VMware软件定义存储解决方案建议书V62VSANVVOL.docx

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VMware软件定义存储解决方案建议书V62VSANVVOL

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VMware软件定义存储VirtualSAN解决方案建议书

2021/7/9

文档名称

VMware软件定义存储VirtualSAN解决方案建议书

作者

高园、周晶

jingzvmware.

版本

V6.2基于VSAN6.2进行更新

变更记录

2014/04/24V1.0初稿

2014/09/05V1.1增加了培训服务内容

2015/03/05V2.0更新到VSAN6.0版本

2016/01/11V6.1更新到了VSAN6.1版本

2016/03/24V6.2更新到了VSAN6.2版本

1

1.1背景信息

从互联网到数据中心再到移动设备，IT已成为推动我们现代经济快速发展的基础架构。

然而，一直以来我们都将基础设施看作是硬件。

现在是不是需要重新考虑这个问题了呢？

虚拟化使企业思考IT基础架构的方式发生了变化：

从硬件定义到软件定义。

软件在崛起，未来数据中心真正的统治者将是软件。

所需的资源需要实现动态化和自动化：

要以一种便于使用的服务来提供，而不是以传统IT项目来提供。

这种转变正在计算领域以一种势不可挡的势头顺利推进。

通过服务器虚拟化来替代服务器硬件可被看做是这一转型的第一步。

这种方法为我们提供了新的、更加强大和灵活的方式来利用和优化数据中心中的资源。

现在，存储领域也开始发生变化。

工作重点从磁盘阵列转移到软件为基础的逻辑资源，这在十年前也许还无法想象，但现在这一现象正在逐渐成为现实。

通过联合使用服务器和存储虚拟化软件，能够更好地落实端到端虚拟化战略的优势。

通过不断地改进，这一存储方法今后还可能获得额外的硬件独立性、更好地利用磁盘容量和降低成本、建立虚拟的存储基础设施。

由于IT预算保持不变或进一步缩小，企业被迫寻找能够以较少的人管理更多的存储设备的方法，同时还能够降低资本和运营支出。

事实上，在观察今天的经济环境产生的新兴技术的购买需求时，我们很明显的看到，IT决策者在增加更加诱人的附属功能的时候不只是增加了计算或存储能力，取而代之的是，IT管理人员正在寻找一些不但能够切实提供显而易见节约硬件资本同时还可提供必要的物质资源的解决办法。

下图是来自IDC在2013年11月对IT公司的调研数据，如图所示，随着业务的不断增加，对存储的需求成指数上升。

根据预测，未来两年对存储的需求增长为每年41%。

图：

存储增长趋势

同时，存储面临多重挑战：

首当其冲的就是如何在满足不断激增的应用和存储需求的同时，满足客户的SLA。

其后，是故障排除通常需要资深专家的支持。

如何在更少的时间应用更少的成本满足业务部门的SLA需要，在满足策略控制的前提下，简化、自动化管理流程，并确保服务在线，成为企业IT部门在存储领域的关切点。

以前，存储都是在项目开始阶段配置和部署的，在其生命周期中不再更改。

如果要求更改虚拟机所利用的LUN或卷的某些方面或功能，则在许多情况下，需要删除原始LUN或卷并创建具有所需功能的新卷。

这是一项干扰性很强且非常耗时的操作，可能需要花费数周的时间进行协调。

图：

存储压力来源

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。

通过软件定义的存储，可以动态满足虚拟机存储要求，而无需重新调整LUN或卷。

虚拟机工作负载可能会随着时间的推移有所变化，而底层存储可以随时适应工作负载。

通过软件定义的存储，可以动态满足虚拟机存储要求，而无需重新调整LUN或卷。

虚拟机工作负载可能会随着时间的推移有所变化，而底层存储可以随时适应工作负载。

XXX客户作为国内大型企业，信息化建设不断发展。

目前信息化网络以信息中心为运营维护单位，覆盖XXXX等多套业务系统，服务器资源庞大，对存储的需求也不断激增。

出于经济效益和管理安全性考虑，针对虚拟化环境的存储解决方案已经提上日程。

1.2现状分析

随着xxxx信息化建设的不断深入、业务系统的不断上线，一方面提供信息服务的IT软硬件的种类与数量不断增加；另一方面，IT软硬件的运行情况和企业各部门业务的捆绑越来越紧密，IT软硬件承担的责任也越来越重，对xxx数据中心的安全、运营和维护管理的要求也越高。

