¿Qué es la virtualización del almacenamiento?

La virtualización del almacenamiento abstrae el almacenamiento físico de múltiples dispositivos en un único grupo lógico que se administra de forma centralizada.

¿Qué es la virtualización del almacenamiento?

Almacenaje La virtualización es una capa de abstracción definida por software que desacopla Postulación-volúmenes de almacenamiento visibles desde los medios físicos subyacentes y las interconexiones.

En lugar de que las aplicaciones se dirijan a discos o matrices específicos RAID grupos, leen y escriben en volúmenes virtuales cuyas direcciones de bloque lógico se asignan a extensiones distribuidas en muchos dispositivos y niveles. Esta indirección permite aprovisionamiento delgado, instantáneas de copia en escritura, clones, niveles y replicación basada en políticas independientes de cualquier matriz individual.

La capa de virtualización puede ejecutarse en el host, en la estructura de red o en la propia matriz, pero en todos los casos separa el plano de control (asignación, ubicación, servicios de datos, QoS, y políticas de resiliencia) desde el plano de datos (I / O ruta), exponiendo un almacenamiento uniforme mientras se orquesta la ubicación a lo largo SSD, HDD y cloud/object backends.

Tipos de virtualización de almacenamiento

Estos son los principales tipos de virtualización de almacenamiento y cómo funcionan:

• Virtualización a nivel de bloque (SAN)La virtualización a nivel de bloque presenta LUN/volúmenes virtuales a servers mientras los asigna a bloques físicos en segundo plano. También permite el aprovisionamiento ligero, las instantáneas, la replicación y la migración de datos sin interrupciones entre matrices heterogéneas. Este tipo de virtualización del almacenamiento se utiliza principalmente para bases de datos, VM almacenes de datos y a latencia de la página-cargas de trabajo sensibles.
• Virtualización a nivel de archivo (NAS/Espacio de nombres global)La virtualización a nivel de archivo agrega múltiples archivos servers/exportar rutas a un único espacio de nombres (por ejemplo, \corp\projects o /mnt/data), redirigiendo a los clientes a la ruta correcta backend Compartir de forma transparente. Simplifica la expansión de capacidad y la migración de datos sin modificar los puntos de montaje del cliente. Es adecuado para directorios principales y contenido no estructurado.
• Object storage virtualización. Object storage La virtualización expone contenedores similares a S3/Swift mientras distribuye objetos entre nodos o niveles (en las instalaciones y/o cloud). metadatos Los servicios localizan objetos, lo que permite la replicación geográfica, las políticas de ciclo de vida y la codificación de borrado. Es ideal para backups, archivos, datos analíticos y cloud-nativo aplicaciones.
• Basado en host (en-núcleo o virtualización de controladoresEsta es una capa de software en el server (p. ej., LVM, asignador de dispositivos, ZFS, mdraid, espacios de almacenamiento) que compone volúmenes virtuales desde dispositivos locales/remotos. Ofrece instantáneas, RAID, el almacenamiento en caché y cifrado cerca de la carga de trabajo y es fácil de automatizar por host o clúster.
• Virtualización basada en matrices (del lado del controlador)Los controladores del arreglo virtualizan la capacidad interna y externa, agrupando discos, estantes e incluso algunos arreglos de terceros en un único plano de administración. Ofrece servicios de datos completos con mínima latencia adicional y es común en las SAN empresariales.
• Virtualización basada en red (dispositivo o estructura)Un dispositivo en banda o módulo residente en conmutador (estructura) se ubica entre los hosts y las matrices de almacenamiento, abstrayendo múltiples sistemas backend en un único grupo virtual. Es ideal para la consolidación heterogénea y las migraciones sin interrupciones, y centraliza las políticas y la calidad de servicio (QoS). A menudo se denomina virtualización SAN.
• HiperconvergenteVirtualización estilo /vSAN. Grupos de x86 Los nodos agregan NVMe/SSD/HDD conectados directamente en un almacén de datos distribuido y compartido a través de Hipervisor o capa de almacenamiento (por ejemplo, vSAN, HCI estilo Nutanix, Ceph RBD). escamas fuera linealmente, colocaciones computo y almacenamiento, y admite políticas de almacenamiento por máquina virtual para lograr rendimiento y resiliencia.
• Virtualización de almacenamiento en caché/nivelesEste tipo de virtualización inserta una capa de virtualización que promueve datos activos a medios más rápidos (RAM/NVMe) y degrada los datos fríos a niveles más económicos (HDD/objeto). También funciona con granularidad de bloque o archivo para equilibrar automáticamente el costo por gigabyte
• Cloud virtualización híbrida/de puerta de enlaceLa virtualización híbrida presenta interfaces de bloque/archivo locales mientras se organizan en niveles o se duplican los datos. cloud almacenes de objetos (S3, Azure Blob, etc.). Ofrece rendimiento local con cloud elasticidad, además de instantáneas entre regiones y recuperación de desastres.
• Bibliotecas de cintas virtuales (VTL). Emula una biblioteca de cintas para backup software mientras almacena datos en el disco o object storageEsto preserva los flujos de trabajo centrados en cintas y las expectativas de cumplimiento, pero permite restauraciones más rápidas y cloud niveles.

