以伺服器虛擬化軟體起家的VMware,欲將觸角伸往儲存應用領域並非始自今日,早在2011年8月發表vSphere 5.0時,便一同推出了一款Virtual Storage Appliance(VSA)軟體,可在2~3臺ESX主機間建立具有高可用性(HA)保護的NFS datastore,不過VSA的應用規模與功能都存在很大限制,未能真正成為vSphere的一種主要datastore選擇,也未能給VMware平臺的儲存應用帶來重要的影響。

VMware自然明瞭VSA的局限,因此在2012年時曾提出一種採用分散式儲存構想,可整合虛擬環境計算資源與儲存資源,也就是將多臺Hypervisor主機的本機儲存空間,整合為一個分散式datastore,以便為VM提供高擴展性、高可用性、高頻寬的存取服務,可使用vCenter以政策統一管理,預定採用SSD作為快取來提高I/O效能,並能相容於VMware既有的各式各樣應用服務。

而VMware從2013年中開始提供beta版、在2014年3月正式推出的Virtual SAN,正是前述分散式儲存技術的商品化成果,不僅完全擺脫了VSA的局限與青澀,更是一個足以撼動VMware平臺儲存應用生態的產品。

Virtual SAN的基礎概念

透過Virtual SAN,vSphere用戶可直接利用Hypervisor主機的磁碟空間,建構出一個具備高擴充性(單一叢集最大32節點與4.4PB容量)、高可用性(N+1叢集/磁碟故障失效防護)與高效能(每個節點均透過SSD提供大容量讀寫快取),可支援多達3,200臺VM存取的共享儲存空間。

我們可以從幾個不同的面向,來看VMware Virtual SAN這款產品:

Virtual SAN的產品形態

雖然產品名稱中冠有SAN的字樣,但Virtual SAN實際上並不是SAN,而是一套專門應用於存放虛擬機器物件的分散式/叢集式儲存系統。

如同VMware的其他產品,Virtual SAN也是一款純軟體型式的產品,已內含在vSphere 5.5 Update 1中,只要有對應的授權就能啟用。

Virtual SAN的適用環境

與一般的SAN或NAS這類通用型的儲存系統不同,VMware的Virtual SAN是一種「vSphere Only」的儲存系統,而且也只能用來存放VM的物件,而不能用在其他環境或存放其他物件。

Virtual SAN如何架構儲存空間

Virtual SAN是一種叢集式系統,透過將多個節點的本地磁碟空間,組成一個跨多節點的儲存池,從而提供一個跨多節點的共享儲存空間,單就此點來說,Virtual SAN與許多叢集式儲存設備十分類似,不同之處在於Virtual SAN所基於的底層作業環境,與其他叢集儲存系統有異。

許多叢集儲存系統都是建立在Linux或Unix環境上,另一些是基於Windows,而Virtual SAN則是基於VMware的Hypervisor。由於Hypervisor是一種用於執行與管理VM及Guest OS用的特殊作業環境,因而Virtual SAN也被定位於專用於提供存放VM的共享儲存服務,而與其他基於通用作業系統、提供通用共享儲存服務的叢集儲存系統大不相同。

也由於Virtual SAN是基於VMware Hypervisor,相關元件是嵌在Hypervisor核心內,所以也形成了一種「Hypervisor融合」(Hypervisor-Converged)的新形態架構。

叢集+軟體儲存+Hypervisor融合

Virtual SAN是內含在vSphere 5.5 Update 1中的軟體式叢集儲存服務,所以兼有軟體式儲存、叢集式儲存系統以及與Hypervisor融合的特點。

首先,Virtual SAN擁有叢集儲存系統的易於擴充容量與效能、可提供高可用性等優點,只要為叢集添加更多的節點,整個系統的容量、效能與可用性也隨之提高。

其次,Virtual SAN是純粹的軟體式產品,不需要搭配專屬硬體,只需要相容於vSphere的標準x86伺服器硬體即可運行,所以擁有軟體式儲存的獨立於特定硬體外,部署靈活的特點。

第三,Virtual SAN是內含在vSphere Hypervior核心中的一項服務,無論儲存服務的提供還是政策設定管理,都是由Hypervior來執行,而不需要依賴堆疊在Hypervisor上的其他元件。

前兩個特點,都是其他叢集儲存系統或軟體式儲存產品也擁有的特性,唯有第三點是Virtual SAN獨有的特色,也成了這款產品的最大賣點所在。

這也就是說:論及Virtual SAN的無縫式Scale-Up與Scale-Out擴充能力,許多叢集式儲存產品也都能提供,而且擴充能力還比最高只支援32節點的Virtual SAN更大。

論及Virtual SAN獨立於特定硬體外、純以軟體在標準x86伺服器硬體上建構儲存服務的特點,當前也有眾多的儲存虛擬化軟體可以提供類似的功能,而且建構出來的是應用範圍更廣泛、通用的NAS或SAN儲存區,而非Virtual SAN僅供VM使用的專用儲存區。

