一、背景簡介　

1、簡單介紹vsphere的共享存儲背景

vSphere里面有個重要的功能就是進(jìn)行虛擬機封裝，一個虛擬機以文件的形式存在，可以任意拷貝，比如.vmx虛擬機配置文件，vmdk數(shù)據(jù)文件等

vSphere下還有個集群的概念，一個集群視為一個資源池，搭配很多vSphere的高級特性，業(yè)務(wù)可以在集群中任意主機上，不必?fù)?dān)心單主機故障

如下圖所示，vSphere的故障恢復(fù)機制 HA,可以將故障主機上的虛擬機遷移到其他主機運行。

但是這個特性有個前提是共享存儲，一個存儲可以被多個服務(wù)器同時連接，同時讀取數(shù)據(jù)，任意節(jié)點故障，數(shù)據(jù)不受影響，進(jìn)而其他服務(wù)器可以使用這些數(shù)據(jù)快速恢復(fù)業(yè)務(wù)。

雙機頭冗余存儲如下：

2、簡單對比共享存儲與分布式存儲

本地存儲一向以可靠性高、穩(wěn)定性好，功能豐富而著稱，但存儲擴展性差、價格貴，數(shù)據(jù)連通困難等問題，容易形成數(shù)據(jù)孤島，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心管理和維護(hù)居高不下

分布式存儲：將數(shù)據(jù)分散存儲在網(wǎng)絡(luò)上的多臺獨立設(shè)備上，一般采用標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并在其上運行相關(guān)存儲軟件，比如vSAN，系統(tǒng)對外作為一個整體提供存儲服務(wù)

二、vSAN簡介

1、官方介紹

什么是vSAN可以理解為軟件定義的基于服務(wù)器集群搭建的分布式存儲。

存儲的管理程序是軟件實現(xiàn)，只有軟件才能做到開發(fā)、靈活、快速，適應(yīng)企業(yè)對于存儲的種種需求，分布式可以將數(shù)據(jù)、IO訪問分散到多個節(jié)點，讓整個存儲系統(tǒng)隨著節(jié)點的增多容量和性能線性增加。

圖示如下：

VMware vSAN 聚合本地本或直接連接數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，并創(chuàng)建在vSAN集群的所有主機之間共享的單個存儲池。vSAN消除了對外部共享存儲的需求，并簡化了存儲配置和虛擬機配置。

vSAN是ESXi虛擬機管理程序中包含的分布式軟件層，它與VMware vSphere完全集成。vSAN支持需要共享存儲的vSphere功能，例如高可用性（HA），vMotion和分布式資源調(diào)度程序（DRS）。VM存儲策略使您可以定義虛擬機存儲要求和功能。

vSAN群集中的每個主機都可以為群集提供存儲。這些存儲設(shè)備組合在一起以創(chuàng)建單個vSAN數(shù)據(jù)存儲?；旌蟰SAN集群使用閃存設(shè)備作為緩存層，磁驅(qū)動器使用容量層。全閃存vSAN群集將閃存設(shè)備用于緩存層和容量層。該體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)建了專為虛擬環(huán)境設(shè)計的閃存優(yōu)化，彈性共享數(shù)據(jù)存儲。

2、vSAN概念

軟件定義存儲的一個關(guān)鍵要素時基于存儲策略的管理（storage policy-based manage-ment，SPBM），這時vSAN特性之一，通過SPBM和vsphere API，底層存儲技術(shù)表現(xiàn)為一個具有多種功能的抽象化的存儲空間池，并展現(xiàn)給管理員用于部署。

可以配置混合集群或全閃集群，混合集群中，閃存用于緩存，磁盤用于容量，全閃集群中，閃存同時用于緩存和容量?！。ň彺婧腿萘拷M合讓存儲性能更佳，全閃沒得說更快）

本地存儲設(shè)備，必須至少一個閃存緩存設(shè)備和一個容量設(shè)備

每臺節(jié)點都需要提供存儲資源、訪問資源及管理程序

一般需要萬兆以太網(wǎng)交換機

主機上的設(shè)備將構(gòu)成一個或多個磁盤組，每個磁盤組包含一個閃存緩存設(shè)備，及一個或多個持久化存儲容量設(shè)備。每個主機上可以配置多個磁盤組

