如串 行和并行端口，USB，驱动器）。主机设备传递可用于与外部物理外围设备（例如网络摄像 头， 调制解调器或磁带驱动器）交谈。
对称多处理（SMP）支持。目前，内核加速器需要使用多个主机CPU进行仿真。
3.KVM和Qemu的关系
3.1.KVM和Qemu的关系
（1）Qemu是一个独立的虚拟化解决方案，通过intel-VT 或AMD SVM实现全虚拟化，安装qemu的系统，可以直接模拟出另一个完全不同的系统环境。QEMU本身可以不依赖于KVM，但是如果有KVM的存在并且硬件(处理器)支持比如Intel VT功能，那么QEMU在对处理器虚拟化这一块可以利用KVM提供的功能来提升性能。
（2）KVM是集成到Linux内核的Hypervisor，是X86架构且硬件支持虚拟化技术（Intel-VT或AMD-V）的Linux的全虚拟化解决方案。它是Linux的一个很小的模块，利用Linux做大量的事，如任务调度、内存管理与硬件设备交互等。准确来说，KVM是Linux kernel的一个模块。
4.Qemu工具介绍
4.1.qemu-img
qemu-img是QEMU的磁盘管理工具，在qemu-kvm源码编译后就会默认编译好qemu-img这个二进制文件。qemu-img也是QEMU/KVM使用过程中一个比较重要的工具。下面我们将几条重要的选项讲解一下。
（1）check [-f fmt] filename 对磁盘镜像文件进行一致性检查，查找镜像文件中的错误，目前仅支持对“qcow2”、“qed”、“vdi”格式文件的检查。
（2）create [-f fmt] [-o options] filename [size] 创建一个格式为fmt大小为size文件名为filename的镜像文件。
（3）commit [-f fmt] [-t cache] filename 提交filename文件中的更改到后端支持镜像文件（创建时通过backing_file指定的）中去。
（4）convert [-c] [-p] [-f fmt] [-t cache] [-O output_fmt] [-o options] [-s snapshot_name] [-S sparse_size] filename [filename2 [...]] output_filename 将fmt格式的filename镜像文件根据options选项转换为格式为output_fmt的名为output_filename的镜像文件。
（5）info [-f fmt] filename 展示filename镜像文件的信息。
（6）snapshot [-l | -a snapshot | -c snapshot | -d snapshot] filename “-l” 选项是查询并列出镜像文件中的所有快照，“-a snapshot”是让镜像文件使用某个快照，“-c snapshot”是创建一个快照，“-d”是删除一个快照。
（7）rebase [-f fmt] [-t cache] [-p] [-u] -b backing_file [-F backing_fmt] filename 改变镜像文件的后端镜像文件，只有qcow2和qed格式支持rebase命令。
（8）resize filename [+ | -]size 改变镜像文件的大小，使其不同于创建之时的大小。
4.2.qemu-kvm
（1）此命令用于创建虚拟机，其使用格式为“qemu-kvm [options] [disk_image]”，其选项非常多，大致可分为如下几类： 标准选项； USB选项； 显示选项； i386平台专用选项； 网络选项； 字符设备选项； 蓝牙相关选项； Linux系统引导专用选项； 调试/专家模式选项； PowerPC专用选项； Sparc32专用选项。
（2）qemu-kvm的标准选项 ：该选项主要涉及指定主机类型、CPU模式、NUMA、软驱设备、光驱设备及硬件设备等。
（3）qemu-kvm的显示选项 ：该选项主要用来配置虚拟机的显示状态。
（4）网络属性相关选项：该选项用来配置虚拟机的网络信息。
4.3.qemu-ga
（1）ga是一个运行在虚拟机内部的普通应用程序（可执行文件名称默认为qemu-ga，服务名称默认为qemu-guest-agent），其目的是实现一种宿主机和虚拟机进行交互的方式，这种方式不依赖于网络，而是依赖于virtio-serial（默认首选方式）或者isa-serial，而QEMU则提供了串口设备的模拟及数据交换的通道，最终呈现出来的是一个串口设备（虚拟机内部）和一个unix socket文件（宿主机上）。
（2）qga通过读写串口设备与宿主机上的socket通道进行交互，宿主机上可以使用普通的unix socket读写方式对socket文件进行读写，最终实现与qga的交互，交互的协议与qmp（QEMU Monitor Protocol）相同（简单来说就是使用JSON格式进行数据交换），串口设备的速率通常都较低，所以比较适合小数据量的交换。
4.4.qemu-io
这是一个执行 Qemu I/O 操作的命令行工具，可以对qemu-img创建的镜像进行I/O测试，其帮助文档为，使用格式为qemu-io [-h] [-V] [-rsnm] [-c cmd] ... [file]，下面是常用的选项：
