1 為什么要推出vSAN

虛擬化依賴于存儲。這就和傳統的列車相類似，火車提速，除了鐵路路基外，主要靠提高車頭的速度和載重。在vSAN推出以前，虛擬化架構是服務器主機+共享存儲，所有數據都保存在共享存儲，此時存儲是“單點故障”和“瓶頸”點。

圖1 火車跑的快，全憑車頭帶

1.1先來看看共享存儲的主要缺點：

(1)擴容較麻煩：存儲擴容需要添加“一組”磁盤，很少有存儲支持添加單一磁盤進行擴容。

(2)存儲接口瓶頸：現在存儲的接口速度是8Gbps、16Gbps，在中大型業務應用中，存儲接口已經成為瓶頸。尤其是多臺服務器同時操作存儲時。

(3)存儲數據鏡像比較困難：因為存儲是單點故障點。如果要對存儲進行“鏡像”，需要專業的設備或軟件，成本較高。

1.2為了解決這些問題，VMware推出的vSAN(分布式共享存儲)，具有一系列優點：

(1)組建容易：使用標準的x86的服務器，使用標準的服務器本地硬盤、通過現有網絡(以太網)組成分布式存儲。

(2)內核集成：vSAN與ESXi內核集成，兼容性好，穩定、安全可靠。

(3)擴容簡單：支持橫向擴展與縱向擴展，無論是向現有vSAN群集添加節點主機，還是向現有節點主機添加1塊到多塊磁盤，都可以在不影響現有業務虛擬機運行的前提下實現擴容。

(4)數據冗余度高：由于vSAN技術的特點，保存在vSAN中的虛擬機數據，本身就具有冗余特性。所以傳統共享存儲比的“單點故障”、“數據鏡像”在vSAN中不存在。

(5)應用范圍廣：vSAN即可在局域網內組成“標準”vSAN群集，也可以用于廣域網環境組成“雙活”數據中心。其最小2節點延伸群集可以組成“雙機熱備”系統。

(6)性能優秀。共享存儲：主要是使用10000轉/分或15000轉/分的2.5英寸或3.5英寸SAS磁盤，組成RAID-5、RAID-6或RAID-50、RAID-60的方式，很少使用RAID-10。RAID-5與RAID-6的寫懲罰分別是4和6，效率較低。而vSAN存儲，除了使用10000轉/分或15000轉/分的2.5英寸或3.5英寸SAS磁盤用做容量磁盤外，還使用高IOPS、高性能的固態硬盤(SSD)或PCI-E接口的NVME 固態硬盤用做讀寫緩存。vSAN存儲，混合架構相當于RAID-10，全閃存架構相當于RAID-50或RAID-60，性能優異。

1.3通過共享存儲和vSAN的對比得知：

vSAN架構相當于“動車組”，數據分布在每臺節點主機并由節點主機共享提供。在傳統架構中，主機只提供計算與網絡資源，在vSAN架構中，主機提供了計算、存儲與網絡資源。

傳統共享存儲架構中，主機與存儲之間通過6Gbp或8Gb的SAS或光纖連接；在vSAN架構中，數據使用主機配置的10Gb或40Gb網絡互連。在vSAN架構中，不存在明顯的瓶頸與單點故障點。

2 vSAN技術參數

在vSphere環境中，使用vCenter Server進行管理。在一個vCenter Server中可以創建多個數據中心，每個數據中心可以創建多個群集，每個群集由多臺主機組成。而vSAN是以“群集”的方式構成，每個vSAN存儲是由一個vSAN群集來管理。

每個vSAN群集：最小1臺主機(無冗余，強制置備)，最多64臺主機。

每臺vSAN主機：最小1個磁盤組，最多5個個磁盤組。

磁盤組：vSAN磁盤組由緩存磁盤與數據磁盤組成。緩存磁盤只能有1個，可以是STAT、SAS或PCI-E接口的固態硬盤；數據磁盤最小1塊，最多7塊。數據磁盤可以是SATA、SAS的HDD或SSD組成，或者是其他接口的固態硬盤。

下面是一些用于vSAN中的固態硬盤相片(生產環境中一定要用“企業級”固態硬盤，“家用級”固態硬盤可以用于實驗或測試環境，不能用于生產環境)。

圖2 SATA接口的SSD(企業級固態硬盤)