3、vSAN功能和特性

特性：

• 內(nèi)置在vsphere內(nèi)核中，vSAN在vSphere內(nèi)核內(nèi)部實現(xiàn)，與vSphere無縫集成，可幫助優(yōu)化性能和可靠性
• 讀/寫（I/O）緩存，vSAN通過服務(wù)器端閃存中內(nèi)置緩存，加快讀/寫磁盤I/O的速度，將存儲延遲降到最低程度
• 內(nèi)置故障保護(hù)，該技術(shù)利用分布式RAID和緩存鏡像確保磁盤、主機或網(wǎng)絡(luò)發(fā)送故障時絕不丟失數(shù)據(jù)
• 無中斷容量可擴展性，可以通過為集群添加主機或為主機添加磁盤，輕松地?zé)o中斷擴展vSAN數(shù)據(jù)容量
• 以虛擬機為中心的基于策略的管理，該解決方案采用可自動轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)配置的策略語句降存儲要求與各個虛擬機或虛擬磁盤關(guān)聯(lián)起來，采用該方法，IT任意可以立即調(diào)配存儲以嚴(yán)格遵守服務(wù)級別協(xié)議（service-level agreement，SLA）。
• 自行調(diào)節(jié)存儲和動態(tài)存儲負(fù)載平衡，vSAN自動無中斷地保持為每個虛擬機指定的存儲容量、性能和可用性級別，該技術(shù)可以與VMware vSphere Distributed Resource Scheduler進(jìn)行互操作，實現(xiàn)端到端的技術(shù)和存儲負(fù)載均衡。
• 與vSphere數(shù)據(jù)服務(wù)集成,該解決方案利用vSphere快照、克隆、VMware vSphere Data Protection和vSphere Replication，跨集群或站點提供數(shù)據(jù)保護(hù)、備份、快速克隆和數(shù)據(jù)傳參以便進(jìn)行容災(zāi)恢復(fù)
• 與vSphere web client集成
• 廣泛的硬件兼容性
• 與HORIZON VIEW 和VMware vCenter site Recovery Manager互操作，該解決方案可以與 horizon view一起部署在虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）環(huán)境中，與vCenter Site Recovery Manager 一起部署在災(zāi)難恢復(fù)環(huán)境中

功能：

• 共享存儲支持，vSAN支持需要共享存儲的VMware功能，如HA、vMotion和DRS，例如，如果某個主機過載，DRS可降虛擬機遷移到集群中的其他主機上
• 完全磁盤簇（JBOB），支持在刀片服務(wù)器環(huán)境中使用JBOB，如果您集群包含刀片服務(wù)器，您可以用連接到刀片服務(wù)器的JBOB存儲來擴展數(shù)據(jù)存儲容量
• 全閃和混合配置
• 磁盤格式，vSAN6.6支持磁盤虛擬文件格式5.0，該格式按vSAN集群提供高度擴展的快照和克隆管理支持
• 故障域，vSAN支持配置故障域，當(dāng)vSAN群集闊玥數(shù)據(jù)中心的多個機架或刀片服務(wù)器機箱時，可以防止主機出現(xiàn)機架或機箱故障
• 延伸群集，vSAN支持延伸集群，這類集群可以跨兩個地址位置
• vSAN Health Service，包含一些預(yù)配置的運行狀況檢查測試，可以執(zhí)行健康和故障排除并診斷集群組件出現(xiàn)問題的原因，還可以識別任何潛在風(fēng)險
• vSAN 性能服務(wù)，包含用于監(jiān)控IOPS、吞吐量、延遲和擁堵的統(tǒng)計圖表?？梢员O(jiān)控vSAN集群、主機、磁盤組、磁盤和虛擬機性能
• 與vSphere存儲功能集成，通常用于VMFS和NFS存儲的vSphere數(shù)據(jù)管理功能相集成，這些功能包括快照、鏈接克隆、vSphere Replication和vSphere APIs for data protection
• 虛擬機存儲策略，域虛擬機存儲策略結(jié)合使用，可支持以虛擬機為中心的存儲管理方法，如美分配，會自動降vSAN默認(rèn)存儲策略分配給虛擬機
• 快速置備，在創(chuàng)建和部署期間，vSAN可以在vCenter server中快速置備存儲

4、幾個關(guān)于vSAN名詞和術(shù)語

池化

• 單機內(nèi)部的連接
• 服務(wù)器之間的連接

故障域

為了保證數(shù)據(jù)不丟修，數(shù)據(jù)的存放位置就要一定的要求了，同一份虛擬機的同一份數(shù)據(jù)，必須保存在不同主機上

如一臺出現(xiàn)故障，這個時候需要仲裁機制保證只有一份數(shù)據(jù)時活動且最新的，不然會造成沖突

這個時vSAN最簡單的架構(gòu)，只允許一臺主機故障，只要故障發(fā)送在一臺主機內(nèi)