¿Qué es un ejemplo de virtualización de almacenamiento?

Imagine una empresa que tiene dos matrices de almacenamiento diferentes en su data centerUno antiguo que está llegando al final de su vida útil y un nuevo sistema íntegramente basado en flash. Se inserta un dispositivo de virtualización (o módulo de estructura) en la ruta de E/S de SAN. El dispositivo detecta ambas matrices, agrupa su capacidad y presenta LUN virtuales a un clúster de VMware mediante Fibre Channel.

Cada LUN virtual se aprovisiona de forma thin y se asigna a las tablas de extensiones que mantiene el dispositivo. Las máquinas virtuales siguen leyendo y escribiendo en los mismos ID de dispositivo, mientras el dispositivo migra en vivo las extensiones de la matriz antigua a la nueva en segundo plano, limitando la velocidad de copia para evitar picos de latencia. Las instantáneas y las políticas de replicación se aplican en la capa virtual, sin estar vinculadas a ninguna matriz.

Cuando finaliza la migración, la matriz antigua se separa sin ningún huésped. el tiempo de inactividad, y la futura ampliación simplemente agrega más estantes de backend sin cambiar las asignaciones de host.

¿Cómo funciona la virtualización del almacenamiento?

La virtualización del almacenamiento inserta una capa de software entre las aplicaciones y los discos físicos que traduce cada lectura/escritura lógica en operaciones en los dispositivos subyacentes. Los hosts ven volúmenes virtuales (LUN, recursos compartidos o buckets), mientras que un servicio de metadatos mantiene tablas de mapeo que relacionan cada bloque lógico, archivo u objeto con extensiones físicas distribuidas en discos, nodos, niveles o incluso... clouds. En E/S, la ruta de datos consulta estos metadatos para enrutar las solicitudes, fusionarlas y aplicar servicios de datos (almacenamiento en caché, compresión, cifrado, QoS) antes de confirmarlas con los medios.

A un alto nivel hay dos planos cooperantes.

1. La sección plano de control aprovisiona volúmenes, establece políticas (factor de replicación, diseño de codificación de borrado, cronogramas de instantáneas, reglas de ubicación, cuotas por inquilino) y actualiza metadatos de mapeo a medida que se agrega capacidad o se mueven datos.
2. La sección plano de datos maneja la ruta rápida y mantiene diarios de escritura o registros de intención para consistencia en caso de fallas, ubica escrituras de acuerdo a políticas (por ejemplo, espejo en dos dominios de falla o franja + paridad), reconoce cuando se cumplen los criterios de durabilidad y luego desestacionaliza a ubicaciones óptimas (NVMe → SSD/HDD → objeto).

Las lecturas consultan primero las cachés (RAM/NVMe) y luego obtienen las extensiones necesarias. Por lo tanto, si existen varias réplicas, el sistema elige la réplica con la menor latencia actual y reequilibra los puntos de acceso priorizando las extensiones de acceso frecuente.

