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去年3月正式問世的Virtual SAN(VSAN),可說是對儲存架構的一種破壞式創新,擾動了整個儲存業界,並帶領企業儲存應用迎向一個新時代。

儘管VSAN是VMware軟體定義儲存架構最根本、也最重要的佈局,也是實現軟體定義資料中心的關鍵環節,但推出第一個VSAN版本時,VMware並不建議將這套產品用於第一線生產應用環境,官方建議適用的面向,是虛擬桌面(VDI)、 開發測試、異地備援與隔離區(DMZ)等第二線應用環境。

不過今年新發表的第二版VSAN,也就是VSAN 6.0,藉由改進了系統底層,大幅提升了系統效能、擴展能力,也強化了可用性,已經具備足以承擔企業第一線生產應用的能力,也成為能夠真正威脅傳統企業級儲存產品的一套軟體定義式儲存解決方案。

系統規模提高為原先的2倍

虛擬平臺儲存應用首要講求的需求之一,是儲存系統能否支撐大量VM應用所需的容量。

VSAN是利用ESXi主機的本機磁碟,來組成跨多臺ESXi主機的datastore儲存叢集,叢集的規模越大、含有的ESXi主機節點越多,支援的容量也越大。上一代VSAN 5.5支援的最大叢集規模,是32臺ESXi主機節點,每臺ESXi主機允許將最多35臺本機磁碟裝置,加入叢集作為儲存空間,所以整個叢集最大硬碟數是1,120臺。

VSAN 6.0則將叢集規模上限提高到64個節點,比上一版提高2倍,和vSphere叢集的最大節點數同等,雖然每臺ESX主機支援的最大磁碟裝置數量仍是35臺,但隨著節點數上限的提高,整個VSAN叢集的最大磁碟裝置數量提高到2,240臺,最大原生容量也從4.4PB提高到9PB,這樣的容量規模,已能和高階企業級儲存陣列或NAS比肩。

除了叢集節點上限提高2倍以外,VSAN 6.0藉由引進新的檔案系統,叢集中每臺主機的存放規格也有所提高,可支援的VM數量提高2倍(從100臺增加為200臺),並能支援大於2TB的Virtual Disk (VMDK)—受限於檔案系統,VSAN 5.5的VMDK有最大2TB的限制,小於vSphere平臺本身能支援的上限(vSphere 5.5以後所使用的VMFS-5檔案系統,便能支援最大62TB的VMDK),VSAN 6.0支援的最大VMDK容量,則提高到和vSphere平臺相同的62TB。

 

從VSAN 5.5到VSAN 6.0的規格提升

 

提供4倍以上的I/O效能

相較於上一代VSAN 5.5,VSAN 6.0最大的改善是在I/O效能。

透過SSD快取與磁碟Stripe等存取加速機制,VSAN 5.5已經能提供相當於中階等級儲存陣列的IOPS效能,官方規格是叢集中每臺主機可提供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。

在前一代的基礎上,VSAN 6.0又引進了幾項改變,將I/O效能一舉提高數倍:

首先,是改換了磁碟格式。VSAN 6.0以源自Virsto的日誌型VMFS-FS檔案系統,替換了VSAN 5.5使用的VMFS-L檔案系統,可改善SSD寫入放大(write amplification,因抹除舊資料、執行垃圾回收與損耗均衡等作業,導致SSD產生額外寫入動作的現象),以及機械式硬碟的隨機I/O效能,不僅改善了存取性能,還附帶提供了更有效率的快照功能。

其次,是支援全快閃組態(All Flash)。VSAN 5.5提供的是一種SSD+傳統硬碟的混合組態,SSD是作為快取,datastore儲存區則使用傳統硬碟,VSAN叢集中的每臺ESXi主機節點,可使用1~5臺SSD作為讀取與寫入快取。而VSAN 6.0除了提供與上一代VSAN 5.5一樣的SSD快取+傳統硬碟混合組態外,也能支援全快閃組態,也就是使用SSD取代傳統硬碟來組成datastore儲存區。

