VSAN软件定义存储解决方案版

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Datacenter，SDDC）”的：所有的基础设施都被虚拟化，并以服务的形式提供，对数据中心的控制完全由软件自动化完成。软件定义的数据中心改变了传统数据中心的运行和管理模式。数据中心已经转由运行在基于x86服务器的虚拟化软件所管理，这种转变提供了极大的灵活性和控制，同时提高了效率，也大大降低了成本。软件定义数据中心最关键的组成部分是计算、网络和存储，而超融合基础架构是适用于 SDDC 的理想体系结构，因为这种架构模式在简易性、成本、可扩展性和性能等方面相对于传统基础架构有着明显的优势。为了实现超融合基础架构，软件定义的计算、存储和网络至关重要。但是，软件定义的存储相对于软件定义的计算和网络稍显滞后。因此，VMware在服务器级别先进的技术促成了一种新的存储模式，也就是所谓的软件定义的存储（SDS）。 图：超融合基础架构是适用于SDDC的理想体系结构SDS的核心原则是同时从控制层面和数据层面进行虚拟化。通过软件并基于x86服务器平台的虚拟化层来交付存储资源是SDS的另外一个核心原则。同时，外接存储仍然在交付企业存储资源中扮演非常重要的角色。所以，VMware认为，把服务器直连存储和汇聚在虚拟化层的外接存储结合起来，建立一种可扩展的，高性能且高可靠的存储架构，可以获得最高的性价比。1.1 方案概述如前文阐述，软件定义的存储是软件定义的数据中心的重要支柱之一，它把应用于服务器的先进技术运用于存储领域，可对异构存储资源进行抽象化处理，以支持存储在逻辑上的池化、复制和按需分发。并以应用为中心进行消费和管理，并实现基于策略的自动化。VMware在软件定义的存储方面的计划主要侧重于一系列围绕本地存储、共享存储和存储/数据服务的计划。从本质上来说，VMware希望使vSphere成为一个存储服务平台。软件定义的存储旨在通过主机上与底层硬件集成并对其进行抽象化处理的软件层，实现存储服务和服务级别协议的自动化。软件定义的存储的一个关键因素是基于存储策略的管理(SPBM)。SPBM可以视为新一代VMware vSphere存储配置文件功能。SPBM是VMware实施软件定义的存储的一个关键要素。使用SPBM和VMware vSphere API，底层存储技术会呈现一个抽象化的存储空间池，为vSphere管理员提供用于虚拟机调配的各种功能。这些功能可能与性能、可用性或存储服务有关。然后，vSphere管理员即可使用虚拟机上运行的应用所需的部分功能创建虚拟机存储策略。在部署时，vSphere管理员可根据虚拟机的需要选择恰当的虚拟机存储策略。SPBM会将要求向下推送至存储层。这时将启用多种数据存储以供选择，这些数据存储可提供虚拟机存储策略中包括的各种功能。这意味着系统将始终根据虚拟机存储策略中设置的要求，在恰当的底层存储上创建虚拟机实例。如果虚拟机的工作负载随时间推移发生变化，只需将具有能够反映新工作负载的最新要求的策略应用于虚拟机即可。图：软件定义的存储软件定义的存储通过纯软件实现了存储相关的三个层面的功能：u 通过策略自动化消费存储资源：以虚拟机为中心的安置、保护和性能策略u 基于虚拟化的不依赖于硬件的数据服务：以虚拟机为中心的快照、克隆、复制、备份u 通过虚拟化管理程序提取出存储抽象层：以数据存储和VMDK形式使用的异构存储贯穿这三个层面，VMware提供对应于分布式存储DAS的解决方案Virtual SAN和基于共享存储的解决方案Virtual Volume，本方案建议书主要介绍分布式存储解决方案Virtual SAN。VMware Virtual SAN是专为虚拟机设计的极其简单的存储，它具有速度快、恢复能力强、具有动态性等优点，并且在性能大致相当的情况下，总体拥有成本降低达50%。它是VMware 针对超融合基础架构推出的一款软件定义的存储解决方案，同时也是一个软件驱动的体系结构，可通过虚拟化的x86服务器交付紧密集成的计算、网络连接和共享存储。Virtual SAN 会池化与服务器连接的闪存设备和/或硬盘 (HDD)，以便为 vSphere 虚拟机创建一个富有弹性的高性能共享数据存储。 图：VSAN概述Virtual SAN可为虚拟化生产环境提供企业级存储服务，以及可预测的扩展能力和全闪存性能，所有这些均以远低于专门构建的传统存储阵列的价格提供。像vSphere一样，Virtual SAN可为用户提供所需的灵活性和控制力，以供他们从大量硬件选项中进行选择，并针对各种IT工作负载和用例部署并管理这些选项。Virtual SAN可配置为全闪存存储，也可配置为混合存储。它可利用全闪存存储体系结构提供最多700万的 IOPS；或通过混合存储体系结构提供250万的IOPS。 