基于VVOL 的存储策略规划*

陈 婷

（北京理工大学珠海学院，广东 珠海519000）

引言

在传统VMware 存储中，庞大数量的虚拟机都由单一LUN 控制，这让在虚拟卷（VM）粒度上的数据管理变得相当困难。例如，如果单一虚拟机占用资源，那么管理员将花大力气找出问题所在。LUN 粒度上还会带来这样的问题：一个LUN 上控制的所有VM 将获得统一的数据服务配置，像是快照、复制、克隆、加密和数据去重等等，不管它们是否需要。

虚拟卷改变了这样一种状况，存储能够预置给独立的虚拟机，而此虚拟机将被分配需要的服务。基于存储策略的管理功能将完成存储资源的合理分配任务，它将有效简化存储配置和日常虚拟机的管理。

本文主要通过探究传统的虚拟化解决方案中缺陷和不足，以及对虚拟卷VVols 技术相关技术的介绍，最终确定了软硬件配置、整体拓扑连接等基于VVOL 存储形式的整体构建方案。

1 相关技术简介

1.1 VVols

Virtual Volumes（VVols）是新的概念，可以根据虚拟机的需求进行动态地分配，用来帮助虚拟机和应用程序拥有更好的存储分配。在传统的基于VMware 的虚拟机存储架构中，虚拟机一般被表现为VMFS 文件系统（如vmdk）。而VVols 存储构建方案，与传统虚拟机方案相比，则去掉了原来的VMFS 文件系统这一抽象层，它是通过上层软件GUI 界面的存储容器Storage Container 技术给用户提供了一个一致统一的抽象层。那么对于虚拟卷上层对象，即虚拟机来说，该方案封装了底层存储的细节，使得用户不再需要知道数据到底存储在磁盘阵列的某个具体位置。从而实现存储的定义和使用相互分离的目的，也实现了存储虚拟化技术。

1.2 存储容器

Storage Container（SC）即存储池，相当于储存池，是底层存储容量的资源池，用来分配和约束存储容量。虚拟卷VVols 则存储在SC 上，当对位于某个存储池的虚拟卷进行操作时，实际操作的是该SC 对应的存储池所位于的底层磁盘阵列。

存储池是由软件GUI 界面的存储管理员，进行定义与创建，是一个虚拟存储结构。这样的话，在理论上，SC 支持实时、无限量的容量扩容和缩容。另外，SC 的创建较为灵活，还可以给包含不同配置和类型的整个磁盘阵列创建成一个SC，在创建虚拟机时就可以优先选用某些配置高的磁盘阵列。在VVols 存储方案中，也可以通过VASA Provider 界面给虚拟机指定磁盘策略（VM Storage Policy），比如金银铜存储策略，从而达到硬件存储资源的更合理的分配，以及创建虚拟存储池和磁盘阵列使用分离的目的。[1]

1.3 协议端点

Protocol Endpoints（简称PE）即协议端点，主要用于ESXi 主机与磁盘阵列两者之间的I/O 通信的数据传输交流的一种新机制。其类似于I/O 代理，是ESXi 主机和虚拟卷之间的I/O 连接通道。PE 是在上层软件GUI 界面建立的，可建立ESXi 主机->PE 点->磁盘阵列的FC/iscsi 连接。引入协议端点这个新概念，使得ESXi 主机原本获取信息是由存储阵列上的虚拟卷来得到，现在则可以通过PE 与虚拟卷VVols 之间进行通信来获取信息。

相较于传统方式，在基于SAN 的存储系统上，该系统的协议端点可当作一个个LUN 来处理；对应NFS 存储阵列，其上PE 可视作一个挂载点（Mount point），数据不会存储在PE 上，而是从ESXi 主机转移到在存储容器上的vSphere VVOL。

1.4 存储提供程序

VASA Vendor Provider，以下简称VASA Provider，即存储提供程序。其本质是在vSphere 环境中提供充当存储感知服务的软件。存储提供程序的主要功能在于，能够建立起客户服务器、EXSI 主机、以及底层磁盘阵列三者之间的联系。

VASA，指的是存储感知的vSphere API（编程接口）。该API 接口可为vSphere 提供底层的相关磁盘阵列的各种信息，包括功能特性（如快照、复制、扩容缩容、RFID 级别）和状态（磁盘容量、运行状况、故障排除等）等。

协议端点PE 是由上层客户GUI 界面建立并与EXSi服务器建立初次连接，而其提供的协议方式是由不同的EXSi 主机的选择来决定的，此后通过存储提供程序VP 实现vSphere Vcenter 界面来自动感知并获取不同EXSi 主机上的相应的PE，并将感知到的PE 与对应的EXSi 主机进行再次连接，实现上层服务器与底层磁盘阵列的I/O 数据的传输。