依照官方的數字,即使在相同的混合組態下,VSAN 6.0每個節點的IOPS效能也比VSAN 5.5高出兩倍,若改用全快閃組態,更提供4.5倍的IOPS效能。官方規格宣稱VSAN 6.0每臺主機可有4萬IOPS(混合組態)或9萬IOPS(全快閃組態)效能,換算成最大64節點組態下的IOPS理論值,將可達到250萬到550萬IOPS等級,這樣的I/O效能也足以和當前的高階儲存陣列產品相比擬。

強化系統可用性

VSAN是透過對VM物件產生不同數量的複本(Replica),並分散存放到不同節點上,來確保資料的可用性。當某一個節點、或節點上的硬碟失效,導致原先的VM物件無法被存取時,可透過每個datastore上保存了每個物件metadata資訊的Witnesses資料,將存取需求導向完好的VM複本。

管理者可透過設定失效容許數量(Number of Failures to Tolerate),來決定VSAN要將VM物件複製多少份,設為N代表可容忍N個節點或磁碟故障,此時VSAN會替VM建立N+1個複本,並需要2N+1臺VSAN節點主機來支援。依照這個原則,設為1時,VSAN會建立2個複本,並需要至少3臺節點才能提供。

理論上,VSAN這種產生複本並分散存放到不同節點上的方式,就能確保足夠的可用性,不過對典型機房環境中,這種做法還存在一個漏洞—將複本打散到不同節點上,雖然能應付個別節點層級的失效,但無法因應整個機櫃層級的失效,多臺節點可能都是位於同一個機櫃上,如果發生整個機櫃斷電的意外,那麼VSAN的存取還是會失效。

所以VSAN 6.0新增了一個Fault Domain功能,可將VSAN的節點按機櫃所在,分別切為數個Fault Domain分區,然後強制將VM複本分散到不同的Fault Domain的節點上存放,即使某個機櫃上的節點全部失效,VSAN也還能保持運作。

更便利的快照功能

藉由2013年2月併購Virsto,VMware不僅為VSAN 6.0引進了基於Virsto技術的新檔案系統,同時也引進了基於Virsto技術的快照(Snapshot)功能。

上一代Virtual SAN 5.5採用的快照技術,是基於原始虛擬磁碟變更日誌(redo logs)的vmfsSparse格式,屬於copy-on-write型式的snapshot機制,理論上可為每個VM建立最多32份快照,但VMware建議最多只使用2~3份快照,給使用者的VM管理造成很大的限制。

而Virtual SAN 6.0則藉由新的vsanSparse磁碟格式,提供了全新的快照技術,屬於redirect-on-write型式的快照機制,可以為每個VM提供完整的32份快照,而且VMware宣稱,新快照功能對系統效能的影響更小,效能甚至可以與SAN儲存設備的硬體式快照功能相比。

 

VSAN 6.0的新功能

除了部分介面稍有改變外,VSAN 6.0的設定與操作方式和上一代VSAN 5.5幾乎完全相同,但透過擴展的硬體組態支援與管理功能,大幅改善了效能與擴展性。

支援全快閃組態

上一代VSAN 5.5只支援SSD+硬碟的混合組態,SSD僅作為快取使用。VSAN 6.0則支援全快閃組態,可將SSD作為datastore儲存區使用。

 

 

Fault Domain改善可用性

VSAN 6.0可將叢集中的各個節點,依所在機櫃區分為多個Fault Domain,並將VM複本打散到不同Fault Domain上存放,預防遭遇整個機櫃失效的情況。

 

全新快照功能

VSAN 6.0藉由引進新的檔案系統,而具備了新的快照功能,可確保為每臺VM提供完整的32份快照,快照作業也更有效率,對系統影響更小。

 

叢集健康偵測功能

透過新增的VSAN Health Service Plug-in,管理者可從vSphere的Web Client介面,深入檢視VSAN叢集各個次系統的健康狀態。 

 

【相關報導請參考「VMware虛擬儲存大轉型」】


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