基于VVOL 的存儲策略規(guī)劃*

陳 婷

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，廣東 珠海519000）

引言

在傳統(tǒng)VMware 存儲中，龐大數(shù)量的虛擬機(jī)都由單一LUN 控制，這讓在虛擬卷（VM）粒度上的數(shù)據(jù)管理變得相當(dāng)困難。例如，如果單一虛擬機(jī)占用資源，那么管理員將花大力氣找出問題所在。LUN 粒度上還會帶來這樣的問題：一個LUN 上控制的所有VM 將獲得統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)配置，像是快照、復(fù)制、克隆、加密和數(shù)據(jù)去重等等，不管它們是否需要。

虛擬卷改變了這樣一種狀況，存儲能夠預(yù)置給獨(dú)立的虛擬機(jī)，而此虛擬機(jī)將被分配需要的服務(wù)。基于存儲策略的管理功能將完成存儲資源的合理分配任務(wù)，它將有效簡化存儲配置和日常虛擬機(jī)的管理。

本文主要通過探究傳統(tǒng)的虛擬化解決方案中缺陷和不足，以及對虛擬卷VVols 技術(shù)相關(guān)技術(shù)的介紹，最終確定了軟硬件配置、整體拓?fù)溥B接等基于VVOL 存儲形式的整體構(gòu)建方案。

1 相關(guān)技術(shù)簡介

1.1 VVols

Virtual Volumes（VVols）是新的概念，可以根據(jù)虛擬機(jī)的需求進(jìn)行動態(tài)地分配，用來幫助虛擬機(jī)和應(yīng)用程序擁有更好的存儲分配。在傳統(tǒng)的基于VMware 的虛擬機(jī)存儲架構(gòu)中，虛擬機(jī)一般被表現(xiàn)為VMFS 文件系統(tǒng)（如vmdk）。而VVols 存儲構(gòu)建方案，與傳統(tǒng)虛擬機(jī)方案相比，則去掉了原來的VMFS 文件系統(tǒng)這一抽象層，它是通過上層軟件GUI 界面的存儲容器Storage Container 技術(shù)給用戶提供了一個一致統(tǒng)一的抽象層。那么對于虛擬卷上層對象，即虛擬機(jī)來說，該方案封裝了底層存儲的細(xì)節(jié)，使得用戶不再需要知道數(shù)據(jù)到底存儲在磁盤陣列的某個具體位置。從而實(shí)現(xiàn)存儲的定義和使用相互分離的目的，也實(shí)現(xiàn)了存儲虛擬化技術(shù)。

1.2 存儲容器

Storage Container（SC）即存儲池，相當(dāng)于儲存池，是底層存儲容量的資源池，用來分配和約束存儲容量。虛擬卷VVols 則存儲在SC 上，當(dāng)對位于某個存儲池的虛擬卷進(jìn)行操作時，實(shí)際操作的是該SC 對應(yīng)的存儲池所位于的底層磁盤陣列。

存儲池是由軟件GUI 界面的存儲管理員，進(jìn)行定義與創(chuàng)建，是一個虛擬存儲結(jié)構(gòu)。這樣的話，在理論上，SC 支持實(shí)時、無限量的容量擴(kuò)容和縮容。另外，SC 的創(chuàng)建較為靈活，還可以給包含不同配置和類型的整個磁盤陣列創(chuàng)建成一個SC，在創(chuàng)建虛擬機(jī)時就可以優(yōu)先選用某些配置高的磁盤陣列。在VVols 存儲方案中，也可以通過VASA Provider 界面給虛擬機(jī)指定磁盤策略（VM Storage Policy），比如金銀銅存儲策略，從而達(dá)到硬件存儲資源的更合理的分配，以及創(chuàng)建虛擬存儲池和磁盤陣列使用分離的目的。[1]

1.3 協(xié)議端點(diǎn)

