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網管人雜誌

本文刊載於 網管人雜誌第 134 期 - 2017 年 3 月 1 日出刊,NetAdmin 網管人雜誌 為一本介紹 Trend Learning 趨勢觀念、Solution Learning 解決方案、Technology Learning 技術應用的雜誌,下列筆記為本站投稿網管人雜誌獲得刊登的文章,網管人雜誌於每月份 1 日出刊您可於各大書店中看到它或透過下列圖示連結至博客來網路書店訂閱它。



文章目錄

前言
vSAN 6.5 新功能
          iSCSI 存取
          2 台 vSAN Node 直接對接
          全功能 PowerCLI
          支援新世代硬碟 512e 進階格式
          全版本支援 All Flash
結語





前言

在 2016 年 11 月時,VMware 官方在 VMware VMworld 2016 大會上,正式發佈 VMware vSphere 6.5 最新版本並連同 VMware vSAN 6.5 版本也一起推出。簡單來說,VMware Virtual SAN(簡稱 vSAN),是 VMware 的「軟體定義儲存(Software-Defined Storage,SDS)」解決方案,它能夠將多台 x86 實體伺服器內的「本機硬碟(Local Hard Disk)」互相串連起來,進而將叢集當中所有 vSAN 節點主機的儲存資源整合起來,成為一個巨大的儲存資源池並且能夠互相共同使用。

圖 1、VMware vSAN 運作架構示意圖

事實上,從 VMware vSAN 版本的發佈頻率可知,VMware 官方對於打造 SDDC 軟體定義資料中心內,負責儲存資源的 SDS 軟體定義儲存技術的重視。第 1 代的 VMware vSAN 版本,是在 2014 年 3 月時隨著 vSphere 5.5 Update 1 版本開始內建(vSAN 1.0),接著在隔年推出第 2 代 VMware vSAN 版本,是在 2015 年 3 月隨著當時新版 vSphere 6.0 一同發佈,並直接與 vSphere 版本對齊成為 vSAN 6.0 版本(原訂新版本號應為 vSAN 2.0),在這個版本當中最重要的特色為支援 All Flash 運作架構,同時 vSAN 叢集規模可達到 64 台節點之多。
有關第 1 代 vSAN 運作架構及特色功能的詳細資訊,請參考本刊第 110 期《實戰部署 Virtual SAN套用政策自動化搭配 VM》,而第 2 代 vSAN 運作架構及特色功能的詳細資訊,請參考本刊第 114 期《動手建立 VSAN 6 儲存資源,實戰水平擴充與容錯網域》

接著,半年後於 2015 年 9 月時推出第 3 代的 vSAN 6.1 版本,其中最具代表性的功能便是「延伸叢集」(Stretched Cluster)與「支援 2 Nodes」的運作架構。再隔半年後於 2016 年 3 月推出第 4 代 vSAN 6.2 版本,在這個版本當中最重要的特色為 All Flash 運作架構,支援「重複資料刪除與壓縮」(Deduplication and Compression)及「RAID 5/6 EC 編碼技術」(RAID 5/6 Erasure Coding)。
有關第 3 代 vSAN 運作架構及特色功能的詳細資訊,請參考本刊第 120 期《VMware VSAN 延伸叢集,實作跨站點同步 HA 複寫》,而第 4 代 vSAN 運作架構及特色功能的詳細資訊,請參考本刊第 124 期《概覽 VMware VSAN 6.2 新功能加強健康狀態監控》

現在,於 2016 年 11 月隨著最新 VMware vSphre 6.5 的發佈也同時推出第 5 代的 vSAN 6.5 版本,此版本中重要的特色功能條列如下:
  • iSCSI 存取: 支援將 vSAN 儲存空間以 iSCSI目標的方式提供,讓具備 iSCSI 啟動器功能的伺服器能夠連接及使用 vSAN 儲存空間。
  • 2 台 vSAN Node 直接對接: 支援將 2 台 vSAN節點主機直接對接,讓企業及組織當中的分公司或小型企業在建置 vSAN 軟體定義儲存環境時,無須準備昂貴的 10GbE 網路交換器。
  • 全功能 PowerCLI: 在新版 vSAN 6.5 運作環境中,包括完整的 PowerCLI Cmdlet 功能讓企業及組織的自動化作業更具可擴充性及易用性。
  • 支援新世代硬體: 在新版 vSAN 6.5 運作環境中,支援新世代的 x86 硬體伺服器及相關元件,同時也支援 512e 新式大容量儲存裝置。
  • 全版本支援 All-Flash: 現在不管採用哪種 vSAN 6.5 授權版本,都可以使用及建置 vSAN All-Flash 運作架構。
圖 2、VMware Virtual SAN版本演進及新增功能示意圖





