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存儲(chǔ)策略 (Storage Policy) 是管理員定義的一組規(guī)則,這組規(guī)則定義了數(shù)據(jù)對(duì)象在 vSAN 存儲(chǔ)上是如何保存的,存儲(chǔ)策略定義了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性、訪問性能等特性。vSAN 提供了基于存儲(chǔ)策略的存儲(chǔ)管理 SPBM (Storage Policy-Based Management),管理員創(chuàng)建多個(gè)存儲(chǔ)策略,利用 SPBM 來對(duì) vSAN 存儲(chǔ)進(jìn)行靈活地管理,SPBM 是 vSAN 的一個(gè)重要特色。
本文簡(jiǎn)單介紹了vSAN 的OSA架構(gòu),從vSphere 5.5版本開始到7.0,只支持OSA,8.0以后除了支持OSA外,還支持ESA(Express Storage Architecture)。
OSA為傳統(tǒng)架構(gòu),支持SSD+HDD的混合組,或者容量SSD+高速SSD的全閃存組。有容量和性能存儲(chǔ)分層。
ESA為全新閃存架構(gòu),要求使用4塊以上的NVME SSD,512G內(nèi)存、25G網(wǎng)絡(luò)。無存儲(chǔ)分層。
起源
據(jù)說啊OSA架構(gòu)是借鑒了路坦力(Nutanix)的設(shè)計(jì),大概是2013年,SSD的價(jià)格還很貴,這個(gè)設(shè)計(jì)就是利用SSD的高性能,作為讀寫緩存,提升超融合存儲(chǔ)的性能,算是個(gè)劃時(shí)代的產(chǎn)品。VMware的vSAN借鑒了這個(gè)思路,當(dāng)年路坦力的產(chǎn)品依附在VMware平臺(tái)上,而VMware幾乎是抄襲了路坦力,把路坦力氣的嘚嘚的,最后導(dǎo)致路坦力和VMware翻臉。
vSAN 基于虛擬機(jī)為對(duì)象的超融合分布式存儲(chǔ)
Distributed RAID:
vSAN將數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則(Storage Policy)分布到集群各個(gè)物理主機(jī)上,確保數(shù)據(jù)可以在發(fā)生主機(jī)或存儲(chǔ)設(shè)備故障的時(shí)候可以恢復(fù),類似于磁盤整理上的RAID技術(shù),可以理解成分布式的RAID
Objects:
vSAN是一個(gè)對(duì)象存儲(chǔ),虛擬機(jī)是由多個(gè)對(duì)象組成,如虛擬機(jī)磁盤(VMDK),存儲(chǔ)虛擬機(jī)配置的VM home namespace,namespace這種對(duì)象,可以理解成目錄,vSAN的性能數(shù)據(jù),ISO文件,內(nèi)容庫這些都是以namesapce的類型存儲(chǔ)的;當(dāng)虛擬開機(jī)的時(shí)候,VM swap object會(huì)被創(chuàng)建;當(dāng)故障發(fā)生的時(shí)候,vSAN會(huì)創(chuàng)建叫“durablility componet”的對(duì)象,以存儲(chǔ)新寫入的數(shù)據(jù)。
每個(gè)虛擬機(jī)都可以應(yīng)用一個(gè)存儲(chǔ)策略,這代表每臺(tái)虛擬機(jī)冗余方法都可以不一樣。而數(shù)據(jù)分布也是每臺(tái)都是不同,分布在不同容量硬盤上。
Component
為了Object可以在故障的時(shí)候恢復(fù),所以vSAN將Object切成更小的塊(chunk),一個(gè)object由多個(gè)componet構(gòu)成,可以理解為下圖
重要的存儲(chǔ)策略概念
對(duì)象磁盤條帶數(shù) (Number of disk stripes per object)
把虛機(jī)對(duì)象分成多個(gè)條帶 (stripe) 分布存儲(chǔ)在多個(gè)硬盤上,這樣有助于提高數(shù)據(jù)讀取的性能。在下圖的例子中,所示的虛機(jī)被分為兩個(gè)條帶 a 和 b 進(jìn)行存儲(chǔ);因?yàn)橥瑫r(shí)又采用了 Raid-1,所以虛機(jī)對(duì)象又被保存了兩個(gè)副本,一個(gè)副本在服務(wù)器 ESX01 的磁盤組中,另一個(gè)副本存放在位于服務(wù)器 ESX02 和 ESX03 上的磁盤組中。(其實(shí)就相當(dāng)于 RAID 10)
對(duì)象條帶數(shù)實(shí)際上就是 Raid-0 的概念,只不過我們?cè)诙x Raid-0 的配置時(shí),更多使用的是條帶寬度 (stripe width) 的概念,條帶寬度是指每一塊條帶塊的大小,條帶數(shù)量取決于組成 Raid-0 陣列的磁盤數(shù)量。vSAN 中對(duì)象條帶數(shù)缺省為1 (建議不要改動(dòng)這個(gè)值),最大值為12。把這個(gè)值設(shè)置成大于1能夠提高系統(tǒng)性能,但是會(huì)引起更多的資源消耗。
讀緩存預(yù)留 (Flash read cache reservation %)