图：VSAN的优良特性鉴于Virtual SAN自身诸多的优良特性，它将超融合体系结构提升到了新的水平，如下图所示。图：VSAN将超融合体系结构提升到了新水平VSAN自面市以来取得了前所未有的发展势头，最初的十五个月就发展到了两千多个客户，如下所示。图：VSAN客户数增长迅速 体系结构和性能Virtual SAN 以独特的方式内嵌在虚拟化管理程序的内核中，其位置刚好在 I/O 数据路径上。因此，相比在虚拟化管理程序上分开运行的其他存储虚拟设备，Virtual SAN 能够提供最高级别的性能，而不会带来额外的 CPU 开销，也不会消耗大量内存资源。Virtual SAN可利用全闪存存储体系结构提供最多700万的 IOPS；或通过混合存储体系结构提供250万的IOPS。 可扩展性Virtual SAN 采用支持弹性、无中断扩展的分布式体系结构，可将每个集群的主机从 2 台增加到 64 台。通过向集群添加新主机（横向扩展），可以同时扩展容量并提高性能；通过仅向现有的主机添加新驱动器（纵向扩展），则可以分别扩展容量和提高性能。“随增长而扩展”的模型可提供线 性和精细的扩展，并且一直以来都能保持合理投资。 管理和集成Virtual SAN 无需安装其他软件，只需单击几下即可启用。它由 vSphere Web Client 管理，并与VMware产品体系集成，包括 vMotion、HA、Distributed Resource Scheduler (DRS) 和 Fault Tolerance (FT) 等功能特性以及其他 VMware 产品（如 VMware Site Recovery Manager、VMware vRealize Automation 和 vRealize Operations）。 自动化虚拟机存储的调配和存储服务级别（如容量、性能、 可用性）均可通过以虚拟机为中心的策略实现自动化和控制， 支持实时设置或修改这些策略。Virtual SAN 可以动态地自行调整，以适应持续变化的工作负载情况并实现存储资源负载平 衡，从而确保每个虚拟机都遵守为其定义的存储策略。这种策略驱动的方法可实现手动存储任务的自动化，并简化虚拟机存储管理。 可用性Virtual SAN 提供“6 个 9”企业级可用性u 利用 FTT=2 Virtual SAN 提供“6 个 9”保护每年停机时间不超过 32 秒u 典型硬件组件可提供约“2 个 9”可用性级别（每年停机时间为 3.65 天）u Virtual SAN 通过跨集群镜像使可用性呈指数级增长u 利用默认的可用性策略，Virtual SAN 可提供“5 个 9”保护每年停机时间不超过 5 分钟u 按虚拟机分配可用性级别，并动态调整图：VSAN“6”个“9”的企业级可用性 版本对比VSAN 6.2对应的vSphere版本是6.0 U2，它的许可方式相比以前有些变化，分成标准版、高级版和企业版三个级别，如下图所示。在高级版里支持全闪存、去重和删除，以及纠删码（Erasure Coding），在企业版本里支持双活和QoS（IOPS限制）， 每个版本包含的具体功能与许可证授权方式如下图所示。图：VSAN三个版本1.2 功能特性VMware Virtual SAN体现了VMware软件定义存储愿景，它在全面集成的直连磁盘解决方案中纳入基于策略的控制层、以应用程序为核心的服务以及虚拟数据层。VMware Virtual SAN采用分布式架构，利用SSD实现高性能的读/写缓存，并利用硬盘实现高成本效益的数据长期保存。功能特性包括： 内置在vSphere内核中Virtual SAN在vSphere内核内部实施, 从而优化数据 I/O 路径以提供最高级别的性 能以及最小化对 CPU 的影响，同时提供最佳性能和可扩展性。简单的一键式部署VMware Virtual SAN易于配置和部署，如下图所示，只需要单击对话框就可完成。图：vSphere内置一键开启Virtual SAN 全闪存或混合式体系结构 Virtual SAN 可用于全闪存体系结构中，在这样的体系结构中服务器连接的闪存设备提供缓存和数据持久性容量，以实现始终如一的超高性能级别。或者，Virtual SAN 可用于混合式配置中，在这样的配置中服务器端闪存设备进行池化以提供读/写缓存，而服务器连接的HDD提供数据持久性。全闪存架构支持PCI-e设备的分层：一个写密集高持久性能层用于写和读密集的工作负载，一个经济有效的容量层用于数据持久的负载，从而减少全闪存架构的总体的开销。 以虚拟机为中心的基于策略的管理以存储策略的形式将存储需求与各个虚拟机或虚拟磁盘关联起来。Virtual SAN 使用 这些存储策略来自动执行存储资源的调配和平衡，以确保每个虚拟机获得指定的存储资源。 