vSAN 6.5 新功能

在過去舊版的 vSAN 運作環境內,當 vSphere 管理人員將 vSAN 叢集中的節點主機儲存資源集合之後,儲存資源只能夠以「VMFS 檔案系統」的方式提供及運作 VM 虛擬主機。但是,對於需要採用其它方式使用儲存資源的應用程式或服務來說便會造成困擾,舉例來說,現行企業及組織當中有許多應用程式及服務的儲存資源,便是透過在伺服器中安裝及啟用「iSCSI 啟動器」(iSCSI Initiator)功能,然後透過 TCP/IP 乙太網路連接至「iSCSI 目標端」(iSCSI Target)所提供的 LUN 儲存資源,最後再將應用程式及服務運作在透過 iSCSI 協定所掛載的 LUN 儲存資源當中。

現在,最新版本的 vSAN 6.5 運作架構中,支援將整合後的 vSAN 儲存資源以 iSCSI 目標端的方式,提供給 iSCSI 啟動器掛載 LUN 儲存資源,有效解決過去舊版 vSAN 儲存資源美中不足的困擾。在運作規模方面,每個 vSAN 叢集最多支援提供 1,024 個 LUN 儲存資源,並且每個 LUN 儲存資源空間最大為 62 TB,同時每個 vSAN 叢集最多支援提供 128 個 iSCSI 目標

因為 iSCSI 目標所建立的 LUN 儲存資源,在 vSAN 運作架構底層中其實是以 VMDK 虛擬磁碟的方式存在,所以儲存空間與 VMDK 虛擬磁碟的限制相同為 62 TB。



iSCSI 存取

雖然,最終是以 iSCSI 協定提供儲存資源服務,但是整個運作架構底層還是建構在 vSAN 軟體定義儲存技術之上,所以當 vSAN 運作架構成型後 vSphere 管理人員若需要啟用 vSAN iSCSI 目標服務時非常簡單,並且同樣能夠以 vSAN 原有的「儲存原則」(Storage Policy),管控由 vSAN 所提供的 iSCSI LUN 儲存資源。此外,倘若運作環境中需要使用 iSCSI 的 CHAP 身分驗證機制時,那麼 vSAN iSCSI 目標也支援單向 CHAP 及雙向 CHAP 身分驗證機制。

圖 3、VMware vSAN 分散式 iSCSI Target 運作架構示意圖

啟用 iSCSI 目標服務
當 vSphere 管理人員需要啟用 vSAN iSCSI 目標服務時,請登入 vSphere Web Client 管理介面並點選叢集物件後,依序點選「Configure > Virtual SAN > General」項目,然後在 Virtual SAN iSCSI Target Service 組態設定區塊中按下「Edit」鈕,準備啟用 vSAN iSCSI 目標服務。

請在彈出的 Edit Virtual SAN iSCSI Target Service 視窗中,組態設定相關選項並在下拉式選單中選擇採用相關功能:
  • Enable Virtual SAN iSCSI target service: 請勾選此項目,以便啟用 vSAN iSCSI 目標服務。
  • Default iSCSI network: 透過下拉式選單指定屆時 vSAN iSCSI 目標服務,要採用哪個 VMkernel Port 進行 iSCSI 儲存流量傳輸作業。
  • Default TCP port: 指定 vSAN iSCSI 目標服務的連接埠號,請採用預設標準的 iSCSI 目標端連接埠號 3260 即可。
  • Default authentication: 透過下拉式選單指定 vSAN iSCSI 目標服務的身分驗證方式,預設值為 None 不啟用 CHAP 身分驗證機制,倘若需要的話 vSAN iSCSI 目標服務也支援單向 CHAP 及雙向 CHAP 身分驗證機制。
  • Storage policy for the home object: 透過下拉式選單指定 vSAN iSCSI 目標服務所要套用的 SPBM 儲存原則。
圖 4、啟用 vSAN iSCSI 目標服務功能及組態設定功能項目