無論是機(jī)械硬盤和 SSD 組成的混合架構(gòu),還是由高速NVME SSD 和普通SAS/SATA SSD 組成的全閃存架構(gòu),vSAN 都會(huì)把兩種設(shè)備中性能更高的那種設(shè)備用作讀寫緩存(全閃只會(huì)用于寫緩存),從而來提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。這個(gè)參數(shù)指定了為虛機(jī)對(duì)象保留的緩存 SSD 空間占比 (相對(duì)于虛機(jī)大小),缺省為0% ;建議一般情況下不要改動(dòng)這個(gè)值,僅當(dāng)特定情況下需要提高性能時(shí)才改動(dòng)。
vSAN OSA 混合硬盤組里面的緩存盤劃分寫緩沖區(qū)(30%)和讀緩存區(qū)(70%)。
vSAN OSA 全閃存硬盤里面的緩存盤只用于寫緩存,最高利用容量為 600G / 1.6TB。(vSAN8 可擴(kuò)展到1.6TB)
vSAN OSA 緩存和容量硬盤比應(yīng)該是 1/10。
對(duì)象空間預(yù)留 (Object space reservation %)
vSphere 在創(chuàng)建虛機(jī)時(shí)虛擬硬盤有三種格式可以選擇:
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Thick Provision Lazy Zeroed(厚置延遲置零):一開始就分配足額空間給虛擬硬盤,但是等真正寫入數(shù)據(jù)時(shí)才初始化(寫 0);
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Thick Provision Eager Zeroed(厚置快速置零):一開始就分配足額空間給虛擬硬盤,并且完全初始化(寫 0),性能最優(yōu);
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Thin Provision(精簡(jiǎn)置備):根據(jù)虛擬硬盤的實(shí)際使用來分配空間,但在性能上要比上面兩種差一些。
一般為了節(jié)省存儲(chǔ)空間的話,會(huì)使用精簡(jiǎn)置備。
對(duì)象空間預(yù)留參數(shù)定義了創(chuàng)建虛機(jī)對(duì)象時(shí),如果虛機(jī)采用的是 Thin Provision 方式的話,必須為虛機(jī)保留的存儲(chǔ)空間比例 (相對(duì)于虛機(jī)的大小)。
可以忍受的故障數(shù) FTT (Failure to Tolerate)
FTT (Failure to Tolerate) 是定義數(shù)據(jù)保護(hù)等級(jí)的一個(gè)重要參數(shù),FTT = 1 意味著可以忍受一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障。跟 FTT 緊密相關(guān)的另一個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)保護(hù)方法 FTM (Failure Tolerance Method),FTM 也定義了數(shù)據(jù)布局的方式,vSAN 中的 FTM 主要有 Raid-1、Raid-5 和 Raid-6 這幾種。
Raid-1 就是鏡像 (Mirroring),在另一臺(tái)服務(wù)器的磁盤組上保存數(shù)據(jù)的副本,當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),也可以保證數(shù)據(jù)不丟失。下圖展示了 Raid-1 的工作原理,同一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象存在兩個(gè)副本分別存放在兩臺(tái)服務(wù)器上,這種情況下對(duì)應(yīng) FTT = 1。
Raid-5 跟傳統(tǒng)的 Raid 5 磁盤陣列類的概念類似,只不過陣列不是由同一臺(tái)服務(wù)器上磁盤組成,而是由多臺(tái)服務(wù)器上的磁盤組成,通過增加奇偶校驗(yàn)塊來提高數(shù)據(jù)的容錯(cuò)能力。Raid-5 最少要求4個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn) FTT = 1 的容錯(cuò)要求。跟 Raid-1 相比,Raid-5 可以至少節(jié)省 30% 的存儲(chǔ)空間。(在OSA架構(gòu)下,性能會(huì)有一定下降。)
Raid-6 的工作原理跟 Raid-5 類似,只不過采用了雙份的奇偶校驗(yàn)塊,從而使數(shù)據(jù)的容錯(cuò)能力進(jìn)一步提高。Raid-6 最少要求6個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn) FTT = 2 的容錯(cuò)要求。跟 Raid-1 相比,Raid-6 可以至少節(jié)省 50% 的存儲(chǔ)空間。(在OSA架構(gòu)下,性能會(huì)有一定下降。)
vSAN 中的 Raid-5/6 也稱之為糾刪碼 (Erasure Coding),我們可以把它理解成一種跨服務(wù)器的 Raid 陣列實(shí)現(xiàn)。
在ESA架構(gòu)中 Raid-5/6 的性能被優(yōu)化到和RAID1 接近。
IOPS (Input / Output Per Second) 限制
IOPS 是衡量存儲(chǔ)性能的一個(gè)重要指標(biāo),vSAN 通過為虛機(jī)指定 IOPS 限制值,來控制虛機(jī)可以獲得的存儲(chǔ)訪問 QoS (Quality of Service) 服務(wù)質(zhì)量等級(jí)。通過這個(gè)值的設(shè)定可以限制某些非關(guān)鍵應(yīng)用虛機(jī)對(duì)于 vSAN 性能的占用,從而保證關(guān)鍵應(yīng)用虛機(jī)的存儲(chǔ)訪問性能。