Virtual SAN 延伸集群在位于不同地理位置上的两个站点间创建延伸集群并同步复制数据，从而实现企业级可用 性，在容许整个站点故障的同时不会丢失数据，几乎能够实现零停机。 高级管理 Virtual SAN Management Pack for vRealize Operations 提供一整套可帮助管理 Virtual SAN的功能特性，包括跨多个集群的全局可见性、利用主动通知进行运行状况监 控、性能监控以及容量监控和规划。运行状况检查插件可对该管理包进行补充，用于执行包括HCL兼容性检查和实时诊断 在内的其他监控。 扩展的企业级功能Virtual SAN新增了关键的企业级功能特性，包括对 vSphere Fault Tolerance 的支持、根据可配置的时间表在不到 5 分钟内跨多个站点异步复制虚拟机、利用延伸集群和主流集群技术(包括 Oracle RAC 和 Microsoft MSCS)实现持续可用性。 使用 vSphere 进行单一窗口管理利用 Virtual SAN,不再需 要进行有关专门存储界面的培训,也可省去操作这些界面的开销。现在只需两次单击即可轻松完成调配。 服务器端读/写缓存 Virtual SAN 可利用基于服务器端闪存 设备的内置缓存来加快读 / 写磁盘 I/O 流量传输，从而最大限 度缩短存储延迟。广泛的硬件兼容性Virtual SAN是独立于硬件的解决方案，可以在所有服务器OEM厂商提供的硬件上部署。 精确的无中断纵向扩展或横向扩展 通过向集群添加主机(横向扩展)以扩展容量和性能,或向主机添加磁盘(纵向扩展) 以扩展容量或性能，实现无中断地扩展 Virtual SAN 数据存储的容量。 VSAN的高可用性众所周知，VMware vSphere 是业界领先且最可靠的虚拟化平台。VSAN一脉相承，沿袭了它的高可靠性和技术领先性。为了确保数据的可用性，VSAN采用了分布式RAID（将数据的多份副本分布在集群中的不同的vSphere 主机上），确保在发生个别磁盘、个别主机或网络时绝不丢数据。管理者可透过VSAN的图形管理界面，设定允许的故障数目 (FTT，Failures to Tolerate)属性，来决定多少台vShpere主机或磁盘失效后，VSAN仍能维持数据完整。如果管理者不手动设定，VSAN默认的FTT=1，意味着这台虚拟机的磁盘(VMDK) 将创建两个副本，每个副本放置在不同的 ESXi 主机上，使得数据在群集出现单个故障时仍有一个副本可用，数据不丢失，且业务仍然正常运行。 内置的容错能力Virtual SAN 可利用分布式 RAID 和缓存镜像来确保在发生磁盘、主机、网络或机架故障时绝不丢失数据。VSAN支持基于硬件的校验基于存储控制器的校验可发现故障并保证数据完整性。（关于已认证的控制器请参考VSAN HCL）。同时，机架感知（Rack-awareness）进一步提高了存储的容错能力。机架感知使得VSAN可以跨越机架，尽可能把数据块的副本放到多个机架上。这将帮助应对电源故障，存储控制器，网络故障等这类突然状况。图： 机架感知示意 Virtual SAN 快照和克隆 全新的 Virtual SAN 磁盘格式可实现超高效且可扩展的以虚拟机为中心的快照和克隆，支持每个虚拟机每个克隆支持多达 32 个快照。 独立于硬件可以在任何服务器制造商提供的硬件上部署 Virtual SAN。这使您能够灵活地在异构硬件环境中构建自定义的存储系统。 与 VMware 体系进行互操作Virtual SAN 可以利用 VMware vSphere Data ProtectionTM 和 vSphere ReplicationTM 来实现数据 保护、备份、复制和灾难恢复 (DR)。Virtual SAN 与 vRealize Automation 集成,在 VDI 环境中可与 VMware Horizon View一起部署,在灾难恢复环境中可 与 vCenter Site Recovery Manager 一起部署。 支持直接连接 JBOD Virtual SAN 可用于刀片环境中以便管理外部连接的磁盘存储模块。 磁盘服务功能提升 提供给客户下列任何功能以识别和管理本地闪存和磁盘设备： 故障的LED灯显示永久损坏的闪存或磁盘设备有LED灯显示，便于发现故障设备。 手动开启/关闭LED灯，用于定位和识别任何特定的闪存或磁盘。 标识为SSD标识未识别的设备为SSD。可以添加或移除标签。 标识本地设备标识未识别的闪存或磁盘为本地设备。可以添加或移除标签。1.3 主要优势VSAN的主要优势如下。专为虚拟机设计的极其简单的存储Virtual SAN可以大大简化虚拟机的存储调配和管理。只需要直接在vSphere Web Client中单击几下即可快速完成存储调配。