建立 LUN 儲存資源
當 vSAN iSCSI 目標服務順利啟動後,接著便可以建立 iSCSI 目標及 LUN 儲存資源。請在 vSphere Web Client 管理介面中,依序點選「Configure > Virtual SAN > iSCSI Targets」項目後,在 Virtual SAN iSCSI Targets 組態設定區塊中按下「新增」鈕(綠色加號圖示),準備組態設定 vSAN iSCSI 目標及建立 LUN 儲存資源。

請在彈出的 New iSCSI Target 視窗中,組態設定相關選項並在下拉式選單中選擇採用相關功能:
  • Target IQN: 系統為 vSAN iSCSI 目標服務隨機產生的 iSCSI Target IQN。
  • Target alias: 管理人員可以為此 vSAN iSCSI 目標服務指定別名以利識別。
  • Target storage policy: 指定此 vSAN iSCSI 目標服務所要套用的 SPBM 儲存原則。
  • Network: 透過下拉式選單指定此 vSAN iSCSI 目標服務,要採用哪個 VMkernel Port 進行 iSCSI 儲存流量傳輸作業。
  • TCP port: 指定 vSAN iSCSI 目標服務的連接埠號,請採用預設的標準 iSCSI 目標端連接埠號 3260 即可。
  • Authentication: 透過下拉式選單指定此 vSAN iSCSI 目標服務的身分驗證方式,vSAN iSCSI 目標服務支援單向 CHAP 及雙向 CHAP 身分驗證機制,預設情況下請採用預設值 None 即可。
  • Add your first LUN to the iSCSI target(Optional): 請勾選此項目,以便建立及組態設定 LUN 儲存資源。
  • LUN ID: 指定此 LUN 儲存空間的 ID 數值。
  • LUN alias: 指定此 LUN 儲存空間的別名以利識別。
  • LUN storage policy: 指定此 LUN 儲存資源所要套用的 SPBM 儲存原則。
  • LUN size: 指定此 LUN 儲存資源的空間大小。
圖 5、組態設定 vSAN iSCSI 目標及 LUN 儲存資源

新增 iSCSI 啟動器存取清單
順利建立 LUN 儲存資源之後,在 Target Details 組態設定區塊中便會看到剛才所建立的 LUN 儲存資源資訊。最後,請在同組態設定區塊中切換到「Allowed Initiators」頁籤後按下「新增」鈕(綠色加號圖示),新增只有哪些 iSCSI 啟動器能夠存取此 vSAN iSCSI 目標所提供的 LUN 儲存資源。

圖 6、組態設定哪些 iSCSI 啟動器能夠存取 vSAN iSCSI 目標所提供的 LUN 儲存資源

現在,只要在允許存取 LUN 儲存資源清單中的 iSCSI 啟動器,便可以透過 TCP/IP 乙太網路順利存取由 vSAN iSCSI 目標所提供的 LUN 儲存資源。值得注意的是,根據 VMware 官方的最佳作法建議,倘若只是要運作 VM 虛擬主機的話,應該保持以原本的 VMFS 檔案系統來運作 VM 虛擬主機即可,倘若是要運作如 MSCS 微軟容錯移轉叢集或 Oracle RAC……等服務,並且規劃使用 IP-SAN(iSCSI)運作架構時才建議使用 vSAN iSCSI 目標服務。

在 vSAN iSCSI 目標服務容錯移轉的部分,因為 vSAN iSCSI 目標服務是完全整合於 vSAN 分散式運作架構,所以當 iSCSI 啟動器端連線時便會連接到 vSAN 目標端的「擁有者」(Owner)節點主機,並且由該台 vSAN 節點主機回應 iSCSI 啟動器端存取負責管理的 LUN 儲存資源。

倘若,原本負責 vSAN iSCSI 目標端擁有者的節點主機突然發生故障事件時,那麼便會由 vSAN 叢集中其它存活的節點主機接手服務,成為 vSAN iSCSI 目標端擁有者並且繼續服務 iSCSI 啟動器,而 iSCSI 啟動器便會連接至新的 vSAN iSCSI 目標端擁有者,繼續使用由 vSAN 叢集所提供的 LUN 儲存資源。

圖 7、vSAN iSCSI目標服務容錯移轉運作架構示意圖



2 台 vSAN Node 直接對接

事實上,在第 3 代 vSAN(vSAN 6.1)運作環境中,便已經支援「2 Node」的 vSAN 節點主機運作環境,也就是只要 2 台 vSAN 節點主機便能建構 vSAN 叢集,這樣的運作架構適用於企業及組織中分公司或小型運作環境時使用。然而這樣的 vSAN 運作架構雖然只有 2 台 vSAN 節點主機,卻仍需要配置 1 台昂貴的 10 Gbps 網路交換器,並且也僅用到該台 10 Gbps 網路交換器的 4 個連接埠而已,倘若考慮預防 SPOF 單點失敗情況的話,則需配置「2 台」10 Gbps 網路交換器,並且每台 10 Gbps 網路交換器只會用到 2 個連接埠而已,這對於建置分公司或小型 vSAN 運作規模的整體預算來說是項吃重的負擔。