圖3 PCI-E接口的固態硬盤

圖4 M.2 NVMe固態硬盤(實驗用，不推薦生產環境用)

圖5 M.2 SATA固態硬盤(實驗用，不推薦生產環境用)

圖6 M.2轉PCI-E轉接卡(實驗用，不推薦生產環境使用)

3 vSAN主機數量與允許的故障數

在vSAN架構中，要達到允許的故障數，與提供vSAN存儲容量的主機數量有關(如表1-4-1所列)，關系如下：

提供vSAN存儲容量的主機數量≥允許的故障數×2+1

表1-4-1 允許的故障數與主機數量關系(適合全閃存與混合架構)

在全閃存架構中，如果采用RAID-5/6方式，則允許的故障數可以選擇1或2，此時主機最小數量、推薦的主機數量如表1-4-2所示。

表1-4-2 全閃存架構中允許的故障數與主機數量關系

在實際的生產環境中，考慮到冗余、維護，要實現“允許的故障數”，推薦的主機數量是“最小數量”加1。

4 理解vSAN數據存儲

VMware vSAN組成的分布式存儲，總體來看，虛擬機數據在本地以RAID-0方式保存，跨服務器以RAID-1方式保存，整體相當于RAID-10效果。對于全閃存架構來說，整體相當于RAID-50或RAID-60。vSAN的數據保存效果又優于RAID-5。簡單來說，以某臺虛擬機使用默認存儲策略為例，虛擬機1的數據會在“服務器1”保存1份，在“服務器2”保存1份，在“服務器3”保存“見證文件”。即任意一臺虛擬機，其數據是保存在3臺服務器中的。只有這3臺服務器中的任意2臺在線時，數據才是完整的。這種數據保存方式可以稱為“2.1”方式。

【說明】 下面將通過查看已經配置好vSAN群集的環境中虛擬機硬盤保存方式，查看驗證這些知識點。

VMware vSAN有兩種配置方式，一是混合架構，另一種是全閃存架構。所謂混合架構，即組成分布式存儲的磁盤組，其緩存盤是固態硬盤，數據盤是傳統的磁盤；全閃存架構，緩存盤與數據盤都是固態硬盤。

4.1混合架構中的數據容錯方式

在混合架構中，數據容錯方式可以在1、2、3之中選擇，此時存儲效果相當于RAID-1或RAID-10。

容錯方式(FTT)為1(vSAN默認存儲策略)時，數據有2份副本、1份見證，需要至少3臺主機，如圖1-5-1、圖1-5-2所示。

圖1-5-1 當FTT＝1時，VMDK有2個組件、1個見證文件

圖1-5-2：虛擬機交換對象

容錯方式為2時，數據有3份副本、2份見證，需要至少5臺主機，如圖1-5-3所示。

圖1-5-3 當FTT＝2時，VMDK有3個組件、2個見證文件

容錯方式為3時，數據有4份副本，3份見證，需要至少7臺主機，如圖1-5-4、圖1-5-5所示。

圖1-5-4 當FTT＝3時，VMDK有4個組件、3個見證文件

圖1-5-5 虛擬機主目錄，4臺主機組成RAID-1，每臺主機的RAID-0。另外有3個見證

4.2全閃架構中的數據容錯方式

在全閃存架構中，除了可以和“混合架構”一樣，使用RAID-10的方式保存(數據容錯方式可以選擇1、2、3)外，還可以以RAID-5或RAID-6的方式存儲，此時數據容錯方式可以選擇1、2。

在全閃存架構中，虛擬機存儲策略選擇RAID-5/6、容錯方式為1時，相當于RAID-5，需要至少4臺主機，如圖1-5-6、圖1-5-7所示。

圖1-5-6 查看VMDK文件：全閃存架構中FTT＝1有4個組件，RAID-5組成方式

圖1-5-7 查看虛擬機主目錄組件：4臺主機組成RAID-5

在全閃存架構中，虛擬機存儲策略選擇RAID-5/6、容錯方式為2時，相當于RAID-6，需要至少6臺主機，如圖1-5-8、圖1-5-9所示。

圖1-5-8 全閃存架構中FTT＝2時有6個組件、RAID-6

圖1-5-9 查看虛擬機主目錄

在混合架構中，虛擬機整體存儲效果相當于RAID-10；在全閃存架構中，虛擬機整體效果相當于RAID-5、RAID-6或RAID-50、RAID-60，具體哪種效果，除了取決于虛擬機使用的存儲策略外還要看虛擬機硬盤的大小。當虛擬硬盤小于等于255GB時不進行拆分，當虛擬硬盤大于255GB時會被拆分。當虛擬硬盤(VMDK文件)進行拆分時，拆分后的文件保存在不同的磁盤或不同主機時，同一個VMDK文件相當于RAID-0，同一個VMDK的不同副本則相當于RAID-1。如圖1-5-10～圖1-5-12所示。