作为自行调节的系统，Virtual SAN 可以根据每个虚拟机的要求进行自我优化，以提供适当的 SLA。在性能相当的情况下，大幅降低总体拥有成本 Virtual SAN利用价格便宜的服务器磁盘和闪存、采用 vSphere标准网络连接、减少电源和散热成本并通过自动化提高运营效率，从而大幅度降低存储资本开销和运营开销。凭借“随增长而扩展”功能降低前期投资与传统存储阵列不同，Virtual SAN不需要大量初始投资。您可以创建只包含三个服务器的Virtual SAN数据存储。此外，Virtual SAN还允许您更精细、更前瞻地扩展存储性能和容量，以配合计算资源的扩展。VMware和广泛的体系支持Virtual SAN是一种纯软件解决方案，与硬件无关，可以在所有主流服务器OEM厂商的硬件上使用，不依赖专用硬件。图：Virtual SAN主要优势因此，VSAN的主要优势可以总结为如下几点。 极其简单的存储通过简化 vSphere 的存储调配和管理操作，让用户更加轻松地完成工作 - 在 vSphere Web Client 中只需单击几下鼠标即可部署存储，并可享受与 VMware 体系原生集成。以虚拟机为中心的存储策略可按虚拟机对存储服务级别进行自动化管理。 具备高级可用性和管理功能了解为何各行各业、各种规模的客户全都信赖 Virtual SAN，利用 Virtual SAN 运行从关键业务应用到数千虚拟桌面的各类关键任务工作负载。Virtual SAN 6.2 中增加了更多高级可用性和管理功能，从而能够进一步支持要求最严苛的存储环境。 专为大型企业打造的存储借助唯一一个虚拟化管理程序嵌入式存储解决方案，为数据提供可靠保护。Virtual SAN 可提供每主机高达 90K IOPS 的全闪存配置、vSphere Fault Tolerance (FT) 支持、最多只需 5 分钟的异步复制 RPO 以及全新的延伸集群功能，保障系统持续可用。 可使总体拥有成本降低 50%可在价格低廉的业界标准服务器组件上进行部署，无需在前期注入大笔投资，还可利用可预测的“随发展增长”式扩展进行扩展。采用 Virtual SAN 后就不必再使用专门定制的独立硬件，还可通过以虚拟机为中心的策略自动管理存储服务级别，进而降低 OPEX。 卓越不凡的性能Virtual SAN 建立在虚拟化管理程序中经过优化的 I/O 数据路径上，可提供远远优于虚拟设备或外部设备的性能。借助全闪存，可体验每台主机最高 90K 的 IOPS，并且可扩展到每集群最多 64 台主机，这种配置非常适合虚拟桌面、远程 IT 和关键业务应用。 可线性扩展的存储Virtual SAN 可对存储和计算资源进行可预测、弹性且无中断的扩展，无需进行成本高昂的彻底升级。每个 Virtual SAN 集群每次可横向扩展一个节点，也可以通过向现有主机添加容量进行纵向扩展，从而能够实现超过 8 PB 的原始存储容量。1.4 应用场景VSAN自诞生之日起，已经被广大用户应用在了各种各样的场景之中，这是因为VSAN的应用范围非常广泛，它可以随时用于所有 vSphere 工作负载，包括关键业务应用、桌面虚拟化、备份与容灾、测试和开发、DMZ/隔离区、管理集群、第2或第3层应用、远程或分支办公室（ROBO）等，如下图所示。图：VSAN可以用于所有vSphere负载在用户的诸多应用场景中，下面是比较典型的几个场景。u 关键业务应用u 虚拟桌面（VDI）u 备份与灾难恢复u 开发测试云图：VSAN典型应用场景除了上述应用场景，VSAN还被广泛应用在IT运维和远程与分支机构办公上面。目前，部署VSAN最多的场景如下图所示。图：部署VSAN最多的场景1.5 体系结构VSAN的体系结构如下图所示。图：VSAN体系结构对VSAN的主机、磁盘和网络等方面的配置说明如下所示。u 集群配置中至少 3 台主机或 2 台主机加上数据中心见证组件u 3 台主机都必须提供存储u 建议主机都配置类似的硬件u 主机： 最多可扩展为 64 台u 磁盘： 本地连接的磁盘 混合式： 磁盘和闪存设备 全闪存： 仅限闪存设备u 网络 1 GB 以太网或 10 GB 以太网（首选）u “见证”组件（仅限元数据）在可用性决策中充当连接中断器Virtual SAN 可以使用分层混合体系结构或全闪存体系结构部署，可利用全闪存存储体系结构提供不少于9万IOPS/主机，或通过混合存储体系结构提供不少于4万IOPS/主机，如下图所示。图：Virtual SAN 可以使用分层混合体系结构或全闪存体系结构部署Virtual SAN的上述体系结构可实现富有弹性的性能和容量扩展，不再需要复杂的预测和大量的前期投入，具有如下特点。