1.5 存储策略管理

VMware vSAN 提供了基于存储策略的存储管理SPBM（Storage Policy-Based Management）。通过存储策略的管理（SPBM），可以实现软件定义的存储实现策略驱动（Policy -driven）的自动化。

例如，在主机集群EXSi 上启用vSAN，通过主机EXSi与协议端点PE 的连接，可在集群界面自动感知在GUI 界面建立好的存储池SC，并在该界面为该存储池进行设置，分配相应的存储策略。该存储策略定义了虚拟机的存储要求，这些策略确定如何置备和分配数据存储内的虚拟机存储对象，以保证达到要求的服务级别。如图1 所示即为基于MascoSAN ISCSI DISK 的VVOL 存储策略选择。

2 传统存储策略部署

在当前磁盘存储市场上的主流存储解决方案主要为：直连式存储DAS、网络接入存储NAS 以及存储区域网络SAN。本文主要讨论两种非直连存储类型的存储部署方案。

图1 存储策略

2.1 存储区域网络SAN

SAN 指的是一种储存技术，其依托于网状通道（Fiber Channel，简称FC）技术，为客户端服务器与底层磁盘阵列提供专用的光纤通道网络。如图2 所示，其可允许多台客户端服务器访问同一磁盘阵列。[2]

图2 IPSAN 存储结构图

图3 FCSAN 存储结构图

如图2 所示，即为IPSAN 存储结构图，其利用IP 网络构建网络，使用TCP/IP 协议的ISCSI 协议封装构建的存储区域网络。如图3 则是FCSAN 存储结构图，与IPSAN不同之处在于后者是利用光纤线，通过高速FC 交换机组成的存储网络。

2.2 网络接入存储NAS

网络附属存储NAS 是一种特殊的专用数据存储服务器，其将存储设备连接到现有的网络上来提供数据和文件服务，可以实现跨平台文件共享功能。NAS 本身能够支持多种协议，如NFS、CIFS、FTP、HTTP 等，其是可以直接使用的文件系统，不需要直接面对块设备。[2]

如图4 所示的NAS 存储结构图中，传统存储策略即为从担任Servers 的磁盘阵列中获取信息，通过ISCSI/IP交换机，将信息传输给客户端。而NAS 存储则是直接通过交换机从云端网络获取信息，发送给客户端。相对于其他存储解决方案，NAS 具有易于部署、跨平台使用、整体性能高等优势。

图4 NAS 存储结构图

3 虚拟卷存储策略部署

相对于传统物理IT 架构中，使用磁盘阵列作为存储单位进行存储。基于VMware 的虚拟化IT 架构，以虚拟机为单位，体现为一个个独立的VMDK 文件。在其上的克隆、快照等操作都是以VMDK 为目标，但在策略配置上存储对象VMDK 和存储粒度LUN 不能很好的匹配，造成空间浪费。

VVOL 为了解决上述问题，即上层的VMDK 管理不知道底层的存储，存储管理不知道VMDK，提出新的存储概念——虚拟卷。从存储角度来看，将虚拟卷作为一个个LUN 来处理，虚拟机的操作和对应的策略配置都绑在对应的虚拟卷上。而在上层客户端，即软件GUI 界面看到的虚拟卷是一个普通文件VMDK、一个快照文件snapshot 和一个配置文件config。可以说，虚拟卷是一架横跨在虚拟机和存储间通信的一座桥梁，使得虚拟机成为存储管理和存储策略的基本单元。[4]

如图5 所示[4]，即为基于VMware 的虚拟机存储方案，其方案即为底层的磁盘阵列，通过存储分块等方法，分成1024 级数数目的LUN，之后通过vSphere 构成存储策略，即将划分为一个个Ubuntu 虚拟机。之后在上层客户端软件界面对虚拟机进行各种操作，转化成对磁盘容量的操作。

图5 非VVOL 存储方案

图6 VVOL 存储方案

如图6 所示[4]，则是基于VVOL 的存储方案，相较于图5 来说。该方案将Ubuntu 虚拟机转换成一个个虚拟卷，该卷可分为一个VMDK、一个快照或一个配置文件进行操作。在层客户端软件界面对虚拟机进行操作时，就会转换成相对应的卷进行操作，这样将存储的管理单元由LUN级别缩减到虚拟机级别，使得存储管理更灵活高效。

4 结束语

本文通过对传统存储方案、基于VMware 的虚拟机存储方案和基于VVOL 的存储方案进行对比。可以看出VVOL 存储方案有诸多优势，例如提供虚拟机粒度的灵活高效的管理；分流数据负载；提供基于策略的管理；兼容性好，可与传统数据存储库共存等。