VSAN软件定义存储解决方案版.docx
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1、eng1高的设备组成的分布式V拟111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111eng1高的设备组成的分布式V拟111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111软件定义存储解决方案VMware VSAN2024/6/9目 录1VMware软件定义的存储解决方案41.1方案概述41.2功能特性91.3主要优势12
2、1.4应用场景141.5体系结构151.6基于存储策略的管理191.6.1Virtual SAN功能191.6.2仲裁示例211.6.3虚拟机存储策略211.7VSAN 6.1新功能241.7.1存储双活 (Stretched Cluster)241.7.2多核虚拟机容错 (SMP-FT)261.7.3两节点的VSAN集群(用于远程或分支办公室)271.7.4支持Oracle RAC和 WSFC集群技术281.7.5支持ULLtra DIMM SSD和NVMe SSD301.7.6针对硬件监控和合规性的运行状况检查插件321.7.7vRealize Operations for VSAN管理套
3、件341.7.8支持云环境原生应用(Cloud-native Application)371.8VSAN 6.2新功能382VMware软件定义存储之规划设计与部署建议492.1解决方案设计492.1.1方案概括492.1.2应用于关键应用的方案框架502.1.3应用于虚拟桌面场景的方案框架512.1.4应用于2、3层应用或测试和开发的方案框架522.1.5应用于灾备的方案框架532.1.6规划设计细则552.1.7部署最佳实践602.2Virtual SAN部署要求602.2.1vSphere要求602.2.2存储要求602.2.3网络要求613成功案例与优势总结633.1成功案例633.2
4、优势总结664缩略语解释681 VMware软件定义的存储解决方案VMware是这样定义“软件定义的数据中心(Software Defined Datacenter,SDDC)”的:所有的基础设施都被虚拟化,并以服务的形式提供,对数据中心的控制完全由软件自动化完成。软件定义的数据中心改变了传统数据中心的运行和管理模式。数据中心已经转由运行在基于x86服务器的虚拟化软件所管理,这种转变提供了极大的灵活性和控制,同时提高了效率,也大大降低了成本。软件定义数据中心最关键的组成部分是计算、网络和存储,而超融合基础架构是适用于 SDDC 的理想体系结构,因为这种架构模式在简易性、成本、可扩展性和性能等方
5、面相对于传统基础架构有着明显的优势。为了实现超融合基础架构,软件定义的计算、存储和网络至关重要。但是,软件定义的存储相对于软件定义的计算和网络稍显滞后。因此,VMware在服务器级别先进的技术促成了一种新的存储模式,也就是所谓的软件定义的存储(SDS)。 图:超融合基础架构是适用于SDDC的理想体系结构SDS的核心原则是同时从控制层面和数据层面进行虚拟化。通过软件并基于x86服务器平台的虚拟化层来交付存储资源是SDS的另外一个核心原则。同时,外接存储仍然在交付企业存储资源中扮演非常重要的角色。所以,VMware认为,把服务器直连存储和汇聚在虚拟化层的外接存储结合起来,建立一种可扩展的,高性能且
6、高可靠的存储架构,可以获得最高的性价比。1.1 方案概述如前文阐述,软件定义的存储是软件定义的数据中心的重要支柱之一,它把应用于服务器的先进技术运用于存储领域,可对异构存储资源进行抽象化处理,以支持存储在逻辑上的池化、复制和按需分发。并以应用为中心进行消费和管理,并实现基于策略的自动化。VMware在软件定义的存储方面的计划主要侧重于一系列围绕本地存储、共享存储和存储/数据服务的计划。从本质上来说,VMware希望使vSphere成为一个存储服务平台。软件定义的存储旨在通过主机上与底层硬件集成并对其进行抽象化处理的软件层,实现存储服务和服务级别协议的自动化。软件定义的存储的一个关键因素是基于存
