1 為什么要推出vSAN

虛擬化依賴于存儲(chǔ)。這就和傳統(tǒng)的列車相類似，火車提速，除了鐵路路基外，主要靠提高車頭的速度和載重。在vSAN推出以前，虛擬化架構(gòu)是服務(wù)器主機(jī)+共享存儲(chǔ)，所有數(shù)據(jù)都保存在共享存儲(chǔ)，此時(shí)存儲(chǔ)是“單點(diǎn)故障”和“瓶頸”點(diǎn)。

圖1 火車跑的快，全憑車頭帶

1.1先來看看共享存儲(chǔ)的主要缺點(diǎn)：

(1)擴(kuò)容較麻煩：存儲(chǔ)擴(kuò)容需要添加“一組”磁盤，很少有存儲(chǔ)支持添加單一磁盤進(jìn)行擴(kuò)容。

(2)存儲(chǔ)接口瓶頸：現(xiàn)在存儲(chǔ)的接口速度是8Gbps、16Gbps，在中大型業(yè)務(wù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)接口已經(jīng)成為瓶頸。尤其是多臺(tái)服務(wù)器同時(shí)操作存儲(chǔ)時(shí)。

(3)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)鏡像比較困難：因?yàn)榇鎯?chǔ)是單點(diǎn)故障點(diǎn)。如果要對(duì)存儲(chǔ)進(jìn)行“鏡像”，需要專業(yè)的設(shè)備或軟件，成本較高。

1.2為了解決這些問題，VMware推出的vSAN(分布式共享存儲(chǔ))，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：

(1)組建容易：使用標(biāo)準(zhǔn)的x86的服務(wù)器，使用標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器本地硬盤、通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))組成分布式存儲(chǔ)。

(2)內(nèi)核集成：vSAN與ESXi內(nèi)核集成，兼容性好，穩(wěn)定、安全可靠。

(3)擴(kuò)容簡(jiǎn)單：支持橫向擴(kuò)展與縱向擴(kuò)展，無論是向現(xiàn)有vSAN群集添加節(jié)點(diǎn)主機(jī)，還是向現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)主機(jī)添加1塊到多塊磁盤，都可以在不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)虛擬機(jī)運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容。

(4)數(shù)據(jù)冗余度高：由于vSAN技術(shù)的特點(diǎn)，保存在vSAN中的虛擬機(jī)數(shù)據(jù)，本身就具有冗余特性。所以傳統(tǒng)共享存儲(chǔ)比的“單點(diǎn)故障”、“數(shù)據(jù)鏡像”在vSAN中不存在。

(5)應(yīng)用范圍廣：vSAN即可在局域網(wǎng)內(nèi)組成“標(biāo)準(zhǔn)”vSAN群集，也可以用于廣域網(wǎng)環(huán)境組成“雙活”數(shù)據(jù)中心。其最小2節(jié)點(diǎn)延伸群集可以組成“雙機(jī)熱備”系統(tǒng)。

(6)性能優(yōu)秀。共享存儲(chǔ)：主要是使用10000轉(zhuǎn)/分或15000轉(zhuǎn)/分的2.5英寸或3.5英寸SAS磁盤，組成RAID-5、RAID-6或RAID-50、RAID-60的方式，很少使用RAID-10。RAID-5與RAID-6的寫懲罰分別是4和6，效率較低。而vSAN存儲(chǔ)，除了使用10000轉(zhuǎn)/分或15000轉(zhuǎn)/分的2.5英寸或3.5英寸SAS磁盤用做容量磁盤外，還使用高IOPS、高性能的固態(tài)硬盤(SSD)或PCI-E接口的NVME 固態(tài)硬盤用做讀寫緩存。vSAN存儲(chǔ)，混合架構(gòu)相當(dāng)于RAID-10，全閃存架構(gòu)相當(dāng)于RAID-50或RAID-60，性能優(yōu)異。

1.3通過共享存儲(chǔ)和vSAN的對(duì)比得知：

vSAN架構(gòu)相當(dāng)于“動(dòng)車組”，數(shù)據(jù)分布在每臺(tái)節(jié)點(diǎn)主機(jī)并由節(jié)點(diǎn)主機(jī)共享提供。在傳統(tǒng)架構(gòu)中，主機(jī)只提供計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源，在vSAN架構(gòu)中，主機(jī)提供了計(jì)算、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)資源。

傳統(tǒng)共享存儲(chǔ)架構(gòu)中，主機(jī)與存儲(chǔ)之間通過6Gbp或8Gb的SAS或光纖連接；在vSAN架構(gòu)中，數(shù)據(jù)使用主機(jī)配置的10Gb或40Gb網(wǎng)絡(luò)互連。在vSAN架構(gòu)中，不存在明顯的瓶頸與單點(diǎn)故障點(diǎn)。