La virtualización puede residir en el host (p. ej., LVM/ZFS), en la red (dispositivos de virtualización SAN o módulos de estructura) o en el propio array/clúster (controladores de escalamiento horizontal o nodos hiperconvergentes). Independientemente de su ubicación, la capa expone protocolos estándar, como bloque sobre iSCSI/FC/NVMe-oF, archivo sobre NFS/SMB y objeto sobre compatible con S3. API, para que las aplicaciones no cambien. Dado que el mapeo es indirecto, el sistema puede migrar datos sin interrupciones (redireccionar extensiones en la tabla), aumentar o reducir volúmenes instantáneamente (aprovisionamiento fino), tomar instantáneas mediante copia en escritura/redireccionamiento en escritura, organizar los datos en niveles entre medios y aplicar la normativa por carga de trabajo. SLA.

La resiliencia proviene de replicar o borrar la codificación de datos en dominios de falla y usar métodos rápidos. conmutación por error metadatos para reasignar la E/S en torno a los componentes fallidos. Las principales desventajas son la escalabilidad de los metadatos y los saltos adicionales si la capa está en banda, y sus diseños mitigan esto con mapas de extensión compactos, consenso distribuido para la durabilidad de los metadatos y hardware aceleración en trayectorias calientes.

¿Para qué se utiliza la virtualización del almacenamiento?

Esto es para qué suelen utilizar las organizaciones la virtualización del almacenamiento y por qué resulta útil:

• Consolidación y puesta en común de capacidades. Una capa de virtualización agrega discos y matrices dispares en un grupo lógico, lo que permite la división de volumen a pedido, una mayor utilización y menos silos.
• Migración de datos sin interrupciones. La reasignación de metadatos mueve datos en vivo entre matrices, niveles o sitios y al mismo tiempo mantiene estables los identificadores de los dispositivos para que los hosts y las máquinas virtuales permanezcan en línea.
• Aprovisionamiento fino y sobresuscripción. Los volúmenes virtuales presentan tamaños lógicos grandes pero consumen espacio físico solo en escritura, lo que retrasa las compras y simplifica el crecimiento.
• Instantáneas, clones y desarrollo/prueba rápidos. Copiar al escribir/redireccionar al escribir crea copias instantáneas que ahorran espacio para backups, recuperación de punto en el tiempo y entornos de CI/desarrollo.
• Replicación y recuperación ante desastres. La replicación sincrónica/asincrónica basada en políticas (a menudo por volumen o máquina virtual) cumple RPO/RTO objetivos a través bastidores, habitaciones o regiones.
• Nivelación y almacenamiento en caché en todos los medios. Los motores de ubicación mantienen los datos activos en NVMe/SSD y los datos fríos en HDD/objeto para equilibrar el rendimiento y el costo en granularidad de bloque o archivo.
• Aislamiento de rendimiento y QoS. Los límites/reservas por inquilino o por volumen en IOPS, rendimiento y latencia evitan los efectos de vecinos ruidosos en compartido fincas
• Espacio de nombres global para archivos. Una única ruta NFS/SMB abarca varios cabezales NAS, lo que permite una expansión sin inconvenientes y reorganizaciones del backend sin tener que volver a montar el cliente.
• Híbrido/multi-cloud movilidad de datos. Un bloque/archivo local intercala o refleja datos en cloud almacenes de objetos, lo que permite cloud Explosión, recuperación ante desastres y almacenamiento de archivo a largo plazo.
• Ransomware resiliencia y cumplimiento. La capa de virtualización de almacenamiento combina instantáneas inmutables, réplicas con espacio de aire y cifrado de extremo a extremo con capacidad de auditoría centralizada.
• Crecimiento a escala horizontal. Agregar nodos o estantes aumenta la capacidad y las IOPS de forma lineal, mientras que el reequilibrio en segundo plano redistribuye las extensiones.
• Gestión y automatización unificadas. Un único plano de control estandariza el aprovisionamiento, la supervisión y las operaciones del ciclo de vida a través de API/complementos entre proveedores y protocolos heterogéneos.

¿Cómo se implementa la virtualización del almacenamiento?

