現如今已經步人到了一個大數據時代，全球的企業都面臨著數據量爆炸式增長的問題。面對數據量持續增長的壓力，越來越多的企業開始重視對數據存儲管理的研究，這為數據存儲管理技術的發展帶來了一定的機遇。虛擬光盤庫技術，就是要在如何提高存儲設備的使用效率，如何能夠有效地利用存儲資源，減小存儲管理帶來的額外開銷的背景下提出來的；其目的在于利用現有的存儲平臺，整合不同的存儲資源，添加抽象層，隱藏物理存儲設備的細節，實現光盤存儲的功能。
1.虛擬光盤庫技術的概念
以虛擬磁帶庫技術心1為參考，文中提出了虛擬光盤庫技術VDL(Virtual CDROM Library)，應用仿真技術在磁盤空間上模擬光盤庫操作，把磁盤當成光盤來訪問，從而實現用磁盤代替光盤來存儲數據。VDL技術擁有多項優勢，如性能高，故障率低，可靠性高，投入成本低，運行成本低等。數據歸檔時，用戶表面上訪問到的是光盤或者光盤庫，實際是通過虛擬光盤庫模塊將數據存儲到磁盤上，因為是直接操作磁盤，沒有機械手臂、光驅等物理設備的運行時間，所以在數據讀取速度上將比實際訪問光盤大幅提高。同時VDL也可以與光盤庫集成，提高數據安全性，降低保護數據的成本。當服務器空閑時，可以將備份的數據轉移到物理存儲設備(實際的光盤或光盤庫)上。
2.虛擬光盤庫技術的特點
2.1 實用性好
虛擬光盤庫與現有的光盤庫存儲口1具有一樣的存儲應用方式，能夠有效地對數據存儲進行智能化的管理。虛擬光盤庫克服了光盤存儲的局限性，隱藏了多種存儲介質，對于用戶來說，虛擬光盤庫不再是使用物理存儲硬件(如光盤、磁盤等)，而是將它看成一個超大容量的存儲空間來管理。
2.2 提高了數據存取速度
不同于實體光盤庫，虛擬光盤庫克服了光盤存儲速度的限制，抽象了物理存儲介質，用戶在操作時不需要等待光盤刻錄的漫長過程，而只需專注于存儲空間的管理，后臺將對光盤刻錄進行自行處理，使數據存取的速度大幅提高。
2.3 提高了數據安全可靠性
虛擬光盤庫技術，通過VDL模塊最終將數據存儲到光盤或光盤庫中，光盤或者光盤庫就可以保持離線，當單個或者多個物理存儲體發生故障時，整個物理存儲系統的數據不會受其影響。大大降低了由于系統破壞而造成數據丟失的風險。因此，提高了整個存儲系統的安全性和可靠性。
2.4 成本低
采用光盤存儲的成本要遠遠低于磁帶庫和磁盤陣列。光盤存儲無需磁帶庫和磁盤陣列那樣高額的維護費用，極大地降低了用戶的使用成本。
3.虛擬光盤庫系統設計
3.1 卷管理模塊設計
虛擬光盤庫管理模塊的核心技術就是基于虛擬設備的邏輯卷管理，其結構如圖1所示，在虛擬光盤庫系統中，卷管理模塊處于文件系統的下層，通過管理磁盤分區，將若干個磁盤分區連接在一起，生成卷組并由若干個卷組形成邏輯卷組，文件系統就是在邏輯卷組上創建而成的。卷管理模塊就是將多個磁盤分區連接成連續的存儲空間，作為統一的存儲結構提供訪問。卷管理的關鍵技術是基于多種存儲介質的卷格式的定義，在磁盤、光盤等基礎上添加抽象層，隱藏物理存儲設備的細節，達到隔離不同種類的硬件和軟件平臺的目的。管理終端通過一定的調度算法將存儲資源刻錄至光盤庫中，從而實現了從虛擬物理存儲到實體光盤存儲的功能。
圖1 卷管理分層結構
3.2 物理存儲資源虛擬化設計
物理存儲資源虛擬化是基于局域網范圍內存儲虛擬化結構，為卷管理模塊提供了統一的存儲結構，屏蔽了存儲介質的異構性。在實現虛擬化的過程中借鑒了中間層的思想，創建了基于不同存儲介質的中間層虛擬存儲設備，其結構如圖2所示。
圖2 物理存儲資源虛擬化
其基本組件概念和主要功能如下：
1)資源請求：客戶端接收客戶發送的存儲請求，將數據存放在存儲空間中，資源管理器在接到請求后，為數據分配存儲單元，并在后臺建立刻錄任務，存儲空間中的數據通過一定的調度算法睜1刻錄至光盤庫中。
其主要功能為：
(1)啟動客戶端連接服務，控制客戶端的連接或退出等動作。
(2)加載光盤匣存儲信息，對存儲信息進行統一的管理及分配。
(3)提交任務名稱，對于新的任務新建光盤名，對于已有的任務直接對其增量刻錄。
(4)根據任務信息將數據分配至存儲空間，按照一定的任務調度轉存至光盤庫中。
(5)當任務執行過程中發生錯誤，將返回調度任務重新進行調度。