現在,全新第 5 代 vSAN 6.5 運作環境中,原有 1 Gbps 負責 VM 虛擬主機網路傳輸的部分可繼續延用,然而原有 10 Gbps 負責 vSAN 節點主機資料同步的部分,正式支援 2 台 vSAN 節點主機透過「交叉式纜線」(Crossover Cables)的方式互相連接,無須再向過往舊版 vSAN 運作環境必須透過 10 Gbps 網路交換器。如此一來,建置分公司或小型 vSAN 運作環境時便無須再採購昂貴的 10 Gbps 網路交換器,因此能夠有效降低分公司或小型 vSAN 運作規模的整體預算,根據 VMware 官方分析調查的結果顯示可以有效降低約「20 %」的投資成本。

在組態設定部分,根據 VMware 官方的最佳作法建議,當在 vSAN 叢集當中的節點主機透過交叉式纜線互相連接之後,在 vSAN 節點主機網路流量規劃的部分,應該要將「vSAN 儲存流量」及「vMotion 遷移流量」分開在不同的 10 Gbps 纜線進行傳輸,以避免儲存或遷移流量互相干擾的情況發生,舉例來說,倘若 2 台 vSAN 節點主機正透過 vSAN 儲存流量網路大量同步資料狀態的情況下,此時又剛好以 vMotion 線上遷移機制大量遷移 VM 虛擬主機的話,那麼有可能會增加 10 Gbps 的網路延遲時間及工作負載。

因此,在 vSAN 節點主機網路流量規劃的部分,除了將儲存或遷移流量分開之外,也同時應設定為互相備援的組態配置以便故障情況發生時,能夠有另 1 個 10 Gbps 纜線進行網路流量的容錯移轉。

圖 8、2 台 vSAN 節點主機透過交叉式纜線連接後,網路流量規劃的組態配置示意圖

此外,在最新的 vSAN 6.5 版本開始,新增將「見證網路流量」(Witness Traffic)分離的功能,解決在 2 台 vSAN 節點主機上必須建立及維護靜態路由的組態設定,降低 vSAN 整體運作架構的複雜度,同時在安全性方面也得到改善,因為 vSAN 儲存網路流量與 WAN 見證網路流量得以完全分離。

因為,負責 vSAN 運作架構的見證虛擬設備不可以運作在 2 台 vSAN 節點主機上,同時一般來說 2 台 vSAN 節點主機的運作架構,通常是運作在企業及組織的分公司或遠端辦公室當中。倘若,分公司或遠端辦公室有透過 WAN 網路與主要辦公室連接時,那麼可以考慮將見證虛擬設備運作在主要辦公室當中,除了節省建置第 3 台 ESXi 主機以運作見證虛擬設備之外,將見證虛擬設備運作在主要辦公室以便統一進行管理。

圖 9、2 台 vSAN 節點主機及見證虛擬設備運作在主要辦公室運作架構示意圖



全功能 PowerCLI

在新版 vSAN 6.5 運作環境中,VMware 官方已經將 vSphere API 抽象化為簡單的 Cmdlet。因此,現在 vSphere 管理人員可以透過 VMware PowerCLI 的方式,以更快速且自動化的方式部署及管理 vSAN 運作環境:
  • 啟用重複資料刪除及壓縮機制。
  • 啟用 vSAN 效能服務。
  • 組態設定 vSAN 健康檢查服務。
  • 建立 All Flash 磁碟群組。
  • vSAN 故障網域管理。
  • 組態設定 vSAN 延伸叢集。
  • 為維護模式選擇正確的資料遷移選項。
  • 檢索儲存空間資訊。
圖 10、透過 VMware PowerCLI 管理 vSAN 運作環境示意圖



