VMware虛擬卷VVols組件淺析

劉潔 何俊林 汪曉飛

【摘要】虛擬卷VVols技術(shù)是軟件定義存儲SDS重要組成部分之一，本文主要通過探究傳統(tǒng)的虛擬化解決方案中缺陷和不足，以及對于虛擬卷VVols技術(shù)相關(guān)組件的研究，從而更加深入了解虛擬卷VVols技術(shù)如何解決傳統(tǒng)解決方案的缺陷。

【關(guān)鍵詞】VMware；VVol（Virtual Volume）；SDS（Software Define Storage）

一、引言

面對傳統(tǒng)存儲管理模式的缺陷和挑戰(zhàn)，例如存儲容量難以橫向擴展、異構(gòu)廠商設(shè)備的互不兼容等問題，VMware公司提供了虛擬卷VVols的解決方案。虛擬卷VVols（Virtual Volumes）是VMware公司的軟件定義存儲SDS框架的一部分。VVols通過將存儲資源，I/O資源抽象化和池化以及基于存儲策略的管理（SPBM）等技術(shù)，使得vSphere管理員在存儲上創(chuàng)建虛擬機及其相關(guān)操作更方便靈活，更易于管理和實現(xiàn)。

二、傳統(tǒng)VMware存儲技術(shù)的缺陷

在VMware公司的虛擬卷VVols技術(shù)使用之前，也就是目前常用的部署虛擬機的流程大致如下：

（1）虛擬機管理員預(yù)先向存儲管理員討論虛擬機的基礎(chǔ)存儲要求（比如容量，內(nèi)存和性能，還有數(shù)據(jù)保護、冗余、快照之類的數(shù)據(jù)服務(wù)）。

（2）存儲管理員在相應(yīng)磁盤陣列上創(chuàng)建滿足虛擬機需求的存儲池。

（3）存儲管理員將該存儲池按照LUNs（塊存儲，VMFS）或NFS方式劃分，并將其提供給ESXi主機。

（4）存儲管理員使用諸如vCenter或vSphere Web Client等VMware管理工具，在提供的存儲上部署并管理V虛擬機。

顯然，當前在存儲上部署虛擬機的流程復(fù)雜且耗時。部署一個虛擬機需要存儲管理團隊中不同角色之間緊密協(xié)同合作。

此外，以上過程還存在缺陷：

（1）無法預(yù)先知道需要配置多少。存儲管理員往往出于未來使用量增加的考慮，會預(yù)先多配置容量，從而導(dǎo)致配置過剩和性能浪費。

（2）需要在LUN級別上進行操作。一個存儲池中存放了很多虛擬機，vSphere管理員很難對某個特定虛擬機進行特定配置和操作。

（3）虛擬機相關(guān)信息的文件是直接與底層存儲進行關(guān)聯(lián)的，耦合度太高。

三、虛擬卷VVols技術(shù)

隨著軟件定義存儲SDS技術(shù)的發(fā)展，人們對于存儲使用要求有了進一步的提升。除了需要解決上述傳統(tǒng)的VMware存儲技術(shù)的缺陷以外，還要面對異構(gòu)的存儲設(shè)備、需要提供統(tǒng)一的存儲資源池和跨設(shè)備提供數(shù)據(jù)服務(wù)等問題。

虛擬卷VVols是VMware公司軟件定義存儲SDS框架的重要組成部分之一。根據(jù)VMware官方介紹：“Virtual Volumes踐行 VMware SDS愿景的核心原則，以求在虛擬化環(huán)境中實現(xiàn)能從根本上提高效率的存儲運維模式，從而集中關(guān)注虛擬機而不是物理基礎(chǔ)架構(gòu)?！?，虛擬卷VVols可以從根本上提高存儲使用的效率。

虛擬卷VVols通過以下幾個組件構(gòu)成：（1）VVols；（2）存儲容器Storage Containers （SC）；（3）協(xié)議端點Protocol Endpoints （PE）；（4）vSphere存儲感知Sphere API for Storage Awareness（VASA）；（5）存儲策略的管理Storage Policy Based Management （SPBM）。

以下對核心組件構(gòu)成進行說明：

1.VVols

Virtual Volumes（VVols）是創(chuàng)建并存儲在磁盤陣列上的新型虛擬機對象。傳統(tǒng)的架構(gòu)中，虛擬機在存儲上的表現(xiàn)形式是VMFS文件系統(tǒng)（如vmdk）。VVols架構(gòu)則去掉了原來的VMFS文件系統(tǒng)這一抽象層，取而代之是通過存儲容器Storage Container技術(shù)向用戶提供了一個一致統(tǒng)一的抽象層。這樣，向上一層用戶（即虛擬機）封裝了底層存儲的細節(jié)，用戶不再需要知道數(shù)據(jù)到底存儲在什么地方。從而實現(xiàn)存儲的定義和使用相互分離的目的，達到軟件定義存儲SDS中的存儲高度橫向可擴展性的目的。

2.存儲容器

虛擬卷VVols則存儲在存儲容器（SC）上。存儲容器SC是由存儲管理員定義和創(chuàng)建的，是純邏輯存儲結(jié)構(gòu)。SC有點類似于儲存池的概念，是底層存儲容量的資源池，用來分配和約束存儲容量。同時，由于SC是邏輯實體結(jié)構(gòu)，這樣理論上，SC支持實時、無中止的容量擴展和收縮。