2)資源管理器：負責接收任務信息及創建任務表，對任務信息做相應的調度處理，分配資源至存儲空間。
主要功能：
(1)偵聽客戶端發送來的任務信息，建立任務信息表。
(2)將所接收的任務請求放入任務隊列中，等待資源管理器的響應。
(3)根據接收過來的任務信息，分配相應的存儲空間。
(4)周期刷新任務表和存儲信息表，維護表中信息與上級信息的相一致性。
(5)返回操作結果，并執行相應的操作，確保任務信息的安全性。
3.3 虛擬光盤庫管理模塊
虛擬光盤庫管理模塊是在系統中將磁盤虛擬成光盤庫，對用戶屏蔽數據存儲設備，在應用層呈現給用戶的只有一種虛擬存儲設備。歸檔、備份、查詢、恢復等功能都是建立在虛擬存儲設備之上的。包括以下功能：
1)提供虛擬光盤庫的查詢、寫入能力；
2)提供虛擬光盤庫與真實光盤庫的數據交互能力；
3)提供虛擬光盤庫的管理能力，包括建立、修改邏輯卷類型和尺寸，在卷內增加虛擬光盤，在虛擬光盤中添加其他卷等。
3.4 虛擬光盤庫工作流程及系統定義
虛擬光盤庫模塊是在磁盤中利用模擬仿真技術模擬真實光盤庫的操作，包括放空白盤、格式化盤、寫盤、讀盤、移動光盤等，實際操作的是磁盤。虛擬光盤庫對用戶屏蔽了具體存儲介質，不需要知道數據具體存儲在什么位置，數據存儲由虛擬模塊完成。虛擬模塊把數據生成光盤格式(ISO格式)存儲，光盤格式的數據可以直接被刻錄到光盤上存儲。
虛擬光盤庫工作流程包括：加載光盤庫、申請光盤、格式化光盤、寫盤、讀盤，如圖3所示。
圖3 VDL工作流程
對VDL進行初始化：
UINTLWDL_Init(char+ipStr，int port，char}dbname)；
//初始化光盤庫
虛擬光盤庫配置信息，數據結構定義如下：
Typedef struct—SLWVDL_T
{
INT flag；//虛擬光盤庫標志
INT numMagazines；//虛擬光盤匣數量
INT numSlots；//虛擬光盤槽數量
CHAR name[32]；//虛擬光盤庫名稱
CHAR path[MAX_PATH]；//虛擬光盤庫路徑
}SLWVDL_T，*PSLWVDL_T；
虛擬光盤信息，數據結構定義：
typedef struct_SLWVDL_SLOT_T
{
INT slotNr； //虛擬光盤號
INT magNr； //虛擬光盤匣號
INT flag；//虛擬光盤標志
INT mediumType；//虛擬光盤類型
CHAR volLabel[17]；//虛擬光盤標簽名稱
CHAR volSerialNum[9]；//虛擬光盤序列號
INT volSizeKB；//虛擬光盤使用空間
INT freeSizeKB；//虛擬光盤剩余空間
CHAR lastVisitTime[20]；//虛擬光盤上次使用時間
}SLWVDL_SLOT_T，*PSLWVDL_SLOT_T；
根據不同用戶的任務需要，提供相應的光盤庫操作：
UINTLWDL_FormatDisk(int slotNr，char+volName，int driv-erNr)；
//格式化光盤
UINT LWDL_ImportDisk(int targetSlotNr，int driverNr)；
//添加新光盤
UINT LWDL_ExportDisk(int sourceSlotNr)；
//移除光盤
UINTLWDL_ScanDisk(int slotNr，int driverNr)；
//掃描光盤將數據更新到數據庫
4.結束語
隨著全球信息的爆炸式的增長，新的存儲需求不斷涌現，給現有的存儲系統帶來了很多難題，文中正是適應這一形式而產生的。筆者通過對虛擬化系統模型和物理存儲資源虛擬化的研究，設計實現了一個虛擬光盤庫原型系統，使它能夠整合不同類型的存儲資源到對用戶統一的應用界面中，在有關存儲系統設計方面起拋磚引玉的作用。
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本文標題：基于光盤庫管理系統的虛擬化技術研究
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