7、储策略的管理(SPBM)。SPBM可以视为新一代VMware vSphere存储配置文件功能。SPBM是VMware实施软件定义的存储的一个关键要素。使用SPBM和VMware vSphere API,底层存储技术会呈现一个抽象化的存储空间池,为vSphere管理员提供用于虚拟机调配的各种功能。这些功能可能与性能、可用性或存储服务有关。然后,vSphere管理员即可使用虚拟机上运行的应用所需的部分功能创建虚拟机存储策略。在部署时,vSphere管理员可根据虚拟机的需要选择恰当的虚拟机存储策略。SPBM会将要求向下推送至存储层。这时将启用多种数据存储以供选择,这些数据存储可提供虚拟机存储策略中包
8、括的各种功能。这意味着系统将始终根据虚拟机存储策略中设置的要求,在恰当的底层存储上创建虚拟机实例。如果虚拟机的工作负载随时间推移发生变化,只需将具有能够反映新工作负载的最新要求的策略应用于虚拟机即可。图:软件定义的存储软件定义的存储通过纯软件实现了存储相关的三个层面的功能:u 通过策略自动化消费存储资源:以虚拟机为中心的安置、保护和性能策略u 基于虚拟化的不依赖于硬件的数据服务:以虚拟机为中心的快照、克隆、复制、备份u 通过虚拟化管理程序提取出存储抽象层:以数据存储和VMDK形式使用的异构存储贯穿这三个层面,VMware提供对应于分布式存储DAS的解决方案Virtual SAN和基于共享存储的
9、解决方案Virtual Volume,本方案建议书主要介绍分布式存储解决方案Virtual SAN。VMware Virtual SAN是专为虚拟机设计的极其简单的存储,它具有速度快、恢复能力强、具有动态性等优点,并且在性能大致相当的情况下,总体拥有成本降低达50%。它是VMware 针对超融合基础架构推出的一款软件定义的存储解决方案,同时也是一个软件驱动的体系结构,可通过虚拟化的x86服务器交付紧密集成的计算、网络连接和共享存储。Virtual SAN 会池化与服务器连接的闪存设备和/或硬盘 (HDD),以便为 vSphere 虚拟机创建一个富有弹性的高性能共享数据存储。 图:VSAN概述V
10、irtual SAN可为虚拟化生产环境提供企业级存储服务,以及可预测的扩展能力和全闪存性能,所有这些均以远低于专门构建的传统存储阵列的价格提供。像vSphere一样,Virtual SAN可为用户提供所需的灵活性和控制力,以供他们从大量硬件选项中进行选择,并针对各种IT工作负载和用例部署并管理这些选项。Virtual SAN可配置为全闪存存储,也可配置为混合存储。它可利用全闪存存储体系结构提供最多700万的 IOPS;或通过混合存储体系结构提供250万的IOPS。 图:VSAN的优良特性鉴于Virtual SAN自身诸多的优良特性,它将超融合体系结构提升到了新的水平,如下图所示。图:VSAN将
11、超融合体系结构提升到了新水平VSAN自面市以来取得了前所未有的发展势头,最初的十五个月就发展到了两千多个客户,如下所示。图:VSAN客户数增长迅速 体系结构和性能Virtual SAN 以独特的方式内嵌在虚拟化管理程序的内核中,其位置刚好在 I/O 数据路径上。因此,相比在虚拟化管理程序上分开运行的其他存储虚拟设备,Virtual SAN 能够提供最高级别的性能,而不会带来额外的 CPU 开销,也不会消耗大量内存资源。Virtual SAN可利用全闪存存储体系结构提供最多700万的 IOPS;或通过混合存储体系结构提供250万的IOPS。 可扩展性Virtual SAN 采用支持弹性、无中断扩
12、展的分布式体系结构,可将每个集群的主机从 2 台增加到 64 台。通过向集群添加新主机(横向扩展),可以同时扩展容量并提高性能;通过仅向现有的主机添加新驱动器(纵向扩展),则可以分别扩展容量和提高性能。“随增长而扩展”的模型可提供线 性和精细的扩展,并且一直以来都能保持合理投资。 管理和集成Virtual SAN 无需安装其他软件,只需单击几下即可启用。它由 vSphere Web Client 管理,并与VMware产品体系集成,包括 vMotion、HA、Distributed Resource Scheduler (DRS) 和 Fault Tolerance (FT) 等功能特性以及其
