VMware VSAN设计和规模设定指南
VMware? Virtual SAN?设计和规模设定指南
技术营销文档
1.0版/2014年3月
目录
简介..................................................................................
VMware Virtual SAN .............................................................
Virtual SAN 数据存储的特性和规模设定 ............................................
磁盘组 .......................................................................
Virtual SAN 数据存储 .........................................................
对象和组件 ...................................................................
Virtual SAN 数据存储规模设定注意事项 ............................................
容许的故障数量 ...............................................................
设计注意事项.....................................................................
多个磁盘组 ...................................................................
设定闪存容量大小 .............................................................
内存和 CPU ..................................................................
网络 .........................................................................
安装介质 .....................................................................
规模计算公式 .....................................................................
集群容量 .....................................................................
对象数 .......................................................................
组件数 .......................................................................
交换空间容量 .................................................................
可用容量 ..................................................................... 总结................................................................................. 致谢................................................................................. 关于作者.............................................................................
简介
1.1 VMware Virtual SAN
VMware? Virtual SAN? 是一个新的软件定义存储平台，它聚合了虚拟化管理程序，并与 VMware vSphere?全面集成。Virtual SAN 将 vSphere 集群中的主机本地连接的磁盘聚合起来，创建一个分布式共享存储解决方案。Virtual SAN 可实现在 VMware vCenter?中快速调配存储，作为虚拟机创建和部署操作的一部分。