2 vSAN技術(shù)參數(shù)

在vSphere環(huán)境中，使用vCenter Server進(jìn)行管理。在一個(gè)vCenter Server中可以創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)中心，每個(gè)數(shù)據(jù)中心可以創(chuàng)建多個(gè)群集，每個(gè)群集由多臺(tái)主機(jī)組成。而vSAN是以“群集”的方式構(gòu)成，每個(gè)vSAN存儲(chǔ)是由一個(gè)vSAN群集來管理。

每個(gè)vSAN群集：最小1臺(tái)主機(jī)(無冗余，強(qiáng)制置備)，最多64臺(tái)主機(jī)。

每臺(tái)vSAN主機(jī)：最小1個(gè)磁盤組，最多5個(gè)個(gè)磁盤組。

磁盤組：vSAN磁盤組由緩存磁盤與數(shù)據(jù)磁盤組成。緩存磁盤只能有1個(gè)，可以是STAT、SAS或PCI-E接口的固態(tài)硬盤；數(shù)據(jù)磁盤最小1塊，最多7塊。數(shù)據(jù)磁盤可以是SATA、SAS的HDD或SSD組成，或者是其他接口的固態(tài)硬盤。

下面是一些用于vSAN中的固態(tài)硬盤相片(生產(chǎn)環(huán)境中一定要用“企業(yè)級(jí)”固態(tài)硬盤，“家用級(jí)”固態(tài)硬盤可以用于實(shí)驗(yàn)或測(cè)試環(huán)境，不能用于生產(chǎn)環(huán)境)。

圖2 SATA接口的SSD(企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤)

圖3 PCI-E接口的固態(tài)硬盤

圖4 M.2 NVMe固態(tài)硬盤(實(shí)驗(yàn)用，不推薦生產(chǎn)環(huán)境用)

圖5 M.2 SATA固態(tài)硬盤(實(shí)驗(yàn)用，不推薦生產(chǎn)環(huán)境用)

圖6 M.2轉(zhuǎn)PCI-E轉(zhuǎn)接卡(實(shí)驗(yàn)用，不推薦生產(chǎn)環(huán)境使用)

3 vSAN主機(jī)數(shù)量與允許的故障數(shù)

在vSAN架構(gòu)中，要達(dá)到允許的故障數(shù)，與提供vSAN存儲(chǔ)容量的主機(jī)數(shù)量有關(guān)(如表1-4-1所列)，關(guān)系如下：

提供vSAN存儲(chǔ)容量的主機(jī)數(shù)量≥允許的故障數(shù)×2+1

表1-4-1 允許的故障數(shù)與主機(jī)數(shù)量關(guān)系(適合全閃存與混合架構(gòu))

在全閃存架構(gòu)中，如果采用RAID-5/6方式，則允許的故障數(shù)可以選擇1或2，此時(shí)主機(jī)最小數(shù)量、推薦的主機(jī)數(shù)量如表1-4-2所示。

表1-4-2 全閃存架構(gòu)中允許的故障數(shù)與主機(jī)數(shù)量關(guān)系

在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境中，考慮到冗余、維護(hù)，要實(shí)現(xiàn)“允許的故障數(shù)”，推薦的主機(jī)數(shù)量是“最小數(shù)量”加1。

4 理解vSAN數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

VMware vSAN組成的分布式存儲(chǔ)，總體來看，虛擬機(jī)數(shù)據(jù)在本地以RAID-0方式保存，跨服務(wù)器以RAID-1方式保存，整體相當(dāng)于RAID-10效果。對(duì)于全閃存架構(gòu)來說，整體相當(dāng)于RAID-50或RAID-60。vSAN的數(shù)據(jù)保存效果又優(yōu)于RAID-5。簡(jiǎn)單來說，以某臺(tái)虛擬機(jī)使用默認(rèn)存儲(chǔ)策略為例，虛擬機(jī)1的數(shù)據(jù)會(huì)在“服務(wù)器1”保存1份，在“服務(wù)器2”保存1份，在“服務(wù)器3”保存“見證文件”。即任意一臺(tái)虛擬機(jī)，其數(shù)據(jù)是保存在3臺(tái)服務(wù)器中的。只有這3臺(tái)服務(wù)器中的任意2臺(tái)在線時(shí)，數(shù)據(jù)才是完整的。這種數(shù)據(jù)保存方式可以稱為“2.1”方式。

