VMware虚拟化- vSphere VMware vSAN理论与应用

1 VSphere Vsan的优点

1.1 聚合了虚拟化管理程序的存储平台。

1）软件定义的存储软件解决方案。

• 聚合集群中每台 ESXi 主机上本地连接的存储。

• 经过闪存优化的存储解决方案。

• 以虚拟机为中心的数据运营和策略驱动的管理原则。

• 基于分布式 RAID 体系结构的恢复能力强的设计。– 无单点故障

• 与 vSphere 全面集成。

1.2 聚合了虚拟化管理程序的极其简单的存储软件

• 混合式存储解决方案

        – 磁盘（硬盘）            – 基于闪存的磁盘（固态磁盘）

• 内置在虚拟化管理程序中的存储横向扩展体系结构

• 动态的容量和性能可扩展性

• 基于对象的存储体系结构

• 可与 vSphere 以及下列企业级功能互操作：– vMotion、DRS、vSphere HA

2  硬件要求

在 Virtual SAN 中，所有读写操作都始终直接针对闪存层。基于闪存的设备在 Virtual SAN 中具有两个作用。

第一，非易失性写缓冲区 (30%)

– 写入操作会在进入固态磁盘的准备阶段时确认

– 缩短写入延迟时间

第二，读缓存 (70%)

– 缓存命中可缩短读取延迟时间

– 缓存未命中 – 需从硬盘检索数据

硬件选择是不同 Virtual SAN 配置之间的首要性能差异化因素。

2.1 确定闪存容量大小

▪ 一般情况下，建议将 Virtual SAN 闪存容量的大小定为未考虑容许的故障数 时预计所用存储容量的 10%。

▪ 总闪存容量百分比应该基于使用情形及其容量和性能要求来计算。

    – 10% 是一般建议，可能过多也可能不足。

例如：100台VM，每台VM设置100GB，预期平均为50GB

    10%x(100x50GB)=500GB SSD总容量，如果有5台主机，则每台SSD为100GB

基于闪存的设备

2.2 磁盘（硬盘）

• 支持的 SAS/NL-SAS/SATA 硬盘

    – 7200 RPM 用于提供容量       

    – 10000 RPM 用于提供性能

    – 15000 RPM 用于提供更高性能

• 在驱动器转速相同和价位相似的情况下，NL SAS 将提供更高的硬盘控制器队列深度

    – 如果在 SATA 与 NL SAS 之间选择，建议选择 NL SAS

• 选择不同的固态磁盘以及不同的固态磁盘与硬盘比率，会使集群性能有所区别。按照经验法则，应按 10% 的比率配置

1）存储控制器

• SAS/SATA 存储控制器– 支持直通或“RAID0”模式

• 使用 RAID0 模式时，性能取决于控制器

     – 请咨询您的供应商以了解 RAID 控制器的固态磁盘性能

• 存储控制器队列深度很重要– 加大存储控制器队列深度将可以提高性能

• 核实每种控制器支持的驱动器数量

2）RAID0模式

• 将所有磁盘配置为 RAID0 模式

     – 基于闪存的设备（固态磁盘）         – 磁盘（硬盘）

• 禁用存储控制器缓存

     – 可实现更高性能，因为缓存由 Virtual SAN 控制

• 磁盘设备缓存支持

    – 基于闪存的设备利用直写缓存         – 磁盘利用写回缓存

• ESXi 可能无法区分基于闪存的设备与磁性设备

    – 使用 ESXCLI 手动将设备标记为固态磁盘

2.3 网络

• 支持 1 GB/10 GB

    – 带确保服务质量的 NIOC 的 10 GB 共享网络将支持大多数环境

    – 如果是 1 GB 网络，则建议对 Virtual SAN 使用专用链路

• 巨型帧将提供标称的性能提升– 针对全新部署启用

• Virtual SAN 同时支持 VSS 和 VDS

    – NIOC 需要使用 VDS

    – Nexus 1000v – 应该能用，但尚未进行全面测试

• 网络带宽性能对主机撤出、重建时间的影响高于对工作负载性能的影响

 

防火墙

• Virtual SAN 供应商提供程序 (VSANVP)– 入站和出站 - TCP 8080

• 集群监控、成员资格和监控服务 (CMMDS) – 入站和出站 UDP 12345 - 23451

• 可靠数据报传输 (RDT)– 入站和出站 TCP 2233

 