u 弹性：按需增长或缩减u 精细：添加单个节点或磁盘u 无中断：不会导致应用停止运行如下图所示。图：VSAN富有弹性的性能和容量扩展接下来将介绍VSAN中的几个重要概念。 独立节点可靠阵列(RAIN)RAIN的含义是独立节点可靠阵列，与独立磁盘可靠阵列(RAID)相对。简单地说，RAIN意味着数据中心的环境现在可以承受vSphere主机(或主机中的组件，例如磁盘驱动器或网络接口)故障，并可继续为所有虚拟机提供完整功能。不过，需要注意一点，即虚拟机可用性现在通过使用虚拟机存储策略按具体虚拟机逐一定义。现在，vSphere管理员可以使用存储策略定义Virtual SAN集群中的虚拟机能够容许多少个主机、网络或磁盘故障。如果选择在存储策略中将可用性功能设置为零，则主机或磁盘故障肯定会影响您的虚拟机可用性。关于RAIN需要格外注意的另一点是，如果出现故障，无需将故障节点上的所有数据迁移至集群中的其他节点。凭借RAIN体系结构以及虚拟机存储策略的使用，虚拟机副本可保留在集群中的多个节点上。无需将故障主机上存储的数据撤出，因为数据已存在于集群中的其他位置。图：针对可用性的SAN数据存储如上图所示，虚拟机存储对象（虚拟机主目录、VMDK、增量、交换）可以分布在Virtual SAN集群中的多个主机和磁盘内。虚拟机可以使用复制副本提供可用性，或使用条带提供HDD性能。对于独立节点仅包括虚拟机的部分数据，这种分布式结构增加了原有数据的可靠性。 仲裁和副本副本是为虚拟机指定可用性功能时创建的虚拟机存储对象实例的备份。可用性功能决定了可创建的副本数量。在集群中出现主机、网络或磁盘故障时，此机制可使虚拟机使用一组完整的对象继续运行。仲裁是每个存储对象的一部分。它们不包含数据，而仅包含元数据。其作用是在Virtual SAN集群中做出可用性决定时用作仲裁。仲裁在Virtual SAN数据存储上占用大约2MB的空间用于存储元数据。注意：要使某个对象在Virtual SAN中可访问，则其50%以上的组成部分必须可供访问。 固态磁盘的作用固态磁盘(SSD)在Virtual SAN中做为缓存层功能时具有两个作用：提供读缓存和写缓冲区。这可以显著提高虚拟机的性能。在某些方面，Virtual SAN可以与市场上的大量“混合”存储解决方案相媲美，后者也是使用SSD和HDD存储组合以提高I/O性能，并具有基于低成本HDD存储进行横向扩展的能力。u 读缓存的作用读缓存可以保留经常访问的磁盘块的缓存。这可减少缓存命中时的I/O读取延迟。虚拟机中运行的应用实际读取的块可能并非位于运行虚拟机的同一vSphere主机上。为解决这一问题，Virtual SAN会在Virtual SAN集群中的vSphere主机之间分发缓存块目录。这使vSphere主机可以确定是否另一台主机具有不在本地缓存中的缓存数据。如果确实如此，则vSphere主机会通过互连线路从另一台主机上检索缓存块。如果缓存块不在任何Virtual SAN主机中，则直接从HDD进行检索。u 写缓存的作用写缓存可用作非易失性写缓冲区。事实上，通过使用SSD存储来执行写入，还可以减少写入操作的延迟。由于写入的数据将进入SSD存储，因此自然需要确保在Virtual SAN集群中的其他位置有数据副本。部署到Virtual SAN的所有虚拟机都具有一项可用性策略设置，用于确保至少有一个额外的虚拟机数据副本可用，其中包括写缓存内容。当客户操作系统(OS)中运行的应用启动写入之后，写入的数据将被并行发送到当前主机上的本地写缓存和远程主机上的写缓存。在确认写入前，写入的数据必须提交至上述两台主机上的SSD中。这意味着如果某台主机出现故障，在Virtual SAN集群中的另一块SSD上还有一份数据副本，因此不会发生数据丢失。虚拟机将通过Virtual SAN互连线路访问另一个Virtual SAN主机上的数据副本。1.6 基于存储策略的管理前文曾提到，基于存储策略的管理(SPBM)目前在VMware的“软件定义的存储”愿景的策略和自动化方面发挥主要作用。使用虚拟机存储策略，管理员可以为虚拟机指定一组必需的存储功能，或者更具体地为虚拟机中运行的应用指定一组要求。这组必需的存储功能将被向下推送至存储层，存储层则检查可对此虚拟机的存储对象进行实例化以满足这组要求的位置。例如，集群中的可用条带宽度是否足以满足此虚拟机的要求。或者，集群中是否有足够数量的主机来满足“允许的故障数量”要求。如果Virtual SAN数据存储可识别虚拟机存储策略中设置的功能，则将在调配向导中作为匹配资源而亮显。因此，在部署虚拟机时，如果Virtual SAN数据存储可以满足虚拟机附带的虚拟机存储策略中的要求，则从其自身摘要窗口的存储角度看，可以认为该数据存储符合规定。如果Virtual SAN数据存储被超额分配或无法满足容量要求，则可能仍在部署向导中显示为匹配资源，但调配任务却失败。