儲存月報第73期：容器時代VMware儲存架構新進化

上市已超過一年半的vSphere 7.0 Patch 2，發布當時我們僅視為一次相對小規模的更新，但現在回顧起來，我們認為這是vSphere發展歷程的一個關鍵轉折點，因為其中包含一項vSphere儲存架構的重要改進——藉由引進新的vSAN資料持久性平臺（vSAN Data Persistence Platform，DPp），為vSphere底層的vSAN儲存環境，建立直通容器化應用環境的紐帶。

經過一年多的發展，vSAN DPp這個新架構不僅成為VMware自身Tanzu容器應用環境的儲存架構核心，也吸引一批廠商以這種新架構為基礎，在VMware平臺建構出容器化的物件儲存平臺，例如，Dell的ObjectScale，以及Minio、Cloudian等，特別是今年發表的ObjectScale，讓我們看到透過vSAN DPp在vSphere建立主流容器化儲存應用的潛力，開拓了以虛擬化平臺建構容器化儲存環境的新典範。

vSAN的容器應用局限

自2014年隨vSphere 5.5推出的首個版本以來，vSAN便成為vSphere平臺的標準儲存基礎架構，能為上層的VM提供具備高擴展性與高可用性的儲存空間。然而，到了應用程式容器化盛行的今日，vSAN的架構卻可能成為累贅。為何如此？

首先，容器應用程式的所有存取I/O，都須經由vSAN儲存層的中介，才能到達底層儲存裝置，既導致存取延遲的增加，也限制了容器應用程式的I/O效能。

其次，vSAN的資料保護機制，也與容器平臺的保護機制之間，形成了重複。vSAN是透過跨節點的多複本鏡像複製與Erasure Coding，來提供資料保護與高可用性能力，但目前Kubernetes等容器應用平臺都擁有自身的多複本複製保護機制，因此，將容器應用部署在vSphere環境時，便形成了保護架構的疊床架屋——底層的vSAN有一套多複本保護，上層的容器也有一套多複本保護，不僅浪費資源，也會影響效能。

而後起的vSAN DPp，便是為了解決前述2個問題而誕生。

vSAN資料持久性平臺的基本概念

vSAN DPp是作為連結上層容器應用程式，以及底層vSAN儲存叢集的中介管理架構，可以關閉vSAN層級的多複本複製機制，讓容器應用層級來處理資料複本複製功能，並提供容器直通底層儲存裝置的I/O通道，能讓容器獲得更精簡的存取架構與更好的I/O效能，但仍保有與vSphere環境完全整合的管理便利性。

在vSAN DPp架構下，容器應用程式的複本複製架構分為兩大類型：

一為基礎架構複製（Infra-replicated），這也就是傳統的vSAN運作模式，供容器應用程式使用的持久性儲存區（Persistent Volume，PV），是由底層的vSAN來提供儲存空間，以及複本複製功能。

另一為應用程式複製（App-replicated），關閉了vSAN的複本複製功能，提供給容器應用程式的持久性儲存區（PV）是沒有複本複製功能的（Non-replicated PV），由容器應用程式自行提供複本複製功能。

其中應用程式複製類型架構，又分為兩種運作模式：

vSAN SNA

第一種模式稱為vSAN無共享架構（Shared-Nothing Architecture，SNA），這其實仍是傳統的vSAN儲存架構，儲存空間仍是由vSAN儲存池來提供，只是將vSAN儲存策略中的失效容許數量（Number of Failures to Tolerate），即容錯率FTT設定為0，也就是不執行複本複製，形同於關閉了vSAN的多複本保護機制，讓容器應用程式自行處理資料保護功能，但仍能使用vSAN提供的其他儲存服務，例如重複資料刪除、壓縮、加密等。

vSAN Direct

第二種模式稱為vSAN直連架構（vSAN Direct），可以讓容器應用程式直接存取底層的實體磁碟機，vSAN直連叢集中的每臺磁碟機，在vCenter當中，它們都顯示為一個個獨立的VMFS儲存區（datastore），這種存取模式不僅大幅縮短了I/O存取路徑，也允許應用程式對底層實體磁碟機的完全存取控制，不會受到其他VM或工作負載的干擾，可以獲得更高的存取效能。

但是，在vSAN直連架構下，vSAN的所有資料保護與進階服務機制也都不能使用，須由容器應用程式端自行提供這方面的功能。

不同模式的適用環境

vSAN無共享架構與vSAN直連架構，都同樣提供關閉vSAN底層複本複製功能的儲存空間，差別在於：前者的儲存空間仍是由vSAN儲存叢集提供，後者則是直接存取底層實體磁碟。

兩種模式的優缺點，也正好相反。vSAN無共享架構的優勢，是可以使用vSAN複本複製之外的其他資料服務功能，但I/O路徑仍需經過vSAN儲存池的中介，效能相對較低。而vSAN直連架構的優勢，則是可以透通vSAN儲存層，直接存取底層實體磁碟，延遲更短、I/O效能也更高，但缺點是無法使用vSAN儲存層原有的資料服務功能。

VMware認為，vSAN無共享架構適用於多數的容器應用程式，容器應用程式可自行建構多複本保護機制，也能繼續使用vSAN的其他資料服務。

至於vSAN直連架構則適合I/O密集型的容器應用，可提供最短的存取延遲，與底層磁碟的最大效能。更進一步，第3方儲存平臺也能利用vSAN直連架構，以容器型態部署與整合到vSphere環境中。

vSAN資料持久性平臺的基本架構

vSAN資料持久性平臺（DPp）是作為容器應用程式，與底層vSAN儲存叢集之間的中介管理架構，既可提供傳統的vSAN應用架構，由vSAN提供複本複製功能，也能提供關閉vSAN複本複製功能，以及直連底層實體磁碟的存取架構，為容器應用程式提供更簡潔與高效能的儲存架構。

圖片來源：VMware

建構在vSAN DPp上的第3方儲存平臺

事實上，自vSAN DPp發表以來的一年多時間內，便陸續有Dell ObjectScale、Minio、Cloudian等物件儲存平臺，利用vSAN資料持久性平臺的vSAN直連架構，推出整合在vSphere環境的物件儲存解決方案。

ObjectScale、Minio、Cloudian都是相容於S3協定、軟體定義儲存架構的物件儲存平臺，自身都擁有強大的資料保護與資料服務功能，而透過vSAN直連架構整合到vSphere環境後，又能獲得與vSphere超融合環境結合的部署便利性，以及嵌入vCenter的管理便利性。

而這樣的發展，也讓vSAN DPp成為vSphere環境連結容器應用程式的紐帶，隨著容器應用風潮的擴大，重要性也將進一步提高。

架構在vSAN DPp上的第3方儲存平臺

透過vSAN資料持久性平臺（DPp）、以容器形式部署到vSphere環境的儲存解決方案，目前已有Dell的ObjectScale，以及Minio、Cloudian等物件儲存平臺，兼具vSphere的部署與管理便利性，以及藉由直連架構獲得的高效能。

圖片來源：VMware