【說明】 下面將通過查看已經(jīng)配置好vSAN群集的環(huán)境中虛擬機(jī)硬盤保存方式，查看驗(yàn)證這些知識(shí)點(diǎn)。

VMware vSAN有兩種配置方式，一是混合架構(gòu)，另一種是全閃存架構(gòu)。所謂混合架構(gòu)，即組成分布式存儲(chǔ)的磁盤組，其緩存盤是固態(tài)硬盤，數(shù)據(jù)盤是傳統(tǒng)的磁盤；全閃存架構(gòu)，緩存盤與數(shù)據(jù)盤都是固態(tài)硬盤。

4.1混合架構(gòu)中的數(shù)據(jù)容錯(cuò)方式

在混合架構(gòu)中，數(shù)據(jù)容錯(cuò)方式可以在1、2、3之中選擇，此時(shí)存儲(chǔ)效果相當(dāng)于RAID-1或RAID-10。

容錯(cuò)方式(FTT)為1(vSAN默認(rèn)存儲(chǔ)策略)時(shí)，數(shù)據(jù)有2份副本、1份見證，需要至少3臺(tái)主機(jī)，如圖1-5-1、圖1-5-2所示。

圖1-5-1 當(dāng)FTT＝1時(shí)，VMDK有2個(gè)組件、1個(gè)見證文件

圖1-5-2：虛擬機(jī)交換對(duì)象

容錯(cuò)方式為2時(shí)，數(shù)據(jù)有3份副本、2份見證，需要至少5臺(tái)主機(jī)，如圖1-5-3所示。

圖1-5-3 當(dāng)FTT＝2時(shí)，VMDK有3個(gè)組件、2個(gè)見證文件

容錯(cuò)方式為3時(shí)，數(shù)據(jù)有4份副本，3份見證，需要至少7臺(tái)主機(jī)，如圖1-5-4、圖1-5-5所示。

圖1-5-4 當(dāng)FTT＝3時(shí)，VMDK有4個(gè)組件、3個(gè)見證文件

圖1-5-5 虛擬機(jī)主目錄，4臺(tái)主機(jī)組成RAID-1，每臺(tái)主機(jī)的RAID-0。另外有3個(gè)見證

4.2全閃架構(gòu)中的數(shù)據(jù)容錯(cuò)方式

在全閃存架構(gòu)中，除了可以和“混合架構(gòu)”一樣，使用RAID-10的方式保存(數(shù)據(jù)容錯(cuò)方式可以選擇1、2、3)外，還可以以RAID-5或RAID-6的方式存儲(chǔ)，此時(shí)數(shù)據(jù)容錯(cuò)方式可以選擇1、2。

在全閃存架構(gòu)中，虛擬機(jī)存儲(chǔ)策略選擇RAID-5/6、容錯(cuò)方式為1時(shí)，相當(dāng)于RAID-5，需要至少4臺(tái)主機(jī)，如圖1-5-6、圖1-5-7所示。

圖1-5-6 查看VMDK文件：全閃存架構(gòu)中FTT＝1有4個(gè)組件，RAID-5組成方式

圖1-5-7 查看虛擬機(jī)主目錄組件：4臺(tái)主機(jī)組成RAID-5

在全閃存架構(gòu)中，虛擬機(jī)存儲(chǔ)策略選擇RAID-5/6、容錯(cuò)方式為2時(shí)，相當(dāng)于RAID-6，需要至少6臺(tái)主機(jī)，如圖1-5-8、圖1-5-9所示。

圖1-5-8 全閃存架構(gòu)中FTT＝2時(shí)有6個(gè)組件、RAID-6

圖1-5-9 查看虛擬機(jī)主目錄

在混合架構(gòu)中，虛擬機(jī)整體存儲(chǔ)效果相當(dāng)于RAID-10；在全閃存架構(gòu)中，虛擬機(jī)整體效果相當(dāng)于RAID-5、RAID-6或RAID-50、RAID-60，具體哪種效果，除了取決于虛擬機(jī)使用的存儲(chǔ)策略外還要看虛擬機(jī)硬盤的大小。當(dāng)虛擬硬盤小于等于255GB時(shí)不進(jìn)行拆分，當(dāng)虛擬硬盤大于255GB時(shí)會(huì)被拆分。當(dāng)虛擬硬盤(VMDK文件)進(jìn)行拆分時(shí)，拆分后的文件保存在不同的磁盤或不同主機(jī)時(shí)，同一個(gè)VMDK文件相當(dāng)于RAID-0，同一個(gè)VMDK的不同副本則相當(dāng)于RAID-1。如圖1-5-10～圖1-5-12所示。

圖1-5-10 RAID-10

【說明】在圖1-5-10中，虛擬機(jī)的虛擬硬盤(VMDK)有兩個(gè)副本，每個(gè)副本以RAID-0的方式保存在不同的主機(jī)或同一主機(jī)的多個(gè)不同磁盤；兩個(gè)副本以RAID-1的方式實(shí)現(xiàn)(鏡像)。