虚拟化和云计算技术成为xxxx数据中心选择的解决方案。

该数据中心的基础架构由服务器、存储和网络构成，其中，为虚拟化平台提供数据空间的存储大多采用传统的集中存储，包括SAN和NAS等。

随着业务规模和种类不断扩大，运维人员逐渐感受到服务器虚拟化带来的便利和高效，但僵化的传统外置磁盘阵列逐渐成为提高管理水平和效率的瓶颈，数据中心的运维人员需要同时管理服务器、网络、存储等硬件，还要管理业务软件、数据库、中间件、操作系统，甚至虚拟化和云管理平台。

运维人员发现，每当新业务需要存储空间时，负责存储管理的人员必须向存储空间使用方详细了解所需逻辑卷的空间、性能、可用性（快照、容灾）等数据服务的需求。

导致存储无法做到像虚拟服务器那样快速高效分配计算资源一样，去分配存储资源。

整个数据中心运维的敏捷性、灵活性都因此受限。

而且，如果采用传统外置磁盘阵列，按照最高SLA（服务等级协议）进行配置，将会导致成本居高不下，并造成严重浪费。

同时单个存储的功能与性能绑定在某个具体存储硬件上，并不能满足所有的应用要求。

如果为不同的应用配置不同的集中存储，将会造成大量的分散的集中存储，造成管理的困难。

此外，集中存储存在扩展性问题，存储的容量无法随服务器计算能力的扩展实现存储容量的水平扩展。

同时，集中存储在扩容的时候可能面临被存储硬件厂商绑架，丧失议价能力。

可见，XXX面临的主要挑战有：

◆存储资源利用率低

◆运维管理压力大

◆存储无法随应用SLA调整

◆存储无法水平或垂直扩展

◆总体拥有成本居高不下

2

2.1数据中心虚拟化对存储提出新的要求和挑战

随着虚拟化成为基础架构主要的工作负载机制，数据中心的存储设计面临前所未有的挑战：

图：

面临三个领域的挑战

第一个挑战是管理复杂、不灵活。

存储一直是虚拟化架构设计中最关键的环节之一。

很多性能的问题都和存储有关。

虚拟化架构师需要了解很底层的存储设备及其特性，需要在IOPS，延迟和容量等各个方面优化。

另外存储的分层、扩展和运维都有很多考虑的方面。

在引入软件定义的存储以前，存储都是在项目开始阶段配置和部署的，在其生命周期中不再更改。

如果要求更改虚拟机所利用的LUN或卷的某些方面或功能，则在许多情况下，需要删除原始LUN或卷并创建具有所需功能的新卷。

这是一项干扰性很强且非常耗时的操作，可能需要花费数周的时间进行协调。

第二个挑战是费用昂贵。

或者要求性能很高，采用外置磁盘阵列，将大幅提高整个虚拟化解决方案的成本。

第三个挑战是无法确保差异化服务等级。

由于数据存储选择LUN时并不考虑每个虚拟机的性能和可用性要求，因此难以在存储方面保证不同应用或者不同虚机的SLA。

在每个卷中包含多个VMDK的情况下，很难排除性能问题。

虚拟环境的数据中心，要求存储能够提供新的特征：

◆提供虚拟机精确控制

◆在应用高度整合的情况下满足性能要求

◆提供与vSphere相同级别的应用和数据移动性

◆支持快速调配零停机操作

◆按需动态扩展

◆支持VDI和大数据等新应用

◆性能可以满足对关键应用的需求

这些新特性是传统的存储所不能满足的，因此软件定义的存储应运而生。

它从前文提及的三个维度解决虚拟化数据中心面临的问题和挑战：

简化存储的管理、降低总拥有成本、实现端到端的SLA交付。

图：

解决三个领域的挑战

2.2什么是软件定义的存储

软件定义的存储是软件定义的数据中心的基本组件，可对存储资源进行抽象化处理，以支持存储的池化、复制和按需分发。

这使存储层与虚拟化计算层非常相似：

都具有聚合、灵活、高效和弹性扩展的特点。

它们的优势也如出一辙：

全面降低了存储基础架构的成本和复杂性。

综合来看，软件定义的存储具备如下三个特征：

Ø以应用为中心的策略，可实现存储使用自动化

软件定义的存储支持对异构存储池中的所有资源实施一致的策略，使存储的使用像为每个应用或虚拟机指定容量、性能和可用性要求那样简单。

这种基于策略的自动化最大限度地利用了底层存储资源，同时将管理开销降至最低。

Ø与硬件无关的虚拟化数据服务

数据服务（如快照、克隆和复制）作为虚拟数据服务在软件中交付，并按虚拟机进行调配和管理。

独立于底层存储硬件使得这些服务的分配极其敏捷和灵活。

Ø通过硬盘和固态磁盘虚拟化确保数据持久性

随着服务器功能的增多，软件定义的存储解决方案可让企业利用廉价的行业标准计算硬件来扩大其存储资源。

利用固态磁盘和硬盘作为虚拟机的共享存储，可获得高性能、内置的恢复能力和动态可扩展性，并将存储总体拥有成本降低50%之多。

3

VMware是这样定义“软件定义的数据中心（SoftwareDefinedDatacenter，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。

3.1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VMwarevSphere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VMwarevSphereAPI，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：

◆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

◆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

◆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VirtualSAN和基于共享存储的解决方案VirtualVolume，本方案建议书主要介绍分布式存储解决方案—VirtualSAN。

VMwareVirtualSAN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。

VirtualSAN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

VirtualSAN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，VirtualSAN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。

VirtualSAN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VirtualSAN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