圖1-5-10 RAID-10

【說明】在圖1-5-10中，虛擬機的虛擬硬盤(VMDK)有兩個副本，每個副本以RAID-0的方式保存在不同的主機或同一主機的多個不同磁盤；兩個副本以RAID-1的方式實現(鏡像)。

圖1-5-11 RAID-50

【說明】在圖1-5-11中，虛擬機存儲策略為RAID-5/6，允許的故障數為1(相當于RAID-5)。虛擬機的虛擬硬盤分成4份，其中3份為數據，1份為檢驗文件(數據與檢驗文件大小相同)，相當于4塊硬盤配置為RAID-5。當每份虛擬硬盤文件大于255GB時開始拆分，拆分之后相當于RAID-0。簡單來說，在默認情況下，當配置為RAID-5/6(允許故障數為1)時，虛擬機硬盤大小大于255×3＝765GB時開始拆分。

圖1-5-12 RAID-60

在圖1-5-12中，虛擬機存儲策略為RAID-5/6，允許的故障數為2(相當于RAID-6)。虛擬機的虛擬硬盤分成6份，其中4份為數據，2份為檢驗文件(數據與檢驗文件大小相同)，相當于6塊硬盤配置為RAID-6。當每份虛擬硬盤文件大于255GB時開始拆分，拆分之后相當于RAID-0。簡單來說，在默認情況下，當配置為RAID-5/6(允許故障數為2)時，虛擬機硬盤大小大于255×4＝1020GB時開始拆分。

【說明】vSAN最大組件大小可以通過修改主機“高級系統設置”中的“VSAN.ClomMaxComponentSizeGB”參數來更改，其默認值為255，最小為180，最大為255，如圖1-5-13所示。當組成vSAN主機磁盤組中，容量磁盤小于300GB時，可以將這個參數改為180。

圖1-5-13 VSAN.ClomMaxComponentSizeGB參數

【說明】關于全閃存架構的RAID-5/6。

在vSAN全閃存架構中采用Erasure Coding提高存儲利用率，它類似跨服務器做RAID-5或RAID-6。vSAN可以在vmdk的顆粒度上實現Erasure Coding，可在SPBM(虛擬機存儲策略)里設置。目前不支持在vSAN Stretched Cluster(延伸群集)里使用。

原來FTT=1時(最大允許的故障數為1，即兩份副本)，需要跨服務器做數據鏡像，類似RAID-1，存儲利用率較低，不超過50%。

當FTT=1，同時又設置成Erasure Coding模式，這就意味著跨服務器做RAID-5，校驗數據為一份。它要求至少4臺主機，并不是要求4的倍數，而是4臺或更多主機。以往FTT=1時，存儲容量的開銷是數據的兩倍，現在只需要1.33倍的開銷，舉例來說，以往20GB數據在FTT=1時消耗40GB空間,采用RAID-5 的Erasure Coding模式后，消耗約為27GB。如圖1-5-14所示。

圖1-5-14 vSAN中的RAID-5效果

當FTT=2，同時又設置成Erasure Coding模式，這就意味著跨服務器做RAID-6，校驗數據為兩份。它要求至少6臺主機。以往FTT=2時，存儲容量的開銷是數據的3倍，現在只需要1.5倍的開銷。舉例來說，以往20GB數據在FTT=2時消耗60GB空間,采用RAID-6的Erasure Coding模式后，消耗約為30GB。這樣在確保更高的高可用性的基礎上，存儲利用率得到大幅提升。如圖1-5-15所示。

圖1-5-15 vSAN中的RAID-6

總結

以上是生活随笔為你收集整理的vsan虚拟化和共享存储服务器,1.1 vSAN入门及数据存储的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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