就連Virtual SAN要求在各結點上搭配使用SSD作為讀寫I/O快取、從而提高I/O效能的作法,目前也有多種搭配SSD的快取軟體可以提供。

但唯有Virtual SAN這一款產品,能夠在Hypervisor這一層級,實現前述全部功能。

Hypervisor融合架構的先天優勢

幾乎所有主流儲存產品都能支援VMware環境,不過都不像Virtual SAN這樣是在Hypervisor這一層級提供服務。

外接式的DAS、SAN、NAS設備,是將磁碟區經由不同的協定,掛載給Hypervisor主機後,再由Hypervisor格式化為供VM使用的datastore,架構上位於Hypervisor的後端。

軟體式儲存產品則是以VM Guest OS端型式部署在Hypervisor主機上,然後再使用VM的磁碟區來為其他VM提供儲存服務,架構上位於Hypervisor前端。

而Virtual SAN則是內含於Hypervisor核心中的一個功能,不需要透過SAN或NAS的傳輸協定掛載,也不需要透過VM部署,只要啟用後,便能將Hypervisor主機上指定的磁碟區,規畫為Virtual SAN的datastore。

這種「Hypervisor融合」架構,可為Virtual SAN帶來兩大優勢:

(1)    架構的堆疊更少,運作更有效率

位於後端的外接式儲存設備,必須經過多層的協定轉換,才能讓Hypervisor上的VM存取資料;類似的,部署在VM Guest OS上的儲存虛擬化軟體,則須經過更多個環節,才能將儲存區提供給其他VM或主機使用。相形下,位於Hypervisor核心中的Virtual SAN,建立出來的是可直接給VM存取的datastore,VM存取I/O所需經過的環節減到最少,架構上更有效率。

(2)    設定操作與Hypervisor融合,管理簡便

無論是位於後端的SAN或NAS設備,還是部署在VM上的軟體式儲存產品,在搭配VMware使用時,管理上都會牽涉到兩個環節,一個是該產品自身的管理介面,另一個是VMware的儲存相關管理介面。而內含於Hypervisor中的Virtual SAN,操作與管理程序也與Hypervisor融為一體,無需獨立的操作介面,管理者利用既有的Web Client介面透過vCenter即可完成Virtual SAN的設定,管理作業只有一個環節。

而藉由Hypervisor融合架構,Virtual SAN還能進一步提供對應用來說更重要的第三項優勢:

(3)    政策驅動的軟體定義儲存

一些廠商把獨立於特定硬體之外、可基於標準化硬體建構儲存服務的儲存軟體,稱之為軟體定義儲存,不過,嚴格來說這只是軟體定義儲存的初步,Virtual SAN還能提供更深層的軟體定義儲存應用。

許多號稱軟體定義儲存的儲存軟體,只達到不依賴特定硬體這個層次,在操作管理上,還是與傳統的儲存設備相同,用戶必須從LUN、Volume與I/O連接映射這些基礎設定著手,然後再掛載給其他主機或VM使用。

而Virtual SAN的操作則能完全隔絕LUN、Volume這些底層設定,用戶只需透過政策設定介面,決定個別VM的儲存區需要故障失效保護與效能服務等級即可,其餘作業都由系統自動完成。如此一來,雖然用戶對底層的控制能力降低了,但整體的操作便利性卻能大幅提高,達到了透過政策驅動,便自動完成整個VM儲存系統建置的深層次軟體定義儲存。

總的來說,「簡化架構與管理」是Virtual SAN最大價值所在,只要運用既有的ESX主機資源,就能建構出效能、容量與可用性均足以滿足企業級應用需求的VM用datastore,而且管理與設定均整合在vCenter中,既免除了使用第三方儲存設備的需求,連帶也大幅簡化了管理作業。

VMware主場優勢改變儲存生態

與應用在VMware環境中的其他儲存軟硬體產品相比,Virtual SAN既具備不遜於其他產品的擴充性、效能與可用性,還可藉由「Hypervisor融合」架構提供更有效率的架構,與更簡便的部署與管理機制。不過從另一方面來看,Virtual SAN的這些優勢,是拜VMware的「主場優勢」所致——唯有身兼Hypervisor平臺供應商與儲存軟體開發商雙重角色的VMware,才能在vSphere的Hypervisor核心中嵌入儲存服務元件,從而實現Hypervisor融合架構的儲存服務。

其他廠商即便也能提供高效能、高擴充性與高可用性的叢集儲存產品,但搭配VMware環境使用時,都只能採用VM Guest OS端部署,或部署在Hypervisor後端,而無法採用Hypervisor融合架構,儘管這對其他廠商來說是非戰之罪,而非技術不足所致。

另一方面,Virtual SAN雖然也存在著僅適用於vSphere的應用環境狹窄限制,但考慮到vSphere在企業機房與資料中心的普及度,即使Virtual SAN是一種「vSphere Only」的產品,藉由內嵌在vSphere中的Hypervisor融合架構,所帶來的架構、管理與部署便利性優勢,預期將給Virtual SAN帶來很大的吸引力與競爭力,從而擠壓其他儲存廠商產品在VMware應用環境中的發展,進而改變當前的儲存市場生態。


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