SPBM现在可以提供策略驱动的自动机制，基于虚拟机存储策略中设置的所需存储功能，为虚拟机选择恰当的数据存储。1.6.1 Virtual SAN功能本节将介绍可以在虚拟机存储策略中设置的所需存储功能。这些功能在成功配置集群后由Virtual SAN数据存储显示，它们着重说明了每个虚拟机上的存储所需的可用性、性能和大小要求。如果未正确提出要求，换言之，如果将功能置于Virtual SAN数据存储无法检测到的存储级别，则Virtual SAN数据存储在调配期间将不再显示为匹配资源。 允许的故障数量这一属性要求存储对象至少允许集群中的并行主机、网络或磁盘故障的“Number Of Failures To Tolerate”(允许的故障数量)，并仍确保对象的可用性。如果此属性已填充，则指定配置必须至少包含“Number Of Failures To Tolerate”(允许的故障数量)+1个副本，还可包含一个额外的仲裁对象以确保此对象的数据可用(维护定额以防裂脑)，即使存在“Number Of Failures To Tolerate”(允许的故障数量)的并发主机故障，情况也不例外。因此，要容许n个故障，至少必须存在(n+1)个对象副本且至少需要(2n+1)台主机。注意：单台主机上的任意磁盘故障均可视为符合此标准的“故障”。因此，如果将“Number Of Failures To Tolerate”(允许的故障数量)设置为1，则当主机A上出现一个磁盘故障，同时主机B上出现另一个磁盘故障时，此对象将无法保存。 每个对象的磁盘条带数这可定义分布有存储对象的每个副本的物理磁盘的数量。如果读缓存无效的话，则高于1的值可能会提高性能，但会使用更多的系统资源。为了解磁盘条带的影响，我们首先从写入操作方面对其进行了解，然后再从读取操作方面进行了解。由于写入的所有数据都将进入SSD写缓冲区，因此增加磁盘条带数量可能无法提高写入性能。这是因为无法保证新的条带使用不同的SSD。新的条带可能位于相同的磁盘组中并因此使用相同的SSD。磁盘条带数量增加能够发挥作用的唯一一种情况是在许多写入从SSD降级到磁盘时。从读取角度来看，磁盘条带数量增加在您遇到许多缓存丢失时会有帮助。例如，如果虚拟机每秒处理2000个读取操作且缓存命中率为90%，则每秒将有200个读取操作必须通过HDD存储处理。在这种情况下，单个HDD可能无法处理这些读取操作，因此，磁盘条带数量增加对此会有所帮助。通常，默认磁盘条带数量1能满足所有或大多数虚拟机工作负载要求。磁盘条带是仅在少量高性能虚拟机运行时才应更改的要求。 闪存读缓存预留这是在SSD上预留的作为存储对象读缓存的闪存容量大小。它被指定为虚拟机磁盘存储对象的逻辑大小的百分比。它以百分比值(%)形式表示，具有四位小数。精细的粒度单位大小是必需的，这样管理员可以表达(sub1)%单位。以1TB磁盘为例。如果我们将读缓存预留限制为1%的增量，会造成缓存预留以10GB增量增加，在大多数情况下，对于单个虚拟机来说，这样的增量过大。注意：无需设置预留以获取缓存。预留应设置为0，除非您试图解决真正的性能问题。如果不预留缓存空间，则Virtual SAN调度程序可管理公平缓存分配。为一个虚拟机预留的缓存不可用于其他虚拟机。未预留的缓存在所有对象之间平等共享。有关闪存读缓存预留的最后一点涉及读取性能。即使读取性能已可接受，仍可使用额外缓存避免更多读取进入HDD，从而减少缓存丢失。这可使更多写入进入HDD。因此，通过增加闪存读取缓存预留可以间接提高写入性能。不过，仅当从SSD向HDD刷新数据造成瓶颈时，才应考虑设置预留。注：全闪存架构，不做读缓存预留配置。 对象空间预留此功能可定义初始化期间在HDD上应预留的存储对象的逻辑大小百分比。默认情况下，Virtual SAN数据存储上的调配为“精简”。“ObjectSpaceReservation”(对象空间预留)是在Virtual SAN数据存储上预留的空间量，指定为虚拟机磁盘的百分比。此值是必须预留的最小容量。此属性用于指定精简调配的存储对象。如果将“ObjectSpaceReservation”(对象空间预留)设置为100%，则虚拟机的所有存储容量均预先提供。注意：如果您调配虚拟机并选择厚磁盘格式lazy zero或eager zero，则此设置将覆盖虚拟机存储策略中的“ObjectSpaceReservation”(对象空间预留)设置。目前不推荐这样使用。 强制调配如果启用此选项，则即使当时集群中的可用资源无法满足虚拟机存储策略中指定的功能，仍将调配对象。Virtual SAN将尝试在资源可用时使对象达到合规。如果此参数设置为非零值，则即使数据存储不符合虚拟机存储策略中指定策略的要求，仍将调配对象。