Ảo hóa lưu trữ (Storage Virtualization)

1. Tổng quan

A. Định nghĩa

Công nghệ tích hợp (trừu tượng hóa) về mặt logic các tài nguyên lưu trữ không đồng nhất phân tán về mặt vật lý, cung cấp cho người dùng·ứng dụng như một pool lưu trữ (Pool) duy nhất bất kể cấu hình vật lý.

Cốt lõi của ảo hóa lưu trữ là tách rời (decoupling) thiết bị lưu trữ vật lý và volume logic. Ứng dụng chỉ nhìn vào volume logic mà không cần biết dữ liệu thực tế nằm trên đĩa nào, thiết bị của nhà sản xuất nào. Nhờ sự tách rời này, dù thay thế·di chuyển·mở rộng thiết bị vật lý thì góc nhìn logic vẫn được giữ nguyên, khiến việc di chuyển dữ liệu trở nên trong suốt với ứng dụng. Giống như ảo hóa máy chủ tách máy chủ vật lý và VM, ảo hóa lưu trữ tách đĩa vật lý và volume logic.

B. Bối cảnh ra đời và sự cần thiết

Khi doanh nghiệp phát triển và đưa vào thiết bị lưu trữ của nhiều nhà sản xuất qua từng thời kỳ, mỗi thiết bị có công cụ quản lý khác nhau nên hình thành silo quản lý, và phát sinh mất cân đối về mức sử dụng khi có thiết bị dư thừa còn có thiết bị bão hòa. Ngoài ra, mỗi lần thay thiết bị, muốn chuyển dữ liệu thì phải dừng dịch vụ. Ảo hóa lưu trữ cần thiết để gom các tài nguyên không đồng nhất thành một pool nhằm đạt quản lý tích hợp và nâng cao mức sử dụng, tối ưu chi phí bằng thin provisioning, và cung cấp tính linh hoạt vận hành bằng di chuyển không gián đoạn.

2. Các loại theo vị trí triển khai

flowchart TB
  A[Ảo hóa lưu trữ] --> H[Dựa trên máy chủ]
  A --> N[Dựa trên mạng]
  A --> S[Dựa trên mảng lưu trữ]

Các loại được phân chia theo việc đặt tầng ảo hóa ở đâu, và điều này quyết định sự đánh đổi giữa hiệu năng, khả năng tích hợp thiết bị không đồng nhất và sự phụ thuộc nhà cung cấp. Điểm ảo hóa càng gần máy chủ thì càng dễ triển khai và rẻ nhưng gây tải cho host, càng gần thiết bị lưu trữ thì hiệu năng cao·ổn định nhưng bị ràng buộc vào một nhà cung cấp cụ thể.

• Dựa trên máy chủ (host): Trình quản lý volume của hệ điều hành máy chủ (LVM, v.v.) hoặc phần mềm đảm nhận ảo hóa. Không cần thiết bị riêng nên triển khai đơn giản và chi phí thấp, nhưng thao tác ảo hóa dùng CPU máy chủ nên gây tải cho host và có giới hạn về mở rộng·quản lý tích hợp trải trên nhiều máy chủ.
• Dựa trên mạng: Switch SAN hoặc thiết bị chuyên dụng (appliance) thực hiện ảo hóa ở giữa (in-band/out-of-band) máy chủ và thiết bị lưu trữ. Độc lập với máy chủ·thiết bị lưu trữ nên ưu việt nhất về tích hợp thiết bị không đồng nhất và quản lý tập trung, nhưng do thêm một tầng riêng nên cấu hình phức tạp và bản thân nó có thể trở thành nút thắt·điểm lỗi.
• Dựa trên mảng lưu trữ (array): Bộ điều khiển lưu trữ tự thực hiện ảo hóa, hoặc gắn thiết bị lưu trữ của hãng khác phía sau để ảo hóa. Gắn chặt với phần cứng nên hiệu năng cao·ổn định, nhưng có nhược điểm phụ thuộc vào thiết bị của nhà cung cấp đó.

3. Phương thức truy cập dữ liệu

Phương thức truy cập thiết bị lưu trữ đã ảo hóa được chia thành khối (block) và tệp (file) theo đơn vị xử lý dữ liệu. Sự phân biệt này quyết định hiệu năng và mục đích sử dụng.

• Mức khối (SAN): Xử lý dữ liệu theo đơn vị khối (block) mà không có khái niệm hệ thống tệp. Từ phía máy chủ trông như đĩa cục bộ, chi phí xử lý thấp nên hiệu năng cao·độ trễ thấp. Phù hợp với cơ sở dữ liệu có giao dịch thường xuyên hoặc datastore ảo hóa.
• Mức tệp (NAS): Truy cập theo đơn vị hệ thống tệp (NFS·SMB) nên nhiều client dễ dàng chia sẻ·cộng tác trên tệp. Chi phí xử lý lớn hơn phương thức khối nhưng phù hợp với máy chủ tệp dùng chung·lưu trữ tài liệu.

4. Công nghệ chính và hiệu quả

Nhiều công nghệ nâng cao hiệu quả lưu trữ hoạt động trên lớp trừu tượng logic do ảo hóa cung cấp. Tiêu biểu, thin provisioning (cấp phát mỏng) chỉ cấp phát động không gian vật lý đúng bằng lượng sử dụng thực tế, nâng mạnh mức sử dụng — ví dụ, dù cấp 1TB cho người dùng nhưng thực tế chỉ dùng 100GB thì chỉ tiêu tốn vật lý chừng đó, giảm việc mua dư thừa ban đầu. Phân tầng tự động phân tích tần suất truy cập để tự động đặt dữ liệu dùng thường xuyên (hot) lên SSD và dữ liệu ít dùng (cold) lên HDD, đạt được đồng thời hiệu năng và chi phí.

5. Lưu ý và hàm ý

• Nền tảng của SDS·đám mây: Ảo hóa lưu trữ là nền móng của SDS (Software Defined Storage) — tách chức năng điều khiển khỏi phần cứng — và của lưu trữ khối·đối tượng trên đám mây.
• Tiến hóa sang HCI: Trong hạ tầng siêu hội tụ (HCI), điện toán, mạng, lưu trữ được ảo hóa tích hợp bằng phần mềm, gom các đĩa cục bộ của các máy chủ x86 tiêu chuẩn thành một pool lưu trữ phân tán duy nhất.
• Sự đánh đổi: Tầng ảo hóa có thể tạo chi phí hiệu năng và điểm lỗi đơn mới, nên phải cân nhắc hiệu năng·tính sẵn sàng·phụ thuộc nhà cung cấp để chọn loại. Ví dụ, nếu cần hiệu năng cao nhất thì dựa trên mảng lưu trữ có lợi, nếu cần gấp tích hợp thiết bị không đồng nhất thì dựa trên mạng có lợi.
• Triển vọng: Đang mở rộng sang NVMe-oF·lưu trữ đối tượng, lưu trữ lai liên kết đám mây, và tính di động dữ liệu cùng tự động hóa ngày càng được nhấn mạnh.

Tóm tắt một câu: Ảo hóa lưu trữ trừu tượng hóa các tài nguyên lưu trữ không đồng nhất thành một pool logic duy nhất (tách vật lý-logic), với các loại dựa trên máy chủ·mạng·mảng lưu trữ, truy cập mức khối/mức tệp, và nâng cao mức sử dụng·tính linh hoạt nhờ thin provisioning·phân tầng tự động·di chuyển không gián đoạn, trở thành nền tảng của SDS·HCI·đám mây.