Virtual SAN 是一种混合磁盘系统，它利用基于闪存的设备提供最佳性能，同时利用磁盘提供容量和持久性数据存储。这样既能实现企业级性能又能提供具有强大恢复能力的存储平台。
Virtual SAN 的分布式数据存储是一个对象存储文件系统，它利用 vSphere 基于存储策略的管理 (SPBM) 框架，提供通过 vSphere 虚拟机存储策略集中管理的以应用为中心的存储服务和功能。
本文档重点介绍 Virtual SAN 分布式数据存储的定义、规模设定指导原则和特性。
1.2 Virtual SAN 数据存储的特性和规模设定
1.2.1 磁盘组
从定义上讲，磁盘组是由本地连接的基于闪存的设备和磁盘设备组合而成的管理结构。创建磁盘组需要指定一个基于闪存的设备（SAS、SATA、或 PCIe 固态硬盘）以及一个或多个磁盘（SAS 或 SATA 硬盘）。磁盘组构成了 Virtual SAN 数据存储的分布式闪存层，并为其提供存储容量。
Virtual SAN 分布式闪存层通过在所有磁盘前端提供读缓存和写缓冲，优化了虚拟机和应用的性能。存储容量分为两部分：70% 用于读缓存，30% 用于写缓冲。
所有磁盘组先通过改进的磁盘上文件系统 VMware vSphere VMFS-L 进行格式化，然后作为单个数据存储装载到对象存储文件系统数据存储中。每个磁盘的 VMFS-L 格式化共占用 750 MB 的容量。
表 1.磁盘组、设备和开销
1.2.2 Virtual SAN 数据存储
Virtual SAN 分布式数据存储容量是位于 vSphere 集群中多台主机上的磁盘组的容量之和，并且取决于磁盘的大小。磁盘组由共同组成池的基于闪存的设备和磁盘构成，但只有磁盘的可用容量才会计入 Virtual SAN 数据存储的总容量中。基于闪存的设备的容量专门用于 Virtual SAN 的缓存层。
1.2.3 对象和组件
对象
在 Virtual SAN 中，对象的定义基于符合 SCSI 语义的单个存储块设备。从概念上讲，对象也可以被视为“卷”，即 Amazon EC2 和 OpenStack 中使用的术语。在 Virtual SAN 中，支持的对象仅限于虚拟机文件，如 VMDK。
在 Virtual SAN 中，每个位于 Virtual SAN 数据存储中的对象都包含多个组件，这些组件分布在 vSphere 集群中的各个主机上。对象将获得通过虚拟机存储策略功能指定的存储性能和可用性服务要求。根据具体应用于每个对象的已定义的性能和可用性要求，组件将分布到整个 vSphere 集群中的物理磁盘设备上。
表 2. Virtual SAN 对象和定义
组件
在 Virtual SAN 中，对象由分布在 vSphere 集群中的各个主机上的组件组成。这些组件存储在 Virtual SAN 分布式数据存储内不同的磁盘组组合中。组件以透明方式获得由基于闪存的设备分配的缓存和缓冲容量，它们的数据以“静止”方式存储在磁盘上。Virtual SAN 5.5 目前支持每台主机最多包含 3,000 个组件。
容量大于 255 GB 的对象会自动被分为多个组件。此外，如果每个对象的磁盘条带数增加到超过默认值 1，每个条带将计为一个单独的组件。对于在 Virtual SAN 中创建的每个组件，会额外占用 2 MB 容量，用于存储元数据。
每个存储对象都包含见证组件，即仅包含对象元数据的组件。在 Virtual SAN 集群中做出可用性决策时，见证组件起着避免“裂脑”行为的决定性作用。每个 Virtual SAN 见证组件也会占用 2 MB 容量。
1.3 Virtual SAN 数据存储规模设定注意事项
Virtual SAN 存储解决方案旨在为虚拟机提供容量、可用性和性能方面的功能。用户必须了解这些存储功能如何影响 Virtual SAN 中存储容量的使用情况。其中“容许的故障数量”功能的影响最大。
1.3.1 容许的故障数量
容许的故障数量策略设置是一种可用性功能，可以应用于所有虚拟机或单个 VMDK。在为 Virtual SAN 规划和调整存储容量时，此策略起着非常重要的作用。根据虚拟机的可用性要求，虚拟机存储策略中定义的设置可能导致占用容量多达虚拟机或单个磁盘容量的四倍。