校驗(yàn)和 (checksum) 驗(yàn)證
校驗(yàn)和 (checksum) 是在數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中,用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)正確性的一種方法:把數(shù)據(jù)的各個(gè)位數(shù)累加起來,在處理數(shù)據(jù)結(jié)束之后根據(jù)這個(gè)數(shù)值判斷是否接收到的數(shù)據(jù)是否正確,如果數(shù)值匹配那么說明數(shù)據(jù)被正確地處理了。校驗(yàn)和通常是以十六進(jìn)制為數(shù)制表示的形式來進(jìn)行計(jì)算,如十六進(jìn)制串: 0102030405060708 的校驗(yàn)和是 24 (十六進(jìn)制,十進(jìn)制累加結(jié)果為36)。
vSAN 在寫入數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)也寫入該數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和,作為日后比對(duì)的依據(jù)。打開該功能時(shí),vSAN 在后臺(tái)執(zhí)行磁盤掃描 (Disk Scrubbing),如果通過校驗(yàn)和驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤,則重建數(shù)據(jù),能夠自動(dòng)檢測(cè)和解決靜態(tài)磁盤錯(cuò)誤 (silent disk errors)。
強(qiáng)制調(diào)配 (Force Provisioning)
當(dāng)存儲(chǔ)策略中設(shè)定的規(guī)則不能滿足時(shí),vSAN 也可以強(qiáng)制為虛機(jī)分配存儲(chǔ)空間,保證在一些極端條件下 (如存儲(chǔ)空間不夠) 也能夠?yàn)樘摍C(jī)分配空間,讓系統(tǒng)能夠正常地運(yùn)行下去。
存儲(chǔ)策略的定義和使用
定義存儲(chǔ)策略
存儲(chǔ)策略必須在虛機(jī)創(chuàng)建之前建立,這樣才可以在虛機(jī)創(chuàng)建時(shí)選擇使用;當(dāng)然 vSAN 有缺省的存儲(chǔ)策略,如果沒什么特殊需求的話,就可以使用缺省的策略。下圖示意了虛機(jī)存儲(chǔ)策略是如何被創(chuàng)建的,創(chuàng)建之后就可以在 web client 管理控制臺(tái)中看到 vSAN 集群中現(xiàn)有的存儲(chǔ)策略。
使用存儲(chǔ)策略
接下來就可以在創(chuàng)建虛機(jī)的時(shí)候指定它所使用的存儲(chǔ)策略了,或是修改現(xiàn)有虛機(jī)的存儲(chǔ)策略。下圖示意了修改一個(gè)虛機(jī)存儲(chǔ)策略的過程,管理員修改了虛機(jī)的存儲(chǔ)策略后,vSAN 會(huì)根據(jù)新的策略來調(diào)整虛機(jī)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)布局,以符合新的存儲(chǔ)策略的要求。
檢查存儲(chǔ)策略的合規(guī)性 (Compliant)
管理員也可以去檢查虛機(jī)對(duì)象的存儲(chǔ)是否符合存儲(chǔ)策略的規(guī)定,合規(guī) (Compliant) 的意思就是 vSAN 存儲(chǔ)滿足了存儲(chǔ)策略定義的要求。在存儲(chǔ)空間資源短缺的情況下,也會(huì)產(chǎn)生不合規(guī)的情況,例如要求采用鏡像來保存虛機(jī)對(duì)象,如果其他服務(wù)器上沒有足夠空間的話,結(jié)果只保存了一份虛機(jī)對(duì)象副本。如果出現(xiàn)不合規(guī)情況的話,就意味著數(shù)據(jù)對(duì)象沒有得到應(yīng)有的安全保護(hù),也有可能是存儲(chǔ)策略設(shè)置得不合理,管理員就要立即采取行動(dòng),找出造成違規(guī)的原因。
vSAN規(guī)劃注意
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至少單臺(tái)物理服務(wù)器256G 內(nèi)存以上。
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每臺(tái)服務(wù)器CPU是同型號(hào),最少是同代。建議近三年發(fā)布的。
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要求有單獨(dú)的接入交換機(jī)(方便網(wǎng)絡(luò)接入)。
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要求集群數(shù)量最少三臺(tái),推薦為四臺(tái)以上。
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vSAN 集群網(wǎng)絡(luò)之間延遲要求小于1毫秒,最好獨(dú)立VLAN。
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要求有單獨(dú)兩塊硬盤做RAID1 作為系統(tǒng)盤,獨(dú)立于vSAN。