A continuación se muestra una guía práctica para implementar la virtualización del almacenamiento:

1. Definir requisitos y SLAEsto incluye cargas de trabajo de inventario, perfiles de E/S (IOPS/latencia/rendimiento), crecimiento de la capacidad, RPO/RTO, cumplimiento y necesidades de cifrado para impulsar la arquitectura y las políticas.
2. Elija el modelo de virtualización. Elija entre una solución basada en host (por ejemplo, LVM/ZFS), basada en matriz, de red/estructura (dispositivo o módulo SAN), hiperconvergente/estilo vSAN o una híbrida con cloud niveles basados ​​en latencia, heterogeneidad y presupuesto.
3. Diseñar la topología y los servicios de datos. Asigne dominios de fallas (racks/salas/sitios), seleccione esquemas de protección (RAID/codificación de borrado/replicación), niveles de almacenamiento en caché, cadencia de instantáneas y modo de replicación (sincronización/asincrónica) alineados con los SLA.
4. Preparar la infraestructura. Validar interruptores/fabric (FC/iSCSI/NVMe-oF), MTU/control de flujo, zonificación/VSAN/VLAN, sincronización horaria y multirruta. Confirmar firmwareVersiones de /driver/DSM/HBA y configuraciones del iniciador del host.
5. Desplegar el plano de control. Instalar/agrupar en clúster los controladores de virtualización/servicios de metadatos, habilitar el consenso/quórum y asegurar el acceso de administración (RBAC, MFA, ACL, certificados).
6. Crear grupos de almacenamiento y clases. Agregue dispositivos/matrices en niveles, habilite la compresión/deduplicación cuando sea apropiado y defina clases de almacenamiento (por ejemplo, Gold NVMe, Silver SSD, Bronze HDD) con reglas explícitas de ubicación/QoS.
7. Integrar trabajo de identidad y acceso. Configure la zonificación CHAP/FC/grupos de host, políticas de exportación (NFS/SMB), aislamiento de inquilinos y cifrado en reposo/en tránsito (integración KMIP/KMS).
8. Volúmenes/acciones/cubos de provisionesHabilite el aprovisionamiento fino, establezca límites o reservas de IOPS/rendimiento, asigne políticas de instantáneas y retención, y etiquete recursos para costos/retornos.
9. Integración y rutas de host. Descubra objetivos, configure multipath DM-Multipath/MPIO/NVMe, registre hosts/WWPN/IQN y formatee/monte con sistemas de archivos adecuados (XFS/EXT4/NTFS/ZFS).
10. Plan y piloto de migración de datosElija un método de migración (copia en bloque, replicación, recorrido de árbol a nivel de archivo o almacenamiento estilo vMotion), ejecute un piloto representativo, mida el impacto y valide la reversión.
11. Ejecutar migración por etapas. Limite las tasas de copia, mantenga la consistencia (ventanas de instantáneas/transmisión o espejo sincrónico), mantenga estables los identificadores de dispositivos/puntos de montaje y verifique el estado de la aplicación después de cada ola.
12. Pruebas de resiliencia y fallosSimular fallos de controlador/nodo/disco/estructura. Confirmar que los tiempos de alta disponibilidad/conmutación por error, las restauraciones de instantáneas y los runbooks de recuperación ante desastres (conmutación por error/recuperación por recuperación) cumplan con el RPO/RTO.
13. Observabilidad y alertaConéctese al monitoreo (exportadores/API), establezca SLO y alertas para latencia, profundidad de cola, tasa de aciertos de caché, tiempo de reconstrucción, retraso de replicación y margen de capacidad.
14. Automatización y barandillas. Exponer flujos de trabajo de IaC/SDK (Ansible/Terraform/PowerShell), implementa cuotas, controles de admisión y verificaciones de políticas para evitar vecinos ruidosos y aprovisionamiento fino descontrolado.
15. Documentación y formaciónPublicar manuales de ejecución para aprovisionamiento, expansión, respuesta a incidentes y recuperación ante desastres. Capacitar también a los equipos de operaciones y aplicaciones sobre flujos de solicitud y portales de autoservicio.
16. Optimización y gobernanza continuasRevise los mapas de calor, reequilibre los niveles, ajuste la calidad de servicio (QoS), rote claves/certificados y monitoree el costo por TB/IOPS para la presentación/contracargo. Programe actualizaciones del ciclo de vida y aumentos de capacidad.

Beneficios y desventajas de la virtualización del almacenamiento

La virtualización del almacenamiento optimiza la forma en que se entrega la capacidad, pero también introduce desventajas en cuanto a diseño y operación.

¿Cuáles son los beneficios de la virtualización del almacenamiento?