通過SC可以有效整合異構(gòu)磁盤組成的陣列，對外提供一個統(tǒng)一的存儲資源池。

SC還可以提供更大程度的靈活性，除了可以按照傳統(tǒng)的方式，即為某種類型或配置的存儲池創(chuàng)建特定SC，我們還可以給包含不同配置和類型的整個磁盤陣列創(chuàng)建一個SC。事實上，傳統(tǒng)的方式并不是最優(yōu)化的方案，因為我們可以在更上層使用基于策略的方式給虛擬機指定磁盤策略（VM Storage Policy），從而達到硬件存儲資源的創(chuàng)建和使用分離的目的。

3.協(xié)議端點

存儲容器SC虛擬化了存儲陣列，讓虛擬機的相關(guān)數(shù)據(jù)文件通過虛擬卷VVols的方式存儲在存儲容器SC上，不過還需要解決vSphere（即ESXi Host主機）與存儲陣列的I/O數(shù)據(jù)傳輸方式的問題。協(xié)議端點PE（Protocol Endpoints）組就是解決ESXi主機與存儲陣列之間I/O數(shù)據(jù)傳輸交流的新機制。PE類似于I/O代理，是ESXi主機和虛擬卷之間的I/O連接通道，通過在存儲陣列上添加并實現(xiàn)PE，ESXi主機不直接從存儲上的虛擬卷VVols獲取數(shù)據(jù)，而是通過PE組件與虛擬卷VVols進行通信。與傳統(tǒng)方式進行類比，對于塊設(shè)備陣列，那么上面的PE可以看成一個特殊的LUN；對應(yīng)NFS陣列，那么PE就可以看成一個掛載點（Mount point）。

PE兼容目前的主流的SAN/NAS標準協(xié)議，比如iSCSI、NFSv3、Fiber Channel （FC）和Fiber Channel over Ethernet （FCoE）。

4.vSphere存儲感知

存儲設(shè)備上協(xié)議端點PE提供的協(xié)議方式由存儲廠商決定并實現(xiàn)，然后，通過vSphere API for Storage Awareness（VASA）組件實現(xiàn)vSphere自動感知相應(yīng)的PE，并選擇相應(yīng)的PE實現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)的傳輸通信。

其中，存儲感知（VASA）組件Sphere 5.0引入的一組API，是存儲提供者和存儲使用者之間新的一套標準交流方式。在沒有VASA之前，想要確認物理LUN的特征屬性，如ID、容量、精簡配置、去重、分層、RAID等等存儲端的信息，是無法直觀的從vSphere獲得的。使用VASA后，就可以讓vSphere直接獲取存儲陣列的相關(guān)信息，這樣方便存儲管理員管理存儲資源，以及根據(jù)存儲資源準確做出決策。

5.存儲策略管理

通過存儲策略的管理（SPBM），可以實現(xiàn)軟件定義的存儲實現(xiàn)策略驅(qū)動（Policy -driven）的自動化。通過SPBM，可以定義不同存儲的需求（容量、性能和可用性等）策略供存儲使用者調(diào)用，實現(xiàn)存儲服務(wù)的定義和使用分離的目的，支持大規(guī)模地自動執(zhí)行調(diào)配存儲，并能動態(tài)實時監(jiān)控各個虛擬機的存儲服務(wù)級別。

在實際VVols架構(gòu)中，SPBM 流程大致如下：vSphere管理工具定義了虛擬機的存儲策略（VM Storage Polices）后，會通過VASA與存儲端檢查指定的策略和用戶的級別（如金、銀、銅）是否符合規(guī)范。然后，在不同級別的用戶在使用存儲來創(chuàng)建虛擬機時，會自動根據(jù)各自的策略在底層存儲陣列上分配相應(yīng)的存儲空間和性能指標。

由此可見，通過策略驅(qū)動的自動化功能實現(xiàn)的動態(tài)控制使您能夠靈活地控制虛擬機的存儲使用量，從而最終加快新應(yīng)用調(diào)配速度并簡化變更管理，虛擬機管理員不再需要依賴存儲管理員來完成基礎(chǔ)架構(gòu)變更請求。虛擬機管理員可以靈活地更改策略，而所需的基礎(chǔ)架構(gòu)也可自動更改配置?？焖俑鶕?jù)業(yè)務(wù)的變化及時做出調(diào)整。

四、結(jié)論

通過VMware的新架構(gòu)虛擬卷VVols技術(shù)的實現(xiàn)，可以達到避免傳統(tǒng)部署虛擬機的缺陷，可以對虛擬機的資源消耗的控制可以更精確，同時通過SPBM等策略使得部署虛擬機更方便耗時更少，虛擬機管理員可以為特定虛擬機提供更加精準、靈活的存儲數(shù)據(jù)服務(wù)級別。

作者簡介

劉潔，本科在讀；何俊林，講師，成都師范學(xué)院計算機科學(xué)學(xué)院教師； 汪曉飛，副教授，成都師范學(xué)院計算機科學(xué)學(xué)院教師；*為通訊作者.