Protocol Endpoints（簡稱PE）即協(xié)議端點(diǎn)，主要用于ESXi 主機(jī)與磁盤陣列兩者之間的I/O 通信的數(shù)據(jù)傳輸交流的一種新機(jī)制。其類似于I/O 代理，是ESXi 主機(jī)和虛擬卷之間的I/O 連接通道。PE 是在上層軟件GUI 界面建立的，可建立ESXi 主機(jī)->PE 點(diǎn)->磁盤陣列的FC/iscsi 連接。引入?yún)f(xié)議端點(diǎn)這個新概念，使得ESXi 主機(jī)原本獲取信息是由存儲陣列上的虛擬卷來得到，現(xiàn)在則可以通過PE 與虛擬卷VVols 之間進(jìn)行通信來獲取信息。

相較于傳統(tǒng)方式，在基于SAN 的存儲系統(tǒng)上，該系統(tǒng)的協(xié)議端點(diǎn)可當(dāng)作一個個LUN 來處理；對應(yīng)NFS 存儲陣列，其上PE 可視作一個掛載點(diǎn)（Mount point），數(shù)據(jù)不會存儲在PE 上，而是從ESXi 主機(jī)轉(zhuǎn)移到在存儲容器上的vSphere VVOL。

1.4 存儲提供程序

VASA Vendor Provider，以下簡稱VASA Provider，即存儲提供程序。其本質(zhì)是在vSphere 環(huán)境中提供充當(dāng)存儲感知服務(wù)的軟件。存儲提供程序的主要功能在于，能夠建立起客戶服務(wù)器、EXSI 主機(jī)、以及底層磁盤陣列三者之間的聯(lián)系。

VASA，指的是存儲感知的vSphere API（編程接口）。該API 接口可為vSphere 提供底層的相關(guān)磁盤陣列的各種信息，包括功能特性（如快照、復(fù)制、擴(kuò)容縮容、RFID 級別）和狀態(tài)（磁盤容量、運(yùn)行狀況、故障排除等）等。

協(xié)議端點(diǎn)PE 是由上層客戶GUI 界面建立并與EXSi服務(wù)器建立初次連接，而其提供的協(xié)議方式是由不同的EXSi 主機(jī)的選擇來決定的，此后通過存儲提供程序VP 實(shí)現(xiàn)vSphere Vcenter 界面來自動感知并獲取不同EXSi 主機(jī)上的相應(yīng)的PE，并將感知到的PE 與對應(yīng)的EXSi 主機(jī)進(jìn)行再次連接，實(shí)現(xiàn)上層服務(wù)器與底層磁盤陣列的I/O 數(shù)據(jù)的傳輸。

1.5 存儲策略管理

VMware vSAN 提供了基于存儲策略的存儲管理SPBM（Storage Policy-Based Management）。通過存儲策略的管理（SPBM），可以實(shí)現(xiàn)軟件定義的存儲實(shí)現(xiàn)策略驅(qū)動（Policy -driven）的自動化。

例如，在主機(jī)集群EXSi 上啟用vSAN，通過主機(jī)EXSi與協(xié)議端點(diǎn)PE 的連接，可在集群界面自動感知在GUI 界面建立好的存儲池SC，并在該界面為該存儲池進(jìn)行設(shè)置，分配相應(yīng)的存儲策略。該存儲策略定義了虛擬機(jī)的存儲要求，這些策略確定如何置備和分配數(shù)據(jù)存儲內(nèi)的虛擬機(jī)存儲對象，以保證達(dá)到要求的服務(wù)級別。如圖1 所示即為基于MascoSAN ISCSI DISK 的VVOL 存儲策略選擇。

2 傳統(tǒng)存儲策略部署

在當(dāng)前磁盤存儲市場上的主流存儲解決方案主要為：直連式存儲DAS、網(wǎng)絡(luò)接入存儲NAS 以及存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN。本文主要討論兩種非直連存儲類型的存儲部署方案。

圖1 存儲策略

2.1 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN

SAN 指的是一種儲存技術(shù)，其依托于網(wǎng)狀通道（Fiber Channel，簡稱FC）技術(shù)，為客戶端服務(wù)器與底層磁盤陣列提供專用的光纖通道網(wǎng)絡(luò)。如圖2 所示，其可允許多臺客戶端服務(wù)器訪問同一磁盤陣列。[2]