Esto es lo que los equipos suelen obtener de la virtualización del almacenamiento:

• Mayor utilización de la capacidad agrupadaAbstrae muchos dispositivos/matrices en un solo grupo para compartir el espacio libre, lo que reduce los TB varados y pospone nuevas compras.
• Crecimiento y migraciones sin disrupcionesLos volúmenes se pueden expandir instantáneamente y los datos se pueden mover entre niveles/matrices reasignando extensiones, lo que evita el tiempo de inactividad de la aplicación.
• Aprovisionamiento fino y eficiencia del espacioAsigna bloques físicos solo al escribir. Cuando se combina con compresión/deduplicaciónEsto reduce el espacio ocupado y el coste por carga de trabajo.
• Instantáneas y clones rápidos y que ahorran espacioLa función de copia en escritura/redirección en escritura permite la escritura frecuente backups, restauraciones en puntos específicos y copias rápidas de desarrollo y prueba con una sobrecarga mínima.
• Niveles y almacenamiento en caché inteligenteColoca automáticamente los datos más activos en NVMe/SSD y los datos más fríos en HDD/objeto para equilibrar el rendimiento y el costo/GB.
• Mayor resiliencia y protección de datosPermite la codificación de replicación/borrado en dominios de falla, además de restauraciones instantáneas a partir de instantáneas inmutables, lo que fortalece RPO/RTO.
• Aislamiento de rendimiento con QoSLos límites/reservas por volumen o por inquilino evitan que los vecinos ruidosos degraden las cargas de trabajo críticas.
• Gestión unificada ante la heterogeneidadUn plano de control y una API automatizan el aprovisionamiento, las políticas y la supervisión entre diferentes proveedores y protocolos.
• Híbrido/multi-cloud movilidadLas políticas pueden clasificar o reflejar conjuntos de datos para cloud object storage para archivado, recuperación ante desastres o capacidad de ráfaga sin cambiar los montajes de las aplicaciones.
• Simplificación operativa y automatización. Flujos de trabajo estandarizados (IAC/SDK) y la colocación basada en políticas reducen boleto carga y error humano al acelerar la entrega.
• Rendimiento escalableLas arquitecturas de escalamiento horizontal agregan controladores/nodos para aumentar las IOPS/el rendimiento de manera lineal a medida que aumenta la capacidad.

¿Cuáles son las desventajas de la virtualización del almacenamiento?

Estos son los principales desafíos que hay que tener en cuenta con la virtualización del almacenamiento:

• Latencia y sobrecarga añadidasLa capa de indirección (búsquedas de mapeo, servicios de datos, saltos de red) puede introducir retrasos de micro a milisegundos y CPU costo, lo que puede afectar las cargas de trabajo sensibles a la fluctuación.
• Escala y consistencia de los metadatosLos mapas de gran extensión y los árboles de instantáneas sobrecargan los servicios de metadatos. Los diseños requieren una fragmentación, un registro y un quórum cuidadosos para evitar cuellos de botella o corrupción tras fallos.
• Solución de problemas complejosLa E/S ahora atraviesa hosts, fabric, controladores, cachés y políticas. Identificar puntos críticos o fuentes de latencia requiere una observación exhaustiva y telemetría correlacionada entre capas.
• Dominios de falla y radio de explosiónLos controladores centrales o las estructuras compartidas pueden convertirse en puntos críticos. Las réplicas mal ubicadas o la codificación de borrado mal configurada pueden concentrar el riesgo en el mismo rack, fila o sitio.
• Vecino ruidoso y deriva de QoS. Contención por caché, colas o backend ancho de banda Puede propagarse entre inquilinos. Una calidad de servicio (QoS) mal ajustada genera una latencia impredecible bajo carga o durante las reconstrucciones.
• Riesgo de aprovisionamiento finoLa suscripción excesiva sin alertas estrictas y políticas de expansión automática puede provocar eventos de falta de espacio, errores de escritura o compras de capacidad de emergencia.
• Explosión de instantáneas/replicacionesLa creación rápida de copias es sencilla, pero la gestión del ciclo de vida es compleja. Las instantáneas huérfanas y el exceso de réplicas aumentan la capacidad, los tiempos de reconstrucción y la exposición al RPO/RTO.
• Reconstruir y resincronizar el dolorLas fallas de disco/nodo o el reequilibrio después del escalamiento horizontal pueden saturar la E/S del backend, lo que degrada el rendimiento del primer plano a menos que se limite y programe.
• Interoperabilidad y vendedor encerradoLas matrices heterogéneas y los protocolos mixtos (FC/iSCSI/NVMe-oF/NFS/SMB/S3) no siempre se comportan de manera uniforme, por lo que las características propietarias pueden atrapar datos o limitar las opciones de migración.
• Seguridad y gestión de clavesEl cifrado en todas partes aumenta la carga operativa. La pérdida de claves o una integración deficiente de KMIP/KMS pone en riesgo la recuperabilidad y el cumplimiento normativo.
• Riesgo de actualización y del plano de control. Actualizaciones continuas, desajustes de firmware o Esquema Los cambios pueden interrumpir las rutas de datos si no se organizan con canarios y conmutaciones por error probadas.
• Cuellos de botella en la red/estructuraLos enlaces con suministro insuficiente, la zonificación incorrecta o los problemas de control de flujo (por ejemplo, tormentas de PFC, exceso de suscripción de ToR/leaf-spine) aparecen como latencia de almacenamiento en lugar de como alarmas de red obvias.
• Previsibilidad de costosLicencias por TB/función, variabilidad en la reducción de datos y cloud La salida para niveles híbridos se complica TCO modelado y exhibición/contracargo.
• Complejidad de salida y recuperaciónSalir de una capa de virtualización (o restaurar después de una falla catastrófica) puede requerir copias extensas a nivel de bloque, herramientas especializadas y transferencias cuidadosamente planificadas.