支援新世代硬碟 512e 進階格式

過去,舊有的儲存裝置(硬碟)都採用「512 Byte Sector」(又稱為 512n)格式,而新式儲存裝置「進階格式」(Advance Format,AF)則是採用「4,096 Byte Sector」(又稱為 4Kn)格式。現在,從 VMware vSphere 6.5 及vSAN 6.5 版本開始,只要配合最新的「VMFS 6」檔案系統便全面支援以「512e(512B Emulation)」的方式運作,也就是以 512e 模擬 4K 的方式運作配合實體硬碟特性增強整體運作效能。
請注意!! 採用舊版 vSAN 或 VMFS 檔案系統的話,不支援以 512e 的方式運作所以採用 512e 的儲存裝置時,可能會引發或造成潛在的運作效能問題。有關 512 / 4,096 Byte Sector 詳細資訊請參考 VMware KB 2091600

圖 11、vSAN 6.5 支援新式進階格式 512e 儲存裝置示意圖

簡單來說,「磁區大小」(Sector Size)是影響作業系統及 Hypervisor 虛擬化管理程序運作效能的關鍵,因為它是儲存裝置(硬碟)最底層 I/O 的基本單位。因此,新式 512e 與舊有 512n 相較之下,雖然新式 512e 邏輯磁區大小也是 512 Byte,但是實體磁區大小則是 4,096 Byte 這是二者間最大的不同,所以在資料的「讀取-修改-寫入」(Read-Modify-Write,RMW)行為上,新式的 512e 與舊有的 512n 相較之下,會減少許多在資料 RMW 行為時效能懲罰的部分。

雖然,原生 4Kn 不管在邏輯磁區大小或實體磁區大小都是 4,096 Byte,但是目前的情況為並非所有儲存裝置、作業系統及 Hypervisor 虛擬化管理程序都完全支援。在下列表格中,為讀者們條列舊有 512n 及新式 512e 和原生 4Kn 在邏輯及實體磁區大小上的運作差異:

請注意!! 目前最新版本的 VMware vSphere ESXi 6.5 及 vSAN 6.5 運作環境中,仍尚未支援原生 4K 儲存裝置。
在目前儲存裝置市場中,支援新式進階格式 512e 的儲存裝置空間從 300 GB 到 10 TB 都有,並且通過 VMware vSAN 6.5 版本硬體認證的 512e 硬碟約有 230 個型號,不同 OEM 硬碟供應商所通過的數量不定。建議在使用及建置前應向硬碟供應商再次確認,所使用的硬碟是否支援新式進階格式 512e,以確保屆時建置的 VMware vSAN 6.5 運作效能及穩定性。

圖 12、各家 OEM 廠商通過 VMware vSAN 6.5 版本硬體認證的 512e 硬碟統計圖



全版本支援 All Flash

雖然,VMware vSAN 從第 2 代 vSAN 6.0 版本開始便支援 All Flash 運作架構,然而在過去的 vSAN 軟體授權版本當中,至少要採用「進階版或企業版」的 vSAN 軟體授權才能夠使用 All Flash 的運作架構及特色功能。

現在,最新的 VMware vSAN 6.5 版本當中,不管採用哪種 vSAN 軟體授權版本皆支援使用 All Flash 運作架構。因此,即便是由 2 台 vSAN 節點主機所建構的小型 vSAN 運作環境,也能夠使用 All Flash 的硬體運作架構,為需要高 IOPS 儲存效能的分公司或小型 vSAN 環境提供解決方案。

值得注意的是,雖然開放「標準版」及「ROBO 版」支援採用 All Flash 硬體架構來建立 vSAN 運作環境,但是在 All Flash 運作架構中進階特色功能,例如,「重複資料刪除及壓縮」、「RAID5/6 Erasure Conding」特色功能,仍需要採用「進階版或企業版」vSAN 軟體授權才能夠使用。

此外,如果要讓建置的 vSAN 運作架構支援「延伸叢集」或「IOPS 儲存效能管控」特色功能時,那麼只能採用「企業版」的 vSAN 軟體授權才能夠使用這 2 項進階功能特色。

圖 13、VMware vSAN 6.5 軟體授權可使用特色功能示意圖





結語

透過本文的說明及實作相信讀者已經了解,在第 5 代最新 vSAN 6.5 版本當中有哪些特色功能,能夠幫助企業及組織建立更靈活、高擴充性、高可用性的 SDS 軟體定義儲存運作環境。

同時,對於企業及組織的分公司或小型企業運作環境來說,以往在建立虛擬化環境時令人困擾的初期建置成本問題,在新版 vSAN 6.5 當中透過交叉式纜線的方式解決僅 2 台 vSAN 節點主機,就必須採購昂貴 10Gbps 網路交換器的問題。
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