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vSAN 至少要求一個(gè)SSD+一個(gè)HDD,推薦為兩塊SDD 作為緩存層,兩塊HDD作為容量層,作為兩個(gè)硬盤組。
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緩存硬盤和容量硬盤的總?cè)萘勘葢?yīng)該為1:10
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vSAN網(wǎng)絡(luò)要求10G起步,推薦使用25G*2
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緩存盤和容量盤要求直通或RAID0,推薦用SAS卡接入,有一定隊(duì)列深度要求。
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集群中所有vSAN主機(jī)相互訪問延遲不應(yīng)該大于1MS.
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網(wǎng)卡要求四個(gè)10G網(wǎng)卡,其中兩個(gè)作為管理、虛擬機(jī)遷移、vSAN網(wǎng)絡(luò)。其他兩個(gè)為業(yè)務(wù)網(wǎng)卡。
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單個(gè)陣列卡,RAID和直通模式不能混用,否則vSAN會(huì)有問題。vSAN告警
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vSAN 規(guī)定每個(gè)磁盤組最少需要一塊SSD作為緩存+一塊HDD/SSD作為容量層,最多一塊+7塊HDD/SSD作為容量層。每臺(tái)主機(jī)不能多于 5 個(gè)磁盤組。(vSAN會(huì)占用內(nèi)存、 HA也會(huì)預(yù)留內(nèi)存)
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vSAN緩存盤,30%作為寫緩存 70%作為讀緩存。每個(gè)磁盤組僅可以有一個(gè)緩存盤。
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vSAN OSA 混合硬盤組,緩存層和容量層的大小比應(yīng)該最小為 1:10
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vSAN OSA 全閃存硬盤組,緩存盤最大利用率為600G??稍黾邮褂玫?.6TB
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vSAN ESA 架構(gòu),需要每臺(tái)至少有512G內(nèi)存,四個(gè)NVME SSD,兩個(gè)25G網(wǎng)卡。
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vSAN可以部署RDMA 增加性能,但需要網(wǎng)卡+交換機(jī)支持。
硬件兼容性查詢:https://www.vmware.com/resources/compatibility/search.php
延伸閱讀
將 VMware vSphere / vSAN 軟件與 Intel 的最新硬件平臺(tái)技術(shù)相結(jié)合,可以為用戶交付最佳的超融合架構(gòu)平臺(tái),幫助用戶簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)中心管理,降低采購和運(yùn)維成本,輕松應(yīng)對(duì)企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中面對(duì)的各種挑戰(zhàn)。(AMD目前的服務(wù)器CPU性價(jià)比更高。)
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VMware vSAN 是最佳的存儲(chǔ)方案平臺(tái),具有管理簡(jiǎn)便、高性能、低成本、易擴(kuò)展的特點(diǎn),在 vSAN 平臺(tái)上可以支持任何類型的應(yīng)用。
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Intel 至強(qiáng)處理器提供最強(qiáng)計(jì)算能力,基于傲騰 (Optane) 和 3D NAND 技術(shù)的固態(tài)盤是理想的高速緩存,以太網(wǎng)融合網(wǎng)卡提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)帶寬和低網(wǎng)絡(luò)延遲。(傲騰 產(chǎn)品線已經(jīng)被放棄了。)
參考文檔
https://blogs.vmware.com/china/2018/12/29/vsan-%E5%AD%98%E5%82%A8%E7%AD%96%E7%95%A5%E6%BC%94%E7%A4%BA/
https://communities.vmware.com/t5/VMware-vSAN-Discussions/cache-size-in-vSAN-6-2/td-p/2225513
https://zhuanlan.zhihu.com/p/686508940