13、他 VMware 产品(如 VMware Site Recovery Manager、VMware vRealize Automation 和 vRealize Operations)。 自动化虚拟机存储的调配和存储服务级别(如容量、性能、 可用性)均可通过以虚拟机为中心的策略实现自动化和控制, 支持实时设置或修改这些策略。Virtual SAN 可以动态地自行调整,以适应持续变化的工作负载情况并实现存储资源负载平 衡,从而确保每个虚拟机都遵守为其定义的存储策略。这种策略驱动的方法可实现手动存储任务的自动化,并简化虚拟机存储管理。 可用性Virtual SAN 提供“6 个 9”企业级可用性u
14、 利用 FTT=2 Virtual SAN 提供“6 个 9”保护每年停机时间不超过 32 秒u 典型硬件组件可提供约“2 个 9”可用性级别(每年停机时间为 3.65 天)u Virtual SAN 通过跨集群镜像使可用性呈指数级增长u 利用默认的可用性策略,Virtual SAN 可提供“5 个 9”保护每年停机时间不超过 5 分钟u 按虚拟机分配可用性级别,并动态调整图:VSAN“6”个“9”的企业级可用性 版本对比VSAN 6.2对应的vSphere版本是6.0 U2,它的许可方式相比以前有些变化,分成标准版、高级版和企业版三个级别,如下图所示。在高级版里支持全闪存、去重和删除,以及纠
15、删码(Erasure Coding),在企业版本里支持双活和QoS(IOPS限制), 每个版本包含的具体功能与许可证授权方式如下图所示。图:VSAN三个版本1.2 功能特性VMware Virtual SAN体现了VMware软件定义存储愿景,它在全面集成的直连磁盘解决方案中纳入基于策略的控制层、以应用程序为核心的服务以及虚拟数据层。VMware Virtual SAN采用分布式架构,利用SSD实现高性能的读/写缓存,并利用硬盘实现高成本效益的数据长期保存。功能特性包括: 内置在vSphere内核中Virtual SAN在vSphere内核内部实施, 从而优化数据 I/O 路径以提供最高级别的
16、性 能以及最小化对 CPU 的影响,同时提供最佳性能和可扩展性。简单的一键式部署VMware Virtual SAN易于配置和部署,如下图所示,只需要单击对话框就可完成。图:vSphere内置一键开启Virtual SAN 全闪存或混合式体系结构 Virtual SAN 可用于全闪存体系结构中,在这样的体系结构中服务器连接的闪存设备提供缓存和数据持久性容量,以实现始终如一的超高性能级别。或者,Virtual SAN 可用于混合式配置中,在这样的配置中服务器端闪存设备进行池化以提供读/写缓存,而服务器连接的HDD提供数据持久性。全闪存架构支持PCI-e设备的分层:一个写密集高持久性能层用于写和读
17、密集的工作负载,一个经济有效的容量层用于数据持久的负载,从而减少全闪存架构的总体的开销。 以虚拟机为中心的基于策略的管理以存储策略的形式将存储需求与各个虚拟机或虚拟磁盘关联起来。Virtual SAN 使用 这些存储策略来自动执行存储资源的调配和平衡,以确保每个虚拟机获得指定的存储资源。 Virtual SAN 延伸集群在位于不同地理位置上的两个站点间创建延伸集群并同步复制数据,从而实现企业级可用 性,在容许整个站点故障的同时不会丢失数据,几乎能够实现零停机。 高级管理 Virtual SAN Management Pack for vRealize Operations 提供一整套可帮助管理
