vSAN:技術原理、儲存特性及部署方法

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隨著企業 IT 環境向虛擬化和雲計算方向發展,儲存技術的重要性與日俱增。vSAN(VMware vSphere Storage Area Network)作為 VMware 提供的分散式儲存解決方案,以其高可用性、靈活性和擴充套件性,成為虛擬化環境中備受青睞的選擇。本文將深入介紹 vSAN 的技術原理、新版本特性以及部署方法,幫助企業更好地理解和應用這一技術。
vSAN 技術原理
SAN 是 VMware 提供的一種分散式儲存解決方案,透過聚合 ESXi 主機的本地儲存資源(HDD、SSD)建立共享儲存池,用於支援虛擬機器的高效能和高可用性儲存需求。

分散式 RAID

VSAN的關鍵特性包括:
  • 自動分層儲存:根據資料的活躍程度自動將資料放置在不同型別的儲存介質上。
  • 複製和故障切換:為確保資料的高可用性,VSAN會在叢集中的不同節點之間複製資料。
  • 效能最佳化:透過智慧的資料佈局和快取機制,VSAN能夠提供卓越的效能。
  • 易於管理和部署:VSAN的配置和管理非常直觀,可以透過vSphere Web Client進行。
  • 資料冗餘方式
    • RAID-1(同步映象):效能優先,每個儲存物件有多個副本。
    • RAID-5/6(校驗模式):容量優先,透過校驗資料保護儲存物件。

儲存策略

儲存策略是 vSAN 的核心功能之一,允許管理員為每個虛擬機器甚至虛擬磁碟單獨設定效能和可用性要求:
  • 容忍主機或磁碟故障數。
  • 資料條帶數(提高效能)。
  • 容錯方法(RAID 模式選擇)。
vSAN 儲存特性
RAID-5 和 RAID-6 支援
  1. RAID-1 和 RAID-5/6 的儲存機制對比
  • RAID-1(映象模式)
    • 例如:儲存一個 100GB 的虛擬磁碟需要 200GB 的總容量。
    • 每一份資料都需要完整的副本,冗餘度高。
    • 容忍 1 次主機或磁碟故障的情況下,儲存需求是資料大小的 2 倍。
  • RAID-5(單校驗模式)
    • 例如:儲存 100GB 的虛擬磁碟,需要 75% 的容量,即 133.33GB,節省了約 33% 的空間。
    • 資料以條帶形式分佈在 3 臺主機上,第 4 臺主機儲存校驗資料。
    • 糾刪碼(Erasure Coding):VSAN 引入了糾刪碼技術,類似於 RAID-5 的奇偶校驗機制,但更為靈活和高效。糾刪碼可以在單個磁碟故障的情況下保護資料完整性。
    • 校驗資料佔用 1/n 的容量(n 是主機總數),因此實際資料只需佔用 n-1/n 的容量。
  • RAID-6(雙校驗模式)
    • 例如:儲存 100GB 的虛擬磁碟,需要 66.67% 的容量,即 150GB,節省了約 50% 的空間。
    • 資料分佈在 4 臺主機上,另外 2 臺主機儲存校驗資料。
    • 雙重冗餘:VSAN 可以配置為在多個磁碟上儲存多個副本或使用更復雜的糾刪碼方案,以提供類似於 RAID-6 的雙重冗餘保護。這通常透過配置儲存策略來實現,確保資料在多個節點上分佈並具有足夠的冗餘。
    • 校驗資料佔用 2/n 的容量,因此實際資料只需佔用 n-2/n 的容量。

儲存策略

RAID模式

FTT

條頻寬度

佔用空間
高效能策略

RAID-1
1

1
200GB

節省空間策略(1)

RAID-5

1

1
133.33GB

節省空間(2 RAID-6 2 1
150GB

無容錯策略

0

1

100GB

  1. 為什麼 RAID-5 和 RAID-6 節省空間
  • RAID-1 是完全複製機制,需要完整的映象副本,儲存效率最低。相比之下,RAID-5 和 RAID-6 透過校驗資料替代部分映象資料,大幅減少了冗餘佔用空間。
  • 冗餘校驗比率的降低
    • RAID-5 每寫入 3 份資料只需 1 份校驗資料(25% 冗餘)。
    • RAID-6 每寫入 4 份資料只需 2 份校驗資料(33.33% 冗餘)。
  1. 效能與容量的權衡
  • 效能優先:選擇 RAID-1,可以提供更高的 I/O 效能。
  • 容量優先:選擇 RAID-5/6,可在效能稍作犧牲的情況下大幅節約儲存空間。
  1. 條帶化增強效能vSAN 支援 RAID-0 條帶化,虛擬磁碟資料可分佈到多個物理磁碟上,提升效能。但條帶化並非所有場景都需要,適用場景需根據業務需求評估。
vSAN 的部署方法  

部署前準備

1.硬體要求
  • 每臺主機至少 1 塊 SSD(快取層)和 1 塊 HDD/SSD(容量層)。
  • 網路連線:推薦 10Gbps 網路,保證主機間資料傳輸效能。
2.叢集需求
  • RAID-1:至少 3 臺主機。
  • RAID-5:至少 4 臺主機。
  • RAID-6:至少 6 臺主機。
3.環境要求
  • vSphere 環境:安裝並配置 vCenter 和 ESXi 主機。
  • 許可:確保 vSAN 許可啟用。

配置步驟

  1. 啟用 vSAN 功能
    1. 在 vCenter 中建立或編輯叢集,勾選 vSAN 選項。
  2. 檢查硬體和磁碟相容性
    1. 確保主機中的磁碟滿足 vSAN 的硬體相容性要求,可以透過 VMware Compatibility Guide 檢查。
  3. 在 vCenter 中配置 vSAN 儲存池
    1. 標記磁碟用途:標記合適的磁碟為快取層或容量層。
    2. 建立磁碟組:每個磁碟組由 1 塊快取層磁碟和最多 7 塊容量層磁碟組成。
  4. 配置儲存策略
    1. 設定容錯方式(RAID 模式)、容錯數(FTT)、條頻寬度及預留容量。
  5. 應用儲存策略
    1. 在虛擬機器部署或磁碟配置時直接選擇儲存策略。
  6. 測試與驗證
    1. 使用 vSAN 健康檢查工具驗證配置是否符合最佳實踐。
總 結
vSAN 透過分散式儲存架構將效能與容量需求相結合,為虛擬化環境提供高效的儲存解決方案。其靈活的儲存策略和多種容錯方式使其在高可用性、擴充套件性和效能上具備顯著優勢。企業可以根據業務需求,合理規劃和部署 vSAN,充分發揮其技術潛能。
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