Preguntas frecuentes sobre virtualización de almacenamiento

Aquí encontrará las respuestas a las preguntas más frecuentes sobre la virtualización del almacenamiento.

Cuál es la diferencia entre Server ¿Y la virtualización del almacenamiento?

Examinemos las diferencias entre server y virtualización del almacenamiento.

¿La virtualización del almacenamiento es lo mismo que el almacenamiento definido por software (SDS)?

No, virtualización de almacenamiento y almacenamiento definido por software (SDS) No son lo mismo, aunque se superponen.

La virtualización del almacenamiento es una técnica: una capa de indirección que agrega y extrae capacidad de uno o más dispositivos/matrices en volúmenes lógicos, recursos compartidos o buckets. Puede residir en una matriz heredada, un dispositivo de red, el host (p. ej., LVM/ZFS) o un clúster escalable, y su objetivo es desvincular lo que ven las aplicaciones de la ubicación física de los datos.

SDS es una arquitectura y un modelo operativo: todos los servicios de almacenamiento principales (aprovisionamiento, protección de datos, QoS, ubicación, automatización) son entregados por software que se ejecuta en hardware básicoCon planos de control y datos definidos en software y expuestos mediante API. Muchas plataformas SDS use La virtualización del almacenamiento es interna, pero SDS también implica independencia del hardware, control programático y operaciones de escalamiento horizontal.

¿Puede la virtualización del almacenamiento afectar el rendimiento?

Sí, positiva o negativamente, dependiendo del diseño y la carga de trabajo.

• Dónde puede ayudar: Almacenamiento en caché global, niveles (NVMe para datos activos), distribución paralela en muchos dispositivos y selección de réplicas inteligentes a menudo sustancialmente La latencia y aumenta el rendimiento en comparación con las matrices aisladas. Los clones delgados/instantáneas aceleran el desarrollo y las pruebas. backup sin E/S adicional, y los clústeres de escalamiento horizontal agregan controladores/rutas que aumentan las IOPS agregadas.
• Dónde puede doler: La indirección (búsqueda de mapas de extensión, consenso de metadatos, saltos adicionales a través de un dispositivo/estructura) aumenta la CPU y la latencia de microsegundos a milisegundos, más visible en E/S pequeñas, aleatorias y con alta sincronización (p. ej., bases de datos). Servicios de datos (cifrado, compresión, deduplicación, sumas de comprobación) consumen ciclos, mientras que las reconstrucciones, resincronizaciones o migraciones pueden lidiar con el tráfico en primer plano. Las estructuras mal configuradas (sobresuscripción, profundidad de cola, problemas de PFC/ECN) se manifiestan como fluctuación del almacenamiento.