2.4 技术特征

通过 vSphere Web Client 从 vCenter 中进行部署、配置和管理      – 极其简单

• 为 Virtual SAN 配置 VMkernel 接口

• 通过单击“Turn On”（打开）启用 Virtual SAN

3  virtual SAN实施要求

3.1 Virtual SAN 需要：

– 采用集群配置，至少 3 台主机

– 3 台主机都必须提供存储  • vSphere 5.5 U1 或更高版本

– 本地连接的磁盘  • 磁盘（硬盘）  • 基于闪存的设备（固态磁盘）

– 网络连接 • 1 GB 以太网  • 10 GB 以太网（首选）

3.2 Virtual SAN构造和项目

1）全新的 Virtual SAN 构造、项目和术语：

• 磁盘组                                 • VSAN 数据存储

• 对象                                   • 组件

• Virtual SAN 网络

• Virtual SAN 使用磁盘组这一概念将闪存设备和磁盘池化为一个管理构造。

• 磁盘组至少包含 1 个闪存设备和 1 个磁盘。

    – 闪存设备用于提供性能（读缓存 + 写缓冲区）。

    – 磁盘用于提供存储容量。

    – 不能在没有闪存设备的情况下创建磁盘组。

2）Virtual SAN 数据存储

• Virtual SAN 是一种以文件系统的形式呈现给 vSphere 的对象存储解决方案。

• 该对象存储装载着集群中所有主机的 VMFS 卷，并将它们呈现为一个共享数据存储。

    – 仅限该集群的成员才能访问 Virtual SAN 数据存储。

    – 并非所有主机都需要提供存储，但是建议提供存储。

    – 每个VSAN群集的数据存储数量是1个

4）Virtual SAN对象

• Virtual SAN 通过名为对象的灵活数据容器的形式管理数据。虚拟机文件即称为对象。

• 虚拟机文件称为对象。– 存在四种不同类型的虚拟机对象：

• 虚拟机主目录

• 虚拟机交换文件

• VMDK

• 快照

• 虚拟机对象基于虚拟机存储配置文件中定义的性能和可用性要求划分为多个组件。

5) virtual SAN组件

    • Virtual SAN 组件是对象区块，这些对象区块跨集群中的多台主机分布，以便容许同时发生多个故障并满足性能要求。

    • Virtual SAN 利用分布式 RAID 体系结构将数据分发到整个集群中。

    • 组件的分布主要采用两种技术：

    – 条带化 (RAID0)                 – 镜像 (RAID1)

• 创建多少组件副本将基于对象策略定义决定。

6) 对象和组件布局

4  virtual SAN网络

• 新的Virtual SAN流量VMkernel接口。–专供Virtual SAN进行集群内通信和数据复制使用。

• 同时支持标准和分布式虚拟交换机– 在共享场景中利用确保服务质量的 NIOC

• 网卡绑定 – 用于提高可用性而不是用于带宽聚合。

• 第 2 层多播必须在物理交换机上启用。– 比第 3 层多播更易于管理和实施

• 网卡绑定和负载平衡算法：– 基于端口 ID

• 路由主动/被动，采用显式故障切换– 基于 IP 哈希

• 路由主动/主动，采用 LACP 端口通道– 基于物理网卡负载

7）容许的故障数量

    – 定义存储对象能容许的主机、磁盘或网络故障的数量。若要容许“n”个故障，则要创建“n+1”个对象副本，并且需要“2n+1”台主机提供存储。

• 每个对象的磁盘条带数

    – 存储对象的每个副本所跨的硬盘数。值越高，性能就越好。

5  virtual SAN 存储功能

• 强制调配

    – 如果选择“Yes”（是），则即使当前可用的资源不符合存储策略中指定的策略，仍将调配对象。

• 闪存读缓存预留 (%)

    – 预留闪存容量，作为存储对象的读缓存。以对象逻辑大小的百分比形式指定。

• 对象空间预留 (%)

    – 调配虚拟机时要预留（实施厚配置）的存储对象的逻辑大小的百分比。将对其余存储对象实施精简配置。

1）Virtual SAN I/O 流 – 写入确认

2）Virtual SAN I/O 流 – 1 MB 增量的条带化

3）针对存储功能的建议做法

4）虚拟机存储策略建议

• 每个对象的磁盘条带数– 应该保留为 1，除非闪存层未满足虚拟机的 IOPS 要求。

• 闪存读缓存预留– 应该保留为 0，除非虚拟机要满足特定的性能要求。

• 比例容量– 应该保留为 0，除非需要虚拟机厚配置。

• 强制调配– 应该保留禁用，除非需要调配虚拟机（即使不合规）。

6  了解故障事件

▪ Virtual SAN 可识别两种不同类型的硬件设备事件以便定义故障场景的类型：

1）缺失

▪ 缺失事件会触发 60 分钟的恢复操作。

– Virtual SAN 会在开始恢复对象和组件之前等待 60 分钟

– 60 分钟是所有缺失事件的默认设置

– 此值可通过主机高级设置来配置

2）降级

▪ 降级事件会立即触发恢复操作：– 立即触发对象和组件的恢复操作  – 不可配置

3）▪ 如检测到的以下任何 I/O 错误始终会被视为降级：

– 磁盘故障          – 基于闪存的设备故障      – 存储控制器故障

▪ 如检测到的以下任何 I/O 错误始终会被视为缺失：

– 网络故障          – 网卡 (NIC)               – 主机故障

4）管理故障场景

▪ 通过制定策略，Virtual SAN 上的虚拟机可以容许多种故障

– 磁盘故障 – 降级事件           – 固态磁盘故障 – 降级事件

– 控制器故障：降级事件，网络故障：缺失事件，服务器故障：缺失事件

▪ 虚拟机可继续运行

▪ 并行重建可最大限度减少性能影响

– 固态磁盘故障 – 立即           硬盘故障 – 立即

– 控制器故障 – 立即 ，网络故障 – 60 分钟 ，主机故障 – 60 分钟

 

磁盘故障 – 即时镜像副本

• 降级 – 故障磁盘上所有受影响的组件都将立即在其他磁盘、磁盘组或主机上创建。

 

基于闪存的设备故障 – 即时镜像副本

• 降级 – 故障磁盘上所有受影响的组件都将立即在其他磁盘、磁盘组或主机上创建。

• 对集群总体存储容量的影响较大

 

主机故障 – 60 分钟延迟

• 缺失 – 在其他磁盘、磁盘组或主机上启动对象和组件的副本之前，将按默认设置等待 60 分钟。

• 对集群总体计算和存储容量的影响较大。

 

网络故障 – 60 分钟延迟

• 缺失–在其他磁盘、磁盘组或主机上启动对象和组件的副本之前，将按默认设置等待 60 分钟。

• 网卡故障、物理网络故障可能导致网络分区。– 可能会影响集群中的多台主机。

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