不过，如果集群中有足够空间可满足至少一个副本的预留要求，则即使已打开“Force Provisioning”(强制调配)，调配仍将失败。此选项默认为禁用。1.6.2 仲裁示例以下仲裁示例涉及磁盘条带数为1且“NumberOfFailuresToTolerate”(允许的故障数量)为1的虚拟机的部署。在这种情况下，将创建此虚拟机的两个副本。实际上，这是一个具有两个副本的RAID-1虚拟机。不过，只有两个副本，无法区分网络分区和主机之间的故障。因此，称为“仲裁”的第三个实体被添加到配置中。要使Virtual SAN上的对象可用，必须满足以下两个条件:u 至少一个副本必须完整，可用于数据存储。u 所有组件中，50%以上必须可用。在上面的示例中，仅当存在对一个副本和一个仲裁或两个副本的访问权限时才可访问对象。这样，集群的一部分在网络分区情况下最多可以访问一个对象。1.6.3 虚拟机存储策略Virtual SAN中的虚拟机存储策略的工作方式与vSphere5.0中引入的vSphere存储配置文件类似，因为您构建了一个包含虚拟机调配要求的策略。与之前版本的vSphere存储配置文件相比，Virtual SAN中的虚拟机存储策略工作方式有一个主要区别。使用原始版本的vSphere存储配置文件，可以在调配虚拟机时使用策略中的功能选择恰当的数据存储。新的虚拟机存储策略不仅可选择恰当的数据存储，还能与对指定虚拟机具有特定可用性和性能要求的底层存储层通信。因此，当使用虚拟机存储策略调配虚拟机时，Virtual SAN数据存储可能成为目标数据存储，其他策略设置则规定可用性对虚拟机文件副本数量的要求，并且还可能包含性能方面的条带宽度要求。 启用虚拟机存储策略启用Virtual SAN时将自动启用虚拟机存储策略。要手动启用虚拟机存储策略，必须导航到VMware vSphere Client主页位置，然后选择规则和配置文件。虚拟机存储策略部分位于此处。单击虚拟机存储策略将显示大量图标。其中一个图标可启用虚拟机存储策略功能。这可以按主机或集群启用。 创建虚拟机存储策略启用虚拟机存储策略后，vSphere管理员可使用这一窗口中的另一个图标创建各个级别。如前所述，大量与可用性和性能相关的功能将由vSphere API呈现。此时，管理员必须从性能和可用性的角度决定哪些功能是虚拟机内部运行的应用所必需的。例如，管理员要求此虚拟机在继续正常运行的情况下允许多少次组件故障(主机、网络和磁盘驱动器)或者从IOPS的角度来看，此虚拟机中运行的应用是否要求严苛?如果是，那么闪存读缓存预留可能是满足性能的一项必需功能。其他注意事项可能包括决定虚拟机是进行精简调配还是厚调配。在本示例中，虚拟机存储策略创建了两个功能。这两个功能分别与可用性和性能有关。 “NumberOfFailuresToTolerate” (允许的故障数量)定义了可用性，而磁盘条带则定义了性能。图：创建新的虚拟机存储策略注意：vSphere 5.5 U1及以上版本还支持对调配使用标记。因此，不会将Virtual SAN数据存储功能用于虚拟机存储策略创建，而可能会创建基于标记的策略。基于标记的策略的使用不在本白皮书范围之内，但在vSphere存储文档中可以找到详细信息。 在虚拟机调配期间分配虚拟机存储策略虚拟机存储策略的分配发生在虚拟机调配期间。当vSphere管理员必须选择一个目标数据存储时，他们会从可用虚拟机存储策略下拉菜单中选择恰当的级别。然后，数据存储会分为兼容的数据存储和不兼容的数据存储，从而使vSphere管理员可以选择准确恰当的位置来安置虚拟机。 虚拟机对象就Virtual SAN数据存储上的对象布局而言，虚拟机具有大量不同的存储对象。虚拟机磁盘文件(VMDK)、虚拟机命名空间目录(虚拟机配置和日志文件所在的目录)、虚拟机交换文件和快照增量文件全都是独特的存储对象。每个对象可能都有不同的存储策略。vSphere UI还使管理员能够查询虚拟机对象布局以及查看存储对象的每个组件(条带、副本和仲裁)所在的位置。图：存储对象物理映射 匹配资源当虚拟机调配向导报告Virtual SAN数据存储是虚拟机存储策略的匹配资源时，可保证数据存储了解了策略中定义的所有要求。这并不意味着数据存储一定能够满足那些功能，而调配流程仍有可能失败。兼容性不保证数据存储真的符合要求。例如，如果使用Virtual SAN功能，则只有Virtual SAN数据存储发生匹配，与其是否具有资源用于调配虚拟机无关。 合规性“Virtual Machine Summary”(虚拟机摘要)选项卡显示了虚拟机的合规性状态。只要Virtual SAN满足虚拟机存储策略中定义的功能要求，就可以说此虚拟机合规。如果集群中的组件失败，则Virtual SAN可能无法满足策略要求。