iThome

無論就VMware本身,還是整個企業儲存應用來說,Virtual SAN(vSAN)的問世都是一個重要的事件,不僅開創了新的儲存應用型態與產品類型,也將虛擬化環境的儲存架構帶入新紀元。

vSAN的基本概念很簡單——直接將Hypervisor主機本身的磁碟資源,作為上層VM的儲存空間,並透過多節點叢集架構,來提供企業儲存不可或缺的擴展性、資料保護與高可用性能力。所以,vSAN本質是一套分散式儲存系統,可跨多臺Hypervisor主機、將底層磁碟建構為供VM使用的叢集儲存空間。

雖然概念簡單,但vSAN的應用型態,可說是集當前流行3種儲存應用架構於一身:軟體定義儲存,分散式儲存,以及超融合儲存架構,代表了企業儲存的發展方向。

軟體定義儲存

軟體定義儲存的精神在於,基於市售標準化伺服器硬體,以軟體型式,建構獨立於特定硬體之外的基礎儲存服務。

而vSAN的架構正由軟體所定義,vSAN的本體是嵌在vSphere核心的一項軟體功能,可直接使用Hypercisor主機的磁碟空間與運算資源,來建構vSAN的儲存叢集空間與服務,完全不依靠任何特定規格硬體。

分散式儲存

不同於傳統的雙控制器儲存系統,分散式儲存是透過叢集架構,跨多臺主機節點來組織需要的儲存空間與服務,從而能提供更彈性的Scale-Out擴展能力,以及資料保護與高可用性能力。

而vSAN的本質,正是一套分散式物件檔案系統,可以建構最小雙節點、最大64節點的儲存叢集,可透過跨節點間的資料複製來提供資料保護能力,並搭配上層的vSphere主機叢集,提供VM層級的高可用性能力。

超融合儲存架構

將運算、儲存功能結合在單一伺服器伺服器上,上層透過Hypervisor以虛擬化型式來應用與管理資源,底層則透過分散式儲存系統,提供叢集化的彈性擴充能力、資料保護與高可用性,便是當前最熱門的超融合應用架構。

而vSAN與vSphere的結合,正是標準的超融合應用架構。vSAN的產品本質,是專門搭配vSphere平臺的底層儲存叢集服務,先天上,就屬於超融合型式的部署與應用架構。

vSAN迅速竄起

vSAN並不是第一個結合VM應用、提供超融合部署架構的儲存叢集軟體產品,不管是從軟體定義儲存的Server SAN領域,還是從超融合架構領域來看,vSAN都是後來者,在VMware發表vSAN之前,Nutanix、HPE等廠商就已開始推動這類型產品的應用。儘管不是同類產品中最早的,但VMware挾著身為當前最重要Hypervisor供應商的優勢,讓vSAN後來居上,成為同類產品中最有影響力的一款。

如果我們以Server SAN儲存軟體的角度切入,在vSAN尚未問世的2013年,當時Server SAN市場的龍頭是HP(市占37%)、Nutanix(市占27%)與Simplivity(市占11%)(Wikibon Server SAN研究報告,2014年)。不過,當vSAN投入市場後,情勢便完全改觀,vSAN迅速竄起,以2015年的Server SAN市場為例,領先者分別為Nutanix(市占17%)、VMware vSAN(市占14%)、EMC ScaleIO(14%),而HPE VSA則跌落到第4(12%),Simplivity也後退到第5(6%)(Wikibon Server SAN研究報告,2016年)。

藉由VMware這種重量級廠商的推廣,vSAN以驚人的速度竄起,不僅為用戶提供了一種新的軟體定義儲存產品的選擇,更重要的是藉由結合在vSphere平臺內的優勢,提供了便於部署的軟體定義儲存產品,從而加速與普及了企業儲存應用的軟體定義化發展。

vSAN的發展與功能擴充

當然,vSAN的迅速竄起,主要歸功於VMware的力推,以及內嵌在vSphere這個當前最重要虛擬化平臺的優勢,也就是廠牌與作業平臺的因素。就技術與功能面來說,相較於其他叢集儲存軟體,vSAN最早推出的5.x版,較突出的特點是提供與VM結合的儲存政策管理,但這也是VMware平臺帶來的優勢,至於存取機制、資料保護、效能與進階功能等方面,尚不如一些問世更久的產品那樣完整與彈性。

不過,VMware追趕的腳步很快,自6.x版起,vSAN更新了基礎架構、顯著提高了效能、並逐步補齊了各式進階功能。特別是2015年初發布的6.0版,與2016年初的6.2版,是vSAN發展歷程中的兩大轉折點,6.0版引進了新的底層架構,大幅提高了效能,並提高了一倍擴充上限;6.2版則導入重複資料刪除與壓縮功能(須搭配全快閃組態),以及更彈性的跨節點資料保護架構。

到了6.x版之後,vSAN在同類產品中,架構與功能已具備了足夠的競爭力,不再只是依靠「招牌」取勝。

從5.x版到6.x版的發展,我們可以將vSAN的演進,分為7個面向:

部署門檻的降低

系統部署的門檻需求與複雜度,是影響用戶使用vSAN意願的一個重點,而vSAN 6.x版的發展過程中,對於降低部署門檻作了不少努力,包括最小叢集節點數量的降低,與網路組態的簡化。

如同大多數儲存叢集軟體,vSAN最初的最低部署規模是3個節點,以確保足夠的可用性,但這也帶來較高的部署門檻。於是從vSAN 6.1版起,便增加了雙節點的組態選擇,可以為遠端分支辦公室提供較簡單、成本也更低的VSAN環境,只需搭配一個位於第3方的虛擬化見證主機(witness appliance VM)即可。

然而,vSAN 6.1的雙節點架構仍須搭配1臺10GbE交換器,於是vSAN 6.5又進一步支援可直接對接的雙節點組態,讓雙節點架構下的2臺vSAN節點直接對接連線,省下額外部署10GbE交換器的需求,進一步降低了vSAN的部署門檻。

vSAN部署時另一個經常造成困擾的問題,是要求vSAN節點間的網路必須是Multicast組態,於是到了最新的vSAN 6.6版,改用更簡單的Unicast組態,可顯著簡化部署vSAN的困難。

支援最新儲存硬體規格

軟體定義儲存架構的優點之一,是便於支援最新規格硬體,享受到新硬體的好處,而vSAN的改版過程,便很好地體現了這個優勢。

在vSAN 6.0中,新增支援當前流行的全快閃架構,以便讓vSN儲存叢集承載高IOPS應用。

接下來在vSAN 6.1中,又新增支援NVMe介面SSD,以及DIMM型式Flash儲存裝置等新式儲存設備。到了最新的vSAN 6.5版,又進一步新增支援Intel剛推出的Optane SSD,緊跟SSD硬體規格的最新發展,只要在vSAN叢集節點主機安裝這些新式儲存裝置,就能讓vSAN儲存叢集晉身到最新的NVMe介面架構,或新一代的SSD儲存媒體。

I/O效能持續提高

在最早的5.5版推出時,VMware官方提供的效能規格,是叢集中每臺節點主機可提供2萬IOPS,最大32節點時的理論值是64萬IOPS,某些實測甚至宣稱可達到200萬IOPS,但整體上來說只達到中階儲存系統的層次,還不適合用來承載高I/O負載的應用。

不過,從6.0版起,vSAN藉由改換檔案系統與磁碟格式,搭配支援全快閃組態,一舉將效能提高了4倍,SSD+硬碟混合儲存組態下的單臺主機可擁有4萬IOPS效能,全快閃組態下每臺主機更可提供9萬IOPS,理論上最大64節點組態下的IOPS可超過500萬,已具備高階儲存陣列等級的效能表現,足已承載高交易型式的工作負載。

接下來VMware仍持續改善vSAN的I/O效能表現。到了最新的vSAN 6.6版,又藉由存取架構的進一步改進,以及支援Optane SSD等新型儲存裝置,讓I/O效能又有大幅度的提高,VMware宣稱vSAN 6.6叢集中每臺節點主機的IOPS效能可超過15萬IOPS(全快閃組態),比舊版本提高50%以上,整個vSAN叢集則可有超過600萬IOPS效能,已經可與頂級全快閃儲存陣列產品相比擬。

為了便於用戶擴展vSAN儲存環境的效能,VMware也放寬了全快閃組態的授權。最初提供全快閃組態的vSAN 6.0版,只有Advanced版與Enterprise版的授權,才能啟用全快閃組態。而從vSAN 6.5版起,包括低階與入門級的Standard與ROBO版在內,全部vSAN版本的授權都能啟用全快閃組態。

更有效率的儲存空間運用

vSAN最初是透過跨節點間的多複本鏡像複製,來提供資料保護與高可用性。

不過,多複本鏡像複製,也存在儲存空間利用率低的缺點——在最低的雙複本架構下,可用空間只有1/2;而在3複本架構下,空間則只剩1/3。這對於單位容量成本較低的SSD+硬碟混合儲存組態,或許還可忍受,但對於全快閃組態來說,這樣低比例的實際可用空間便難以讓人接受。

因此在vSAN 6.2版時,VMware引進了2項幫助提高儲存空間的技術。

首先,是支援壓縮與重複資料刪除兩項空間縮減技術,這對於底層帶有大量重複資料的VM應用環境,可以提供顯著的空間節省,VMware宣稱藉此可以節省最多達7倍的空間耗用。

其次是支援RAID 5與RAID 6層級的Erasure Coding架構,也就是建立跨節點的RAID 5或RAID 6資料保護架構,比起vSAN原本基於跨節點RAID 1鏡像的資料保護架構,Erasure Coding可節省儲存空間,只要4節點以上叢集,就能使用跨節點RAID 5組態,若有6節點以上,還能使用RAID 6,分別可比同樣節點數量下的RAID 1組態,節省33%與50%容量耗用。