例如，如果将容许的故障数量设置为 1，则会在集群中创建虚拟机或单个 VMDK 的两个复制镜像副本。如果将该数值设置为 2，将创建三个镜像副本；如果将该数值设置为 3，则会创建四个副本。图 1 至图 4 显示了基于不同的容许的故障数量的虚拟机对象布局。
图 1. 容许的故障数量为 1 = 2 个完整数据副本 + 1 个见证组件
图 2. 容许的故障数量为 2 = 3 个完整数据副本 + 2 个见证组件
图 3.容许的故障数量为 3 = 4 个完整数据副本 + 3 个见证组件
注意：在Virtual SAN实施的系统默认策略中，Virtual SAN共享数据存储上部署的所有虚拟机对象的容许的故障数量都等于1。
1.4 设计注意事项
1.4.1 多个磁盘组
在 Virtual SAN 中，磁盘组配置存在以下限制：每个磁盘组最多只能有一个基于闪存的设备。如果属于Virtual SAN 集群的主机包含多个基于闪存的设备，则会创建多个磁盘组以利用额外的设备。
创建磁盘组时，用户可以根据性能要求，自行决定基于闪存的设备与磁盘的比率。基于闪存的设备容量与磁盘容量的比率越高，缓存层的规模越大。
考虑配置多个磁盘组的另一个原因是这样便可以定义和减少存储故障域。如果某个基于闪存的设备出现故障，该特定磁盘组中的所有磁盘都会变得不可用，而且由受影响磁盘组提供的所有存储容量对于集群也会变得不可用。使用多个磁盘组时，故障域仅限于该特定磁盘组中的磁盘。
如果集群没有足够的存储容量提供给受故障影响的虚拟机，那么磁盘组的故障会影响大量的虚拟机。在最坏情况下，恢复所有受影响的虚拟机需要花费很长时间。
注意：当所有基于闪存的设备和磁盘都无法访问时，主机故障会导致所有磁盘组均不可用。
1.4.2 设定闪存容量大小
在 Virtual SAN 中，每个基于闪存的设备都有 30% 的容量用作回写缓冲区。每次写入都会首先到达基于闪存的设备，并永久保留在与相应对象（如 VMDK）的副本相同数量的基于闪存的设备中。此规则将严格执行，以确保实现要求的数据可用性。
Virtual SAN 将每个基于闪存的设备 70% 的容量用作读缓存。一个数据块绝对不会被置于多个基于闪存的设备的读缓存中。与写缓存不同，无论副本数量如何，Virtual SAN 都会针对每个对象保留与读缓存相同百分比的基于闪存的设备。换言之，提高对象的可用性不会增加基于闪存的设备的读缓存使用量。
一般情况下，建议将 Virtual SAN 闪存容量的大小设定为未考虑容许的故障数量时预计占用存储容量的10%。例如，用户计划调配 1,000 个虚拟机，每个虚拟机有 100 GB 逻辑地址空间，采用精简配置。但他们预计随着时间的推移，每个虚拟机占用的存储容量将达到平均 20 GB。表 3 显示了根据针对闪存容量的一般建议制定的简单的闪存容量大小设定方案。
表 3.设定闪存容量大小
因此总体而言，复制前的预计占用存储容量为 1,000 x 20 GB = 20 TB。如果虚拟机的可用性系数被定义为支持容许的故障数量为 1 (FTT=1)，那么采用此配置将为每个虚拟机创建两个副本，即占用容量略高于 40 TB （其中包括复制数据）。但在这种情况下，闪存容量大小为 10% x 20 TB = 2 TB，即调配虚拟机的集群的闪存总容量。
目标闪存容量百分比的最优值应基于实际工作负载特性，例如磁盘上工作数据集的大小。作为一般原则，10% 可用作进一步优化的初始基础。
1.4.3 内存和 CPU
Virtual SAN 的内存要求是根据虚拟化管理程序所管理的磁盘组和磁盘的数量来定义的。Virtual SAN 目前支持每台主机最多包含 5 个磁盘组，每个磁盘组最多包含 8 个磁盘设备：1 个基于闪存的设备和 7 个磁盘。
只要 vSphere 主机的内存配置高于 32 GB RAM，它们就能支持 Virtual SAN 所支持的最高磁盘组和磁盘配置。鉴于 Virtual SAN 中的内存开销要求，可以考虑为每台主机配置大于 32 GB 的内存，以支持 Virtual SAN 的完整存储容量和可扩展性容量。
Virtual SAN 经专门设计，为每台主机带来的 CPU 开销不会超过 10%。请在具有高整合率和 CPU 密集型应用要求的 Virtual SAN 实施中考虑这一事实。
1.4.4 网络
Virtual SAN 支持 vSphere 标准交换机和 VMware vSphere Distributed Switch?，可采用 1 GbE 或 10 GbE 网络上行链路。尽管两种 vSphere 交换机类型和网络速度都可用于 Virtual SAN，但 VMware 建议使用 vSphere Distributed Switch 和 10 GbE 网络上行链路。