Ø体系结构和性能

VirtualSAN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，VirtualSAN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。

VirtualSAN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。

Ø可扩展性

VirtualSAN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。

Ø管理和集成

VirtualSAN无需安装其他软件，只需单击几下即可启用。

它由vSphereWebClient管理，并与VMware产品体系集成，包括vMotion、HA、DistributedResourceScheduler（DRS）和FaultTolerance（FT）等功能特性以及其他VMware产品（如VMwareSiteRecoveryManager、VMwarevRealizeAutomation和vRealizeOperations）。

Ø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。

VirtualSAN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。

Ø可用性

VirtualSAN提供“6个9”企业级可用性

◆利用FTT=2VirtualSAN提供“6个9”保护à每年停机时间不超过32秒

◆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）

◆VirtualSAN通过跨集群镜像使可用性呈指数级增长

◆利用默认的可用性策略，VirtualSAN可提供“5个9”保护à每年停机时间不超过5分钟

◆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

Ø版本对比

VSAN6.2对应的vSphere版本是6.0U2，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（ErasureCoding），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

3.2功能特性

VMwareVirtualSAN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。

VMwareVirtualSAN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：

Ø内置在vSphere内核中

VirtualSAN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——VMwareVirtualSAN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VirtualSAN

Ø全闪存或混合式体系结构

VirtualSAN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，VirtualSAN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。

Ø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。

VirtualSAN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。

ØVirtualSAN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。

Ø高级管理

VirtualSANManagementPackforvRealizeOperations提供一整套可帮助管理VirtualSAN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。

Ø扩展的企业级功能

VirtualSAN新增了关键的企业级功能特性，包括对vSphereFaultTolerance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OracleRAC和MicrosoftMSCS）实现持续可用性。

Ø使用vSphere进行单一窗口管理

利用VirtualSAN,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。

Ø服务器端读/写缓存

VirtualSAN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——VirtualSAN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。

Ø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VirtualSAN数据存储的容量。

ØVSAN的高可用性

众所周知，VMwarevSphere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，FailurestoTolerate）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。

Ø内置的容错能力

VirtualSAN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VSANHCL）。

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

ØVirtualSAN快照和克隆

全新的VirtualSAN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。

Ø独立于硬件

可以在任何服务器制造商提供的硬件上部署VirtualSAN。

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。

Ø与VMware体系进行互操作