更豐富的高可用性機制

原本vSAN唯一內含的可用性機制,是透過跨節點鏡像的多複本架構,提供容許叢集主機或磁碟失效的容錯,其餘高可用性便須依靠上層vSphere的HA、vSphere Replication等功能來提供。

在vSAN 6.0時,新增Fault Domain分區功能,將vSAN節點分散配置到不同機櫃的,可針對單一機櫃失效造成同時失去多臺vSAN節點,進而導致vSAN超過的容錯能力上限的狀況,因此,能進一步強化vSAN的可用性。

稍後的vSAN 6.1版,又增加了可跨遠端部署的延伸叢集(Stretched Cluster)功能,可在遠端站點間建立鏡像同步,提供更高層級的容錯與保護能力,即使本地端vSAN叢集完全失效,也能即時由遠端站點接續提供服務。

更彈性的系統管理

一直以來,vSAN的系統管理,都是透過Web Client介面、經由vCenter來執行,這也是VMware當前標準的管理方式,不過一旦vCenter Server離線或失效時,Web Client介面也跟著失效,管理者也就無法掌握vSAN的狀況。此外,Web Client介面的親和性與即時反應性,也一直為許多IT管理人員所詬病。

因此在vSAN 6.6版中,新增透過ESXi Host Client網頁介面來管理vSAN的功能,來檢視vSAN Datastore的叢集狀態,提供了Web Cliert與vCenter以外的另一個vSAN管理方式。

更多元化的儲存空間運用

隨著虛擬化應用的普及,vSAN已經是當前企業儲存應用的要角,應用範圍卻未能超出vSphere平臺之外。vSAN只適用於vSphere,是一款「vSphere專用儲存產品」,也制約了vSAN的應用領域。

6.5版起,VMware終於解開了vSAN的束縛,讓VSAN也能透過iSCSI協定,為包括實體與虛擬主機在內的其他平臺提供儲存服務,讓vSAN儲存空間可為更多樣化的平臺提供服務,而這也讓vSAN轉型為通用型的儲存平臺。

除了透過iSCSI協定分享vSAN儲存空間外,VMware還預定讓vSAN支援NFS協定,讓vSAN也能透過NFS協定分享儲存空間,進一步擴大應用範圍。

當前領先群的軟體定義儲存產品

與同類產品相比,vSAN從問世以來,在技術方面一直不是「業界第一」或「率先提供」,我們前面提到的許多vSAN新功能發展,都是追隨其他廠商的腳步,例如壓縮與重複資料刪除、Erasure Coding容錯架構,還是透過iSCSI與NFS協定分享空間等功能,Nutanix都更早一步支援,而後VMware才跟進。

儘管如此,VMware的技術追趕腳步十分迅速,目前在同領域廠商中,也只剩下Nutanix能領先VMware半步,而把大多數廠商拋在後面,vSAN已經躋身同類產品領域的技術領先群,成業界領導產品之一。

 

 vSAN歷年發展沿革 

 

 使用vSAN的代價:軟體授權費 

如同所有的軟體定義儲存產品,雖然不會被特定硬體給綁住,但會被軟體授權給綁住;固然可透過使用通用硬體設備來減輕硬體成本負擔,但軟體授權費用的負擔卻不輕。

因此用戶究竟適不適合使用vSAN這類軟體定義儲存產品,來替換硬體式儲存陣列,仍須精算後才能確定。

以vSAN來說,硬體部份只需直接使用x86伺服器,搭配普通的SSD或硬碟,只要注意硬體是否在VMware相容清單內即可,這部份的負擔確實較輕。不過在軟體部份,vSAN是嵌在vSphere內,所以用戶必須先有vSphere的軟體授權,再額外加上vSAN的授權,才能啟用vSphere內的vSAN。另外vSAN運作時需要vCenter,所以用戶還得準備好vCenter。其中vSAN本身的授權費,便相當於vSphere或更高(兩者都是按實體處理器數目計價)。

也就是說,用戶須有vSphere、vSAN與vCenter的軟體授權,才能使用vSAN。而且除非是最低階的ROBO版,Standard版以上的vSAN,都需要3臺節點才能運作,因此vSphere與vSAN的授權都要有3份,而vCenter則只需1套。

以目前行情來看,要準備好1個最基本的3節點vSAN叢集環境,假設3臺主機各有2顆處理器(常見的組態),並以Standard版vSphere與vSAN軟體授權為基準,加上伺服器與SSD、硬碟等硬體元件,合計的軟、硬體總費用,將不下於一套規格不錯的企業級中階儲存設備,如果換成較高階的軟體授權,例如Enterprise Plus版vSphere搭配Enterprise版vSAN,軟體授權費用還會進一步提高。

而且,此後用戶每擴充一個vSAN節點,還須付出相對應的vSphere與vSAN軟體授權費。

 相關報導 vSAN:VMware軟體定義儲存平臺的新進化


Advertisement

更多 iThome相關內容