提出这些建议是因为 Virtual SAN 可能会在网络上执行复制和同步活动，具体取决于系统中托管的虚拟机数量和有效操作数量。
Virtual SAN 网络活动可能会导致整个 1 GbE 网络速度容量饱和并且不堪重负，特别是在重建和同步操作期间。
应尽可能将 vSphere Distributed Switch 与 VMware vSphere Network I/O Control 结合使用，以共享 10 GbE 接口。将各种流量类型（管理、VMware vSphere vMotion?、虚拟机、Virtual SAN）分别放在不同的 VLAN 中，并使用份额作为服务质量 (QoS) 机制，以便在可能出现的争用场景中保持期望的性能级别。
图 4.采用 vSphere Network I/O 控制配置的 vSphere Distributed Switch
为了实现最佳的安全性和性能，应使用为 vSphere vMotion 网络推荐的方法，并将 Virtual SAN 网络流量隔离至其自己的第 2 层网段。Virtual SAN 要求在用于 Virtual SAN 集群内通信的第 2 层物理网段上启用 IP 多播。可以通过使用 IGMP 监听将第 2 层多播流量限制到特定的端口组。作为最佳实践，VMware 建议不要在所有端口上实施大量多播。对于任何网络通信，Virtual SAN 不要求第 3 层多播。
Virtual SAN 支持使用网络适配器绑定配置作为可用性和冗余措施。Virtual SAN 不使用网络适配器绑定进行带宽聚合。为了实现可预测的性能级别，VMware 建议只要使用基于源虚拟端口 ID 负载平衡机制，就要按显示故障切换顺序在主动-被动模式下使用多个网络适配器。在使用连接到链路聚合控制协议 (LACP) 端口通道的物理网络适配器和使用以下负载平衡算法时，建议使用主动-主动配置：
?基于 IP 哈希的路由
?基于物理网卡负载的路由
1.4.5 安装介质
在部署 VMware ESXi? 以便与 Virtual SAN 配合使用时，请考虑以下建议：
?只要 ESXi 主机配置的内存为 512 GB，就应当使用 SD、USB 或硬盘设备作为安装介质。
?只要 ESXi 主机配置的内存大于 512 GB，就应当使用单独的磁盘或固态硬盘作为安装介质。
1.5 规模计算公式
Virtual SAN 的规模设定可以采用多种方式进行。在本节中，我们会从一种给定的硬件配置开始，通过考虑特定的策略设置，确定可用于虚拟机的实际空间容量。在确定预配置的 Virtual SAN 集群中的可用容量时，这种方法非常实用。
以下方案列出了将用作本节所有规模设定计算的基础的假设：
?每个集群的主机数(Hst) = 8
?磁盘组数量(DskGrp) = 5
?每个磁盘组的磁盘数(DskPerDskGrp) = 7
?磁盘大小(SzHDD) = 4,000 GB
?容许的故障数量(ftt) = 1
?虚拟机数量(VMs) = 800
?每个虚拟机的磁盘数(NumOfVMDK) = 1
?每个虚拟机的内存容量(vmSwp) = 10 GB
1.5.1 集群容量
可使以下公式计算 Virtual SAN 的原始存储容量：
?公式：Hst x NumDskGrpPerHst x NumDskPerDskGrp x SzHDD = y
?示例：8 x 5 x 7 x 4,000 GB = 1,120,000 GB = 1,120 TB
1.5.2 对象数
对象的数量取决于虚拟机文件数，其中包括虚拟机主目录、虚拟机交换文件、VMDK 和快照。
?公式：VMs x [VMnamespace（虚拟机命名空间）+ vmSwap（虚拟机交换文件数）+ NumOfVMDK] = y
?示例：800 x [1 + 1 + 1] = 2,400 个对象
注意：快照计为Virtual SAN 中的单个对象。但在此方案中，虚拟机没有被标识为使用快照；因此，快照在作为等式的一部分计算在内。
1.5.3 组件数
除了性能和可用性的要求，每个虚拟机的对象数还决定了将会创建的组件数。如前所述，Virtual SAN 目前支持每台主机最多包含 3,000 个组件。可使用以下公式计算每个虚拟机的组件数。它将影响创建的副本和见证组件数（具体取决于容许的故障数量设置）。所得的组件数量名义上分散在此集群中的所有主机上。
?公式：Object（对象数）x [ftt x 2 + 1] = y
?示例：2,400 x (1 x 2 + 1) = 7,200 个组件 = 平均每台主机 900个组件