下面時vSAN故障域簡單示意，vSAN中有個詞叫FTT（Fault to tolerance），最大允許同時故障多少臺主機，F(xiàn)TT決定的時虛擬機數(shù)據(jù)保護(hù)級別，也決定了一個集群所需的最小數(shù)量，一個集群中主機數(shù)量》=2n+1，n=FTT的值

區(qū)分服務(wù)

可以通過存儲策略來給不同的對象區(qū)分不同的服務(wù)

例如：

• 虛擬機1 設(shè)置存儲策略A （FTT=1 ,不預(yù)留緩存，限制IOPS為100）
• 虛擬機2 設(shè)置存儲策略B（FTT=2,預(yù)留10%的ssd緩存，不限制IOPS）

磁盤組

磁盤組是為vSAN集群提供性能和容量的主機和物理設(shè)備組上的物理存儲容量單元，在相vSAN集群提供其本地設(shè)備的每個esxi主機上，設(shè)備按磁盤組形式進(jìn)行組織

每個磁盤組必須具有一個閃存緩存設(shè)備和一個或多個容量設(shè)備

每個磁盤組最少一塊SSD+1~7快HDD，每臺主機不能多于5個磁盤組

用于緩存的設(shè)備不能在磁盤組之間共享，也不用于其他目的，單個緩存設(shè)備必須專用于單個磁盤組，在混合集群中，閃存設(shè)備用于緩存層，磁盤用于存儲容量層

建議，使用多個磁盤組分散數(shù)據(jù)，因為比如ssd故障，會導(dǎo)致磁盤組數(shù)據(jù)均會無法訪問，分散數(shù)據(jù)能有效減少此故障帶來的影響　　　　　　

所有容量

• 所有容量指一個或多個虛擬機隨時使用的物理容量，所用容量由多種因素決定，包括VMDK、包含副本等內(nèi)容所使用的容量技術(shù)緩存大小時，不考慮用于包含副本的容量。

基于對象的存儲

1）vSAN以靈活的數(shù)據(jù)容器也就是對象形式存儲并管理數(shù)據(jù)，對象時之其數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)分布于集群中邏輯卷，例如每個VMDK,每個快照也是一個對象，在vSAN數(shù)據(jù)存儲上置備虛擬機時，vSAN為每個虛擬磁盤創(chuàng)建一組由多個組件組成的對象。

2）基于已分配的虛擬機存儲策略，vSAN單獨置備和管理每個對象，可能還設(shè)計為每個對象創(chuàng)建一個RAID配置

3）在vSAN為虛擬磁盤創(chuàng)建對象并確定如何在集群中分布對象時，將考慮以下因素：

　A、vSAN確認(rèn)已根據(jù)指定虛擬機存儲策略設(shè)置應(yīng)用虛擬磁盤要求

　B、vSAN確認(rèn)使用正確的集群資源進(jìn)行置備。例如，vSAN基于保護(hù)此類確定要創(chuàng)建副本數(shù)量，性能策略確定為每個副本分配Flash Read Cache量和創(chuàng)建的帶數(shù)，以及每個副本在集群中的放置位置。

　C、vSAN持續(xù)監(jiān)控和保護(hù)虛擬磁盤的策略合規(guī)性狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)任何不合規(guī)的策略狀態(tài)，必須進(jìn)行故障排除并解決根本問題。

　D、必要時，可以編輯虛擬機存儲策略設(shè)置，更改存儲策略設(shè)置不會影響虛擬機訪問，更改虛擬機存儲策略設(shè)置時，vSAN可能啟動對象重新創(chuàng)建過程，隨后會重新同步對象。

　E、vSAN確認(rèn)所需保護(hù)組件（例如鏡像和證明）位于不同的主機或容錯域上

vSAN數(shù)據(jù)存儲

1）在集群上啟用vSAN后，將創(chuàng)建一個單獨的vSAN數(shù)據(jù)存儲，單個vSAN數(shù)據(jù)存儲可以為每個虛擬機或每個虛擬機磁盤提供不同的服務(wù)級別

1）需要考慮vSAN數(shù)據(jù)存儲特定特性

A、vSAN提供群集中所以主機（無論是否具有設(shè)備）均可訪問的單個vSAN數(shù)據(jù)存儲，每個主機均可掛載任何其他數(shù)據(jù)存儲，包括Virtual Volume、VMFS或NFS