18、 Virtual SAN的功能特性,包括跨多个集群的全局可见性、利用主动通知进行运行状况监 控、性能监控以及容量监控和规划。运行状况检查插件可对该管理包进行补充,用于执行包括HCL兼容性检查和实时诊断 在内的其他监控。 扩展的企业级功能Virtual SAN新增了关键的企业级功能特性,包括对 vSphere Fault Tolerance 的支持、根据可配置的时间表在不到 5 分钟内跨多个站点异步复制虚拟机、利用延伸集群和主流集群技术(包括 Oracle RAC 和 Microsoft MSCS)实现持续可用性。 使用 vSphere 进行单一窗口管理利用 Virtual SAN,不再需 要进
19、行有关专门存储界面的培训,也可省去操作这些界面的开销。现在只需两次单击即可轻松完成调配。 服务器端读/写缓存 Virtual SAN 可利用基于服务器端闪存 设备的内置缓存来加快读 / 写磁盘 I/O 流量传输,从而最大限 度缩短存储延迟。广泛的硬件兼容性Virtual SAN是独立于硬件的解决方案,可以在所有服务器OEM厂商提供的硬件上部署。 精确的无中断纵向扩展或横向扩展 通过向集群添加主机(横向扩展)以扩展容量和性能,或向主机添加磁盘(纵向扩展) 以扩展容量或性能,实现无中断地扩展 Virtual SAN 数据存储的容量。 VSAN的高可用性众所周知,VMware vSphere 是业界
20、领先且最可靠的虚拟化平台。VSAN一脉相承,沿袭了它的高可靠性和技术领先性。为了确保数据的可用性,VSAN采用了分布式RAID(将数据的多份副本分布在集群中的不同的vSphere 主机上),确保在发生个别磁盘、个别主机或网络时绝不丢数据。管理者可透过VSAN的图形管理界面,设定允许的故障数目 (FTT,Failures to Tolerate)属性,来决定多少台vShpere主机或磁盘失效后,VSAN仍能维持数据完整。如果管理者不手动设定,VSAN默认的FTT=1,意味着这台虚拟机的磁盘(VMDK) 将创建两个副本,每个副本放置在不同的 ESXi 主机上,使得数据在群集出现单个故障时仍有一个副
21、本可用,数据不丢失,且业务仍然正常运行。 内置的容错能力Virtual SAN 可利用分布式 RAID 和缓存镜像来确保在发生磁盘、主机、网络或机架故障时绝不丢失数据。VSAN支持基于硬件的校验基于存储控制器的校验可发现故障并保证数据完整性。(关于已认证的控制器请参考VSAN HCL)。同时,机架感知(Rack-awareness)进一步提高了存储的容错能力。机架感知使得VSAN可以跨越机架,尽可能把数据块的副本放到多个机架上。这将帮助应对电源故障,存储控制器,网络故障等这类突然状况。图: 机架感知示意 Virtual SAN 快照和克隆 全新的 Virtual SAN 磁盘格式可实现超高效且
22、可扩展的以虚拟机为中心的快照和克隆,支持每个虚拟机每个克隆支持多达 32 个快照。 独立于硬件可以在任何服务器制造商提供的硬件上部署 Virtual SAN。这使您能够灵活地在异构硬件环境中构建自定义的存储系统。 与 VMware 体系进行互操作Virtual SAN 可以利用 VMware vSphere Data ProtectionTM 和 vSphere ReplicationTM 来实现数据 保护、备份、复制和灾难恢复 (DR)。Virtual SAN 与 vRealize Automation 集成,在 VDI 环境中可与 VMware Horizon View一起部署,在灾难恢复
23、环境中可 与 vCenter Site Recovery Manager 一起部署。 支持直接连接 JBOD Virtual SAN 可用于刀片环境中以便管理外部连接的磁盘存储模块。 磁盘服务功能提升 提供给客户下列任何功能以识别和管理本地闪存和磁盘设备: 故障的LED灯显示永久损坏的闪存或磁盘设备有LED灯显示,便于发现故障设备。 手动开启/关闭LED灯,用于定位和识别任何特定的闪存或磁盘。 标识为SSD标识未识别的设备为SSD。可以添加或移除标签。 标识本地设备标识未识别的闪存或磁盘为本地设备。可以添加或移除标签。1.3 主要优势VSAN的主要优势如下。专为虚拟机设计的极其简单的存储Vir
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