注意：如果每个对象的磁盘条带数增加到超过默认值 1，每个条带将成为一个单独的组件。但在此方案中，磁盘条带数保留了默认值 1，因此它不影响计算结果。
1.5.4 交换空间容量
虚拟机交换空间会占用一定量的原始容量。无论容许的故障数量设置如何，Virtual SAN 始终使用两个副本来存储交换空间：
?公式：ClusterCapacity – (VMs x vmSwp x 2)
?示例：1,120,000 GB - (800 x 10 GB x 2) = 1,120,000 - 16,000 = 1,104,000 GB的磁盘容量
1.5.5 可用容量
Virtual SAN 可用容量是可用于存储所有虚拟机的 VMDK 文件的容量。其计算方法是用磁盘容量减去 Virtual SAN 开销，然后用剩余容量除以容许的故障数量加 1：
?公式：(DiskCapacity – DskGrp x DskPerDskGrp x Hst x VSANoverhead )/(ftt+1)
?示例：(1,104,000 GB - 280 GB)/(ftt+1) = 1,103,720 GB/(2) = 551,860 GB 的可用容量
注意：一般情况下，每个磁盘1 GB 的存储容量是按照Virtual SAN 组件与VMFS 元数据开销 (VSANoverhead) 的组合计算得出的。
在大约 1,120 TB 的原始容量中，用户可以创建总占用量最多 551 TB 的 VMDK。剩余空间主要由为实现可用性创建的副本和虚拟机交换空间占用。在本例中，对于 800 个具有单个虚拟磁盘的虚拟机，每个 VMDK 最大可以有 689 GB。
实际上，为虚拟机分配的容量不应超过此容量的 80%，这是为了容纳诸如快照和工作空间等其他内容。此外，组件的总数（取决于多种因素）必须保持在每台主机 3,000 个组件的限制范围内。在本例中，每台主机有大约 900 个组件，但如果每个虚拟机的磁盘数、每个对象的条带数或快照数有所增加，便会导致组件数增加。
下图显示了以上计算的结果。如图所示，原始容量被分为三大类。虚拟机交换空间显示为蓝色，用于副本的空间显示为橙色，可用于分配给虚拟磁盘的空间显示为绿色。Virtual SAN 的总开销（VMFS 元数据和组件元数据）很小，在图中无法显示，在大多数计算中也可以忽略。在下方的图表中，还用红色显示了包含8 台主机的集群中有 1 台主机出现故障后丢失的容量。
图 5.规模设定方案结果
总结
VMware Virtual SAN 是一个聚合了虚拟化管理程序的存储平台，它通过聚合 vSphere 集群中的 VMware vSphere 主机的计算和存储资源提供共享数据存储，同时为用户提供更简单的存储管理体验。它是VMware 设计的存储解决方案，使软件定义的存储对于 VMware 客户来说成为现实。由于在对 Virtual SAN 集群进行规模设定和设计时需要考虑一些特定的因素，因此本文重点介绍了成功部署 Virtual SAN 配置必须考虑的因素。
致谢
我要感谢 VMware 研发部门的 Jorge Guerra、Christian Dickmann 和 Christos Karamanolis，他们丰富的知识以及对 Virtual SAN 的了解让全文内容更加专业。我还要感谢存储和可用性技术营销团队的团队经理 Charu Chaubal、存储技术产品部门的产品线高级经理 Kiran Madnani 以及存储和可用性技术营销团队的高级技术营销架构师 Wade Holmes，他们为本文贡献了很多信息，并对本文进行了认真的审阅。
关于作者
Rawlinson Rivera 是 VMware 云计算基础架构产品技术营销团队的一名高级架构师。他的工作重点是存储虚拟化、软件定义的存储技术、VMware 产品的集成，以及采用 OpenStack 框架的解决方案。他以前曾是VMware 云计算基础架构和管理专业服务组织的一名架构师，主要职责是为 VMware 财富 100 强和 500 强客户提供 vSphere 和云计算体系结构。
Rawlinson 是最早的 VMware 认证设计专家 (VCDX#86) 之一，并且著有多部关于 VMware 和其他技术的书籍。关注 Rawlinson 的博客：
?https://www.360docs.net/doc/07374021.html,/vsphere/storage
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