（1）-c, --cmd：执行指令；
（2）-r, --read-only：设置出口为只读模式；
（3）-s, --snapshot：使用快照文件进行测试；
（4）-n, --nocache：禁用主机缓存；
（5）-k, --native-aio：使用内核AIO实现（仅在Linux上）；
（6）-t, --cache=MODE：对image使用指定的缓存模式。
4.5.qemu-nbd
（1）qemu-nbd在有的系统上叫kvm-nbd，qemu-nbd-xen等。基本上都一样。用qemu-nbd实现mount虚拟硬盘到Host上的功能。
（2） 网络块设备: Network Block Device。可以将一个远程主机的磁盘空间，当作一个块设备来使用，就像一块硬盘一样。使用它，可以很方便的将另一台服务器的硬盘空间增加到本地服务器上。
（3） NBD与NFS有所不同，NFS只是提供一个挂载点供客户端使用，客户端无法改变这个挂载点的分区格式。而NBD提供的是一个块设备，客户端可以把这个块设备格式化成各种类型的分区，更便于用户的使用。
5.Qemu支持的磁盘格式介绍
5.1.qemu-nbd
（1）qemu-img支持非常多种的文件格式，我们可以通过“qemu-img --help”查看帮助文档得到，它支持二十多种格式：vvfat、vpc、vmdk、vhdx、vdi、ssh、sheepdog、rbd、raw、host_cdrom、host_floppy、host_device、file qed、qcow2、qcow、parallels、nbd、iscsi、gluster、 dmg、tftp、ftps、ftp、https、http、cloop、bochs、blkverify、blkdebug。 下面对其中几种常用的文件格式做简单的介绍。
（2）raw raw格式是简单的二进制镜像文件，一次性会把分配的磁盘空间占用。
（3）ho要st_device 在需将镜像转化到不支持空洞的磁盘设备时需要用这种格式来代替raw格式。
（4）qcow2 qcow2是QEMU目前推荐的镜像格式，它是功能最多的格式。
（5）qcow 较旧的QEMU镜像格式，现在已经很少使用了，一般用于兼容比较老版本的QEMU。它支持backing_file（后端镜像）和encryption（加密）两个选项。
（6）cow copy-on-write format，写时复制格式。曾经qemu的写时拷贝的镜像格式，目前由于历史遗留原因不支持窗口模式，后来被qcow格式所取代。
（7）vdi 兼容Oracle（Sun）VirtualBox1.1的镜像文件格式（Virtual Disk Image）。
（8）vmdk VMDK（VMWare Virtual Machine Disk Format）是虚拟机VMware创建的虚拟硬盘格式，文件存在于VMware文件系统中，被称为VMFS（虚拟机文件系统）。
（9）vpc 兼容Microsoft的Virtual PC的镜像文件格式（Virtual Hard Disk format）。
（10）sheepdog Sheepdog项目是由日本的NTT实验室发起的，为QEMU/KVM做的一个开源的分布式存储系统，为KVM虚拟化提供块存储。
（11）cloop 压缩的loop格式，主要用于可直接引导优盘或者光盘的一种镜像格式。
6.Qemu-kvm虚拟化环境搭建
6.1Qemu-kvm虚拟化环境搭建
（1）实验目的
掌握使用VMware Workstation创建虚拟机； 掌握安装过程中如何配置虚拟化； 了解如何在没有虚拟化环境下安装软件包实现qemu-kvm环境； 学会配置vncserver环境。
（2）实验内容
通过VMware Workstation创建一台虚拟机，并将其虚拟化引擎设置为Intel VT-x或AMD-V/RVI(V)。本实验也包含了在没有安装图形化界面的情况下如何安装图形化界面及qemu-kvm环境，同时附带vncserver的配置方法。
（3）实验步骤
略
7.Qemu-img生产虚拟机硬盘
7.1.Qemu-kvm虚拟化环境搭建
（1）实验目的
掌握使用qemu-img命令创建虚拟机硬盘； 巩固qemu-img支持的磁盘类型各自优缺点。
（2）实验内容
前面章节中已经介绍了qemu-img命令的使用方法，qemu-img创建的虚拟机镜像用来模拟虚拟机的硬盘，在启动虚拟机之前需要创建镜像文件。在此我们通过实验来巩固加深对qemu-img命令的理解。
（3）实验步骤
略
8.Qemu-kvm命令创建虚拟机
8.1.Qemu-kvm虚拟化环境搭建
（1）实验目的
掌握使用qemu-kvm创建带图形界面的虚拟机并启动，将虚拟机安装完成； 掌握配置vncserver的方法。
（2）实验内容
在实验2中，我们已经将虚拟机所使用的镜像创建好了，接下来创建的虚拟机就是安装在所创建的磁盘中。我们通过vncviewer连接至创建的qemu-kvm虚拟机，将其安装完成。
（3）实验步骤
略
总结
以上就是我个人学习HCIA-Storage存储技术趋势，智能存储组件，虚拟化技术， Qemu-KVM的内容。