圖2 IPSAN 存儲結(jié)構(gòu)圖

圖3 FCSAN 存儲結(jié)構(gòu)圖

如圖2 所示，即為IPSAN 存儲結(jié)構(gòu)圖，其利用IP 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，使用TCP/IP 協(xié)議的ISCSI 協(xié)議封裝構(gòu)建的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。如圖3 則是FCSAN 存儲結(jié)構(gòu)圖，與IPSAN不同之處在于后者是利用光纖線，通過高速FC 交換機(jī)組成的存儲網(wǎng)絡(luò)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)接入存儲NAS

網(wǎng)絡(luò)附屬存儲NAS 是一種特殊的專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，其將存儲設(shè)備連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上來提供數(shù)據(jù)和文件服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)跨平臺文件共享功能。NAS 本身能夠支持多種協(xié)議，如NFS、CIFS、FTP、HTTP 等，其是可以直接使用的文件系統(tǒng)，不需要直接面對塊設(shè)備。[2]

如圖4 所示的NAS 存儲結(jié)構(gòu)圖中，傳統(tǒng)存儲策略即為從擔(dān)任Servers 的磁盤陣列中獲取信息，通過ISCSI/IP交換機(jī)，將信息傳輸給客戶端。而NAS 存儲則是直接通過交換機(jī)從云端網(wǎng)絡(luò)獲取信息，發(fā)送給客戶端。相對于其他存儲解決方案，NAS 具有易于部署、跨平臺使用、整體性能高等優(yōu)勢。

圖4 NAS 存儲結(jié)構(gòu)圖

3 虛擬卷存儲策略部署

相對于傳統(tǒng)物理IT 架構(gòu)中，使用磁盤陣列作為存儲單位進(jìn)行存儲。基于VMware 的虛擬化IT 架構(gòu)，以虛擬機(jī)為單位，體現(xiàn)為一個個獨(dú)立的VMDK 文件。在其上的克隆、快照等操作都是以VMDK 為目標(biāo)，但在策略配置上存儲對象VMDK 和存儲粒度LUN 不能很好的匹配，造成空間浪費(fèi)。

VVOL 為了解決上述問題，即上層的VMDK 管理不知道底層的存儲，存儲管理不知道VMDK，提出新的存儲概念——虛擬卷。從存儲角度來看，將虛擬卷作為一個個LUN 來處理，虛擬機(jī)的操作和對應(yīng)的策略配置都綁在對應(yīng)的虛擬卷上。而在上層客戶端，即軟件GUI 界面看到的虛擬卷是一個普通文件VMDK、一個快照文件snapshot 和一個配置文件config。可以說，虛擬卷是一架橫跨在虛擬機(jī)和存儲間通信的一座橋梁，使得虛擬機(jī)成為存儲管理和存儲策略的基本單元。[4]

如圖5 所示[4]，即為基于VMware 的虛擬機(jī)存儲方案，其方案即為底層的磁盤陣列，通過存儲分塊等方法，分成1024 級數(shù)數(shù)目的LUN，之后通過vSphere 構(gòu)成存儲策略，即將劃分為一個個Ubuntu 虛擬機(jī)。之后在上層客戶端軟件界面對虛擬機(jī)進(jìn)行各種操作，轉(zhuǎn)化成對磁盤容量的操作。

圖5 非VVOL 存儲方案

圖6 VVOL 存儲方案

如圖6 所示[4]，則是基于VVOL 的存儲方案，相較于圖5 來說。該方案將Ubuntu 虛擬機(jī)轉(zhuǎn)換成一個個虛擬卷，該卷可分為一個VMDK、一個快照或一個配置文件進(jìn)行操作。在層客戶端軟件界面對虛擬機(jī)進(jìn)行操作時，就會轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的卷進(jìn)行操作，這樣將存儲的管理單元由LUN級別縮減到虛擬機(jī)級別，使得存儲管理更靈活高效。

4 結(jié)束語

本文通過對傳統(tǒng)存儲方案、基于VMware 的虛擬機(jī)存儲方案和基于VVOL 的存儲方案進(jìn)行對比。可以看出VVOL 存儲方案有諸多優(yōu)勢，例如提供虛擬機(jī)粒度的靈活高效的管理；分流數(shù)據(jù)負(fù)載；提供基于策略的管理；兼容性好，可與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲庫共存等。