B、可以使用Storage vMotion在vSAN數(shù)據(jù)存儲、NFS和VMFS數(shù)據(jù)存儲之間移動虛擬機

C、僅用于容量的磁盤和閃存設(shè)備可以提供數(shù)據(jù)存儲容量，用于閃存緩存的設(shè)備不計入數(shù)據(jù)存儲的一部分

D、在自動磁盤聲明模式下，當(dāng)向vSAN群集添加具有容量的主機，或者向任何群集成員添加容量設(shè)備時，vSAN數(shù)據(jù)存儲大寫會動態(tài)增長。

對象和組件

1）每個對象由一組組件組成，例如.vmx、日志文件、vmdk、快照增量描述文件等

2)vSAN數(shù)據(jù)存儲保護(hù)以下對象類型：

　A、虛擬機主頁命令空間

　　　所有虛擬機配置文件均存儲在虛擬機主目錄中，例如.vmx、日志文件、vmdk（vmdk磁盤描述文件fvmdk-lag才是磁盤文件）、快照增量描述文件等。

　B、VMDK

　　　虛擬機磁盤或.vmdk文件，用于存儲虛擬機硬盤驅(qū)動器內(nèi)容。

　C、虛擬機交換對象

　　 打開虛擬機電源時創(chuàng)建-SWDK文件

　D、快照增量VMDK

　　　生成虛擬機快照時創(chuàng)建

3）vSAN組件是對象區(qū)塊，這些對象去看跨機器中的多臺主機分布，以便容許同時發(fā)送多個故障并滿足性能要求

4）vSAN利用分布式RAID體系機構(gòu)將數(shù)據(jù)分發(fā)到整個集群中

5）組件的分布主要采用兩種技術(shù)：

• 條帶化（RAID 0）
• 鏡像（RAID 1）

6）創(chuàng)建多少組件副本基于對象策略定義決定

虛擬機合規(guī)性狀態(tài)：合規(guī)和不合規(guī)

一個過多個對象不能滿足分配的存儲策略要求時，虛擬機被視為不合規(guī)，例如，其中要給鏡像副本無法訪問，狀態(tài)可能變得不合規(guī)，入股哦虛擬機域存儲策略中定義的要求相符，虛擬機的狀態(tài)則為合規(guī)。在虛擬磁盤頁面的物理磁盤放置位置選項卡中，可確定虛擬機對象的合規(guī)性狀態(tài)

組件狀態(tài)：已降級和不存在狀態(tài)

已降級，如果檢查到永久故障，并確定無法恢復(fù)到原始工作狀態(tài)，則該組件將處于已降級狀態(tài)。

不存在，vSAN檢查到臨時組建故障，其中組件及其素有數(shù)據(jù)可以恢復(fù)且vSAN能夠恢復(fù)其原始狀態(tài)，則該組件處于不存在狀態(tài)，重新啟動主機或從vSAN主機拔出設(shè)備時可能出現(xiàn)，等待60分鐘后，vSAN將重新構(gòu)建處于不存在的狀態(tài)組件

對象狀態(tài)：正常和不正常

根據(jù)集群中出現(xiàn)的故障類型和數(shù)量，對象可能處于以下狀態(tài)之一：

正常，當(dāng)至少要給RAID1鏡像可用或者最低所需數(shù)據(jù)段數(shù)可用是，則認(rèn)為對象處于正常狀態(tài)。

不正常，如果沒有可用的完整鏡像，或者RAID5或RAID6對象不滿足數(shù)據(jù)段最低數(shù)量要求，則該對象將被視為不正常。如果對象的投票數(shù)少于50%，則該對象不正常，如果群集中出現(xiàn)多個故障，則可能導(dǎo)致對象不正常，會影響虛擬機的可用性

證明

一個僅包含元數(shù)據(jù)的組件，不包含任何實際應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，如果發(fā)送潛在故障，則在需要確定正常的數(shù)據(jù)存儲組件的可用性時，可將其用做te breaker。如果使用磁盤格式1.0，則見證在vSAN數(shù)據(jù)存儲中占用覺2mb空間存放元數(shù)，二如果使用2.0或更高，則會占用4mb空間

6.0及更高會通過要給非對此投票系統(tǒng)來保持仲裁，其中，每個組件可能使用多個投票來決定對象的可用性，構(gòu)成虛擬機存儲對象的投票中超過50%，則vSAN數(shù)據(jù)存儲將無法在訪問該對象，無法訪問的對象可能會影響相關(guān)虛擬機的可用性