圖1-5-11 RAID-50

【說明】在圖1-5-11中，虛擬機(jī)存儲(chǔ)策略為RAID-5/6，允許的故障數(shù)為1(相當(dāng)于RAID-5)。虛擬機(jī)的虛擬硬盤分成4份，其中3份為數(shù)據(jù)，1份為檢驗(yàn)文件(數(shù)據(jù)與檢驗(yàn)文件大小相同)，相當(dāng)于4塊硬盤配置為RAID-5。當(dāng)每份虛擬硬盤文件大于255GB時(shí)開始拆分，拆分之后相當(dāng)于RAID-0。簡(jiǎn)單來說，在默認(rèn)情況下，當(dāng)配置為RAID-5/6(允許故障數(shù)為1)時(shí)，虛擬機(jī)硬盤大小大于255×3＝765GB時(shí)開始拆分。

圖1-5-12 RAID-60

在圖1-5-12中，虛擬機(jī)存儲(chǔ)策略為RAID-5/6，允許的故障數(shù)為2(相當(dāng)于RAID-6)。虛擬機(jī)的虛擬硬盤分成6份，其中4份為數(shù)據(jù)，2份為檢驗(yàn)文件(數(shù)據(jù)與檢驗(yàn)文件大小相同)，相當(dāng)于6塊硬盤配置為RAID-6。當(dāng)每份虛擬硬盤文件大于255GB時(shí)開始拆分，拆分之后相當(dāng)于RAID-0。簡(jiǎn)單來說，在默認(rèn)情況下，當(dāng)配置為RAID-5/6(允許故障數(shù)為2)時(shí)，虛擬機(jī)硬盤大小大于255×4＝1020GB時(shí)開始拆分。

【說明】vSAN最大組件大小可以通過修改主機(jī)“高級(jí)系統(tǒng)設(shè)置”中的“VSAN.ClomMaxComponentSizeGB”參數(shù)來更改，其默認(rèn)值為255，最小為180，最大為255，如圖1-5-13所示。當(dāng)組成vSAN主機(jī)磁盤組中，容量磁盤小于300GB時(shí)，可以將這個(gè)參數(shù)改為180。

圖1-5-13 VSAN.ClomMaxComponentSizeGB參數(shù)

【說明】關(guān)于全閃存架構(gòu)的RAID-5/6。

在vSAN全閃存架構(gòu)中采用Erasure Coding提高存儲(chǔ)利用率，它類似跨服務(wù)器做RAID-5或RAID-6。vSAN可以在vmdk的顆粒度上實(shí)現(xiàn)Erasure Coding，可在SPBM(虛擬機(jī)存儲(chǔ)策略)里設(shè)置。目前不支持在vSAN Stretched Cluster(延伸群集)里使用。

原來FTT=1時(shí)(最大允許的故障數(shù)為1，即兩份副本)，需要跨服務(wù)器做數(shù)據(jù)鏡像，類似RAID-1，存儲(chǔ)利用率較低，不超過50%。

當(dāng)FTT=1，同時(shí)又設(shè)置成Erasure Coding模式，這就意味著跨服務(wù)器做RAID-5，校驗(yàn)數(shù)據(jù)為一份。它要求至少4臺(tái)主機(jī)，并不是要求4的倍數(shù)，而是4臺(tái)或更多主機(jī)。以往FTT=1時(shí)，存儲(chǔ)容量的開銷是數(shù)據(jù)的兩倍，現(xiàn)在只需要1.33倍的開銷，舉例來說，以往20GB數(shù)據(jù)在FTT=1時(shí)消耗40GB空間,采用RAID-5 的Erasure Coding模式后，消耗約為27GB。如圖1-5-14所示。

圖1-5-14 vSAN中的RAID-5效果

當(dāng)FTT=2，同時(shí)又設(shè)置成Erasure Coding模式，這就意味著跨服務(wù)器做RAID-6，校驗(yàn)數(shù)據(jù)為兩份。它要求至少6臺(tái)主機(jī)。以往FTT=2時(shí)，存儲(chǔ)容量的開銷是數(shù)據(jù)的3倍，現(xiàn)在只需要1.5倍的開銷。舉例來說，以往20GB數(shù)據(jù)在FTT=2時(shí)消耗60GB空間,采用RAID-6的Erasure Coding模式后，消耗約為30GB。這樣在確保更高的高可用性的基礎(chǔ)上，存儲(chǔ)利用率得到大幅提升。如圖1-5-15所示。

圖1-5-15 vSAN中的RAID-6

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的vsan虚拟化和共享存储服务器,1.1 vSAN入门及数据存储的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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