在此情况下，则可以说此虚拟机不合规。此不合规状态将显示在虚拟机摘要中。图：虚拟机摘要不合规如果故障持续超过30分钟，则Virtual SAN将重建存储对象并添加新组件以替代受故障影响的存储对象组件，从而使虚拟机恢复合规状态。这可能包括创建新条带、新副本或新仲裁。如果故障在30分钟内排除，则不创建新组件。1.7 VSAN 6.1新功能VSAN自问世以来已经被各种规模和行业的公司大量部署，主要用于简化数据中心、加速应用程序以及降低 IT 成本。VSAN 6.1作为 VSAN 的第三代产品，其技术已经非常成熟，它的新功能主要包括如下三方面。u 企业级可用性和数据保护u 高级管理与故障排除u 新硬件选项具体如下图所示。图：VSAN 6.1新功能下面将对上述这些新功能进行详细介绍。1.7.1 存储双活 (Stretched Cluster)Virtual SAN 6.1能够在位于不同地理位置上的两个站点间创建延伸集群并同步复制数据（RPO=0），一个站点发生故障时系统会自动切换到另外一个站点，从而实现站点层面的保护，支持企业级可用性并确保即使整个站点出现故障也不会丢失数据，几乎能够实现零停机，延伸集群的架构图如下所示。图：延伸集群VSAN的延伸集群需要Witness节点，这个节点只存放元数据，不存储业务数据，它的作用是和两个站点建立心跳机制，当其中一个站点故障或站点间发生网络分区的时候，Witness可以判断出发生了什么，并决策如何确保可用性。VMware已经准备好了特殊的Witness虚拟设备 (Witness Appliance)，实际上就是装有ESXi的虚拟机，该设备可以部署在第三个站点或者vCloud Air上。延伸集群中的Witness节点与其他两个站点之间的延时可以在100ms以内（RTT Write bandwidth(Wb) * Data Multiplier(md) * Resynchronization Multiplier(mr)。其中，Data mutiplier指数据倍数，包含了VSAN传输及其他相关操作的元数据开销。VMware建议设为1.4。Resynchronization指重同步倍数，将可能的重同步的事件考虑在内。VMware建议规划带宽的时候，在最大带宽基础之上，额外预留25%，用于偶尔可能发生的重同步需求。也即，这个值建议为1.25。举例来说：假设VSAN上工作负载为每秒10000个写操作，写IO大小为4KB，这就意味着写带宽为40MB/s，或者320Mb/s。这样网络带宽要求为：B = 40MB/s * 1.4 * 1.25 = 70MB/s或者560 Mb/s在延伸集群上，VSAN 6.1支持跨站点的 vMotion 和 HA，进而实现灾难规避和恢复。图：跨站点的HA和vMotion可见，延伸集群可以帮助企业有效避免灾难、进行有计划的维护并实现零RPO。此外，VSAN延伸集群还可以结合vSphere Replication和SRM实现两地三中心的高级容灾，如下图所示，其中RPO最低可以达到五分钟。图：VSAN结合VR和SRM1.7.2 多核虚拟机容错 (SMP-FT)VSAN 6.1支持Fault Tolerance功能，并且最多可达4个CPU，提高了关键业务应用在硬件故障(如主机故障)下零停机的持续可用性，该特性对延迟敏感型应用的意义非常大。这一技术具有重要的意义，在一定程度上，可以弥补某些应用所缺乏的集群高可用性。也以vSphere的集群高可用结合VSAN的高可用（多副本机制），来部分替代以往成本高昂的应用高可用的方案。图：VSAN支持多核虚拟机容错1.7.3 两节点的VSAN集群(用于远程或分支办公室)VSAN 6.1支持双节点集群，即：每个集群由两台物理服务器组成。该方案非常适合远程或分支办公(Remote Office Branch Office, ROBO)，它具有如下特点。u 每个节点独自成为一个故障域u 每个VSAN集群有一个Witnessu Witness节点是一个ESXi的虚拟设备 (也即虚拟机)u 所有站点由一个vCenter统一管理u 打补丁和软件升级都由vCenter来处理u 如果有N个分支办公室，就需要有N个Witness(ESXi Virtual Appliance)图：两节点VSAN集群如上图所示，两节点VSAN集群具有如下技术特性。u ROBO中的两个节点共享一个二层域（L2 domain），需要多播支持且RTT5msu ROBO和Witness之间的通信通过单播实现不需要多播。Witness仅通过三层可达，同时RTT500ms带宽大于1.5 Mbpsu 每个ROBO 510台虚拟机情况下的资源需求如下： CPU: 2vCPU 内存: 8 GB 存储: 15 GB的存储容量和10GB 的缓存1.7.