條帶化

是自動將I/O的負(fù)載均衡到多個物理磁盤上的技術(shù)，條帶化技術(shù)就是將一塊連續(xù)的數(shù)據(jù)分成很多小部分并把他們分布存儲到不同磁盤上去，這就能使多個進(jìn)程同時訪問數(shù)據(jù)的多個不同部分而不會造成磁盤重讀，而且在需要對這種數(shù)據(jù)進(jìn)行順序訪問的時候可以獲得最大成都的I/O并行能力，從而獲得非常好的性能，

圖例如下：

每個對象的磁盤條帶數(shù)

存儲對象的每個副本所跨的硬盤數(shù)

基于存儲策略的管理（SPBM）

使用vSAN時，可以采用策略形式定義虛擬機的存儲要求，例如性能和可能性，vSAN可確保為已部署到vSAN數(shù)據(jù)存儲的虛擬機至少分配一個虛擬機存儲策略，當(dāng)您了解虛擬機的存儲要求時，可以定義存儲策略并將其分配給虛擬機，如果部署虛擬機時不應(yīng)用存儲策略，vSAN將自動分配默認(rèn)vSAN策略，其中允許的故障數(shù)主要級別配置為1，每個對象一個磁盤帶，并具有一個精簡置備虛擬磁盤，為獲得最佳效果，應(yīng)定義您自己的虛擬機存儲策略，即使您的策略要求于默認(rèn)存儲策略中定義的相同

ruby vSphere 控制臺（RVC）

RVC,提供用于管理和故障排除vSAN群集的命令行界面，RVC可提供集群范圍的試圖，而不是esxcli提供的以主機為中心的試圖，與vcsa捆綁不需要單獨安裝

 vSphere PowerCLI

增加了vSAN的命令行腳本支持，有助于自動化完成配置及管理任務(wù)

vSAN Observer

是在RVCS上允許的基于web 的工具，可用于進(jìn)行升入的性能分析和vSAN群集監(jiān)控，使用vSAN Observer可查看容量層的性能統(tǒng)計信息、物理磁盤組的統(tǒng)計信息、CPU的當(dāng)前負(fù)載、vSAN內(nèi)存池的使用情況以及內(nèi)存對象在vSAN群集間的分布情況

5、vSAN核心思想

• 提高現(xiàn)有資源的利用率
• 降低運維成本
• 提高硬件和應(yīng)用程序的可用性
• 實現(xiàn)運維靈活性
• 提高桌面的可管理性和安全性

6、通過vsphere web client實現(xiàn)的主要功能

• vMotion，DRS、HA等高級功能都是基于這一技術(shù)
• DRS動態(tài)資源分配技術(shù)，使得多臺物理服務(wù)器中運行的虛擬機可以實現(xiàn)負(fù)載均衡，當(dāng)檢測到某臺服務(wù)器負(fù)載臨近閾值時，就可以通過vMotion技術(shù)進(jìn)行在線遷移。
• DPM分布式電源管理可以結(jié)合DRS功能，將多個負(fù)載較低的虛擬機集中到少數(shù)物理服務(wù)器上，把無用的關(guān)機，從而節(jié)省電力，負(fù)載增加時，對沒有使用的物理服務(wù)器加電開機，在通過DRS實現(xiàn)負(fù)載均衡。
• storage vMotion存儲在線遷移技術(shù)，允許正在運行的虛擬機存儲資源從一個存儲設(shè)備遷移到另一個存儲設(shè)備
• data protection 數(shù)據(jù)保護(hù)功能，可以對虛擬機進(jìn)行備份
• 高可用性，當(dāng)一臺物理服務(wù)器出現(xiàn)故障時，可以將受影響的虛擬機遷移到其他服務(wù)器上
• FT容錯，運行在不同物理服務(wù)器上運行兩臺完全一樣的虛擬機，提供最高等級的冗余性，即使一臺物理服務(wù)器發(fā)生故障也不會終端業(yè)務(wù)運行
• replication，可以復(fù)制虛擬機的所有鏡像到另一個站點，進(jìn)行容災(zāi)恢復(fù)，保證數(shù)據(jù)安全

參考：https://docs.vmware.com/cn/VMware-vSphere/6.5/com.vmware.vsphere.virtualsan.doc/GUID-18F531E9-FF08-49F5-9879-8E46583D4C70.html

參考：https://new.qq.com/omn/20180717/20180717G0AUBL.html

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