VMware vSAN 入門概要

1. 背景

1. vSphere の共有ストレージの背景を簡単に紹介する

vSphere の重要な機能は、仮想マシンのカプセル化です。仮想マシンは、.vmx 仮想マシン構成ファイル、vmdk データファイルなどのファイルの形式で存在し、自由にコピーできます。

vSphere にはクラスタの概念もあります。クラスタはリソースプールと見なされます。vSphere の多くの高度な機能により、単一ホストの障害を心配することなく、クラスタ内の任意のホストでサービスを実行できます。

下の図に示すように、vSphere の障害回復メカニズム HA は、障害が発生したホスト上の仮想マシンを他のホストに移行して操作することができます。

ただし、この機能には共有ストレージが前提となります。1 つのストレージに複数のサーバーが同時に接続し、同時にデータを読み取ることができます。いずれかのノードに障害が発生してもデータは影響を受けず、他のサーバーはこのデータを使用して迅速に業務を再開できます。

デュアルヘッド冗長ストレージは次のとおりです。

2. 共有ストレージと分散ストレージの簡単な比較

ローカルストレージは、信頼性が高く、安定性に優れ、機能が豊富であることで知られています。しかし、ストレージの拡張性が低く、価格が高く、データの接続が難しいという問題があります。データアイランドが形成されやすく、データセンターの管理と保守のコストが高くなります。

分散ストレージ: データはネットワーク上の複数の独立したデバイスに保存されます。通常は標準の x86 サーバーとネットワークで接続され、vSAN などの関連ストレージソフトウェアがそれら上で実行されます。システム全体が外部にストレージサービスを提供します。

2. vSAN の概要

1. 公式紹介

vSAN とは、サーバークラスターに基づくソフトウェア定義の分散ストレージと理解できます。

ストレージ管理プログラムはソフトウェアによって実装されます。企業のさまざまなストレージニーズに適応するには、ソフトウェアだけが柔軟かつ迅速に開発できます。分散ストレージは、データと IO アクセスを複数のノードに分散できるため、ノードの増加に応じてストレージシステム全体の容量とパフォーマンスが直線的に増加します。

図は以下のとおりです。

VMware vSAN は、ローカルまたは直接接続されたデータストレージデバイスを集約し、vSAN クラスタ内のすべてのホスト間で共有される単一のストレージプールを作成します。 vSAN は外部共有ストレージの必要性を排除し、ストレージ構成と仮想マシン構成を簡素化します。

vSAN は、VMware vSphere と完全に統合された ESXi ハイパーバイザーに含まれる分散ソフトウェアレイヤーです。 vSAN は、高可用性 (HA)、vMotion、分散リソーススケジューラ (DRS) など、共有ストレージを必要とする vSphere 機能をサポートしています。 VM ストレージポリシーを使用すると、仮想マシンのストレージ要件と機能を定義できます。

vSAN クラスタ内の各ホストは、クラスタにストレージを提供できます。これらのストレージデバイスが結合されて、単一の vSAN データストアが作成されます。ハイブリッド vSAN クラスタは、フラッシュデバイスをキャッシュ層として使用し、磁気ドライブを容量層として使用します。オールフラッシュ vSAN クラスタは、キャッシュ層と容量層の両方にフラッシュデバイスを使用します。このアーキテクチャは、仮想環境向けに特別に設計された、フラッシュに最適化された耐障害性の高い共有データストレージを作成します。

2. vSANのコンセプト

ソフトウェア定義ストレージの重要な要素は、vSAN の機能であるストレージポリシーベース管理 (SPBM) です。SPBM と vSphere API を通じて、基盤となるストレージテクノロジは、展開用の複数の機能を備えたストレージスペースの抽象的なプールとして管理者に提供されます。

ハイブリッドクラスターまたはオールフラッシュクラスターを構成できます。ハイブリッドクラスターでは、フラッシュはキャッシュに使用され、ディスクは容量に使用されます。オールフラッシュクラスターでは、フラッシュはキャッシュと容量の両方に使用されます。 (キャッシュと容量の組み合わせによりストレージのパフォーマンスが向上し、オールフラッシュは間違いなく高速になります)

ローカルストレージデバイス。少なくとも1つのフラッシュキャッシュデバイスと1つのキャパシティデバイスが含まれている必要があります。

各ノードはストレージリソース、アクセスリソース、管理プログラムを提供する必要がある

通常、10ギガビットイーサネットスイッチが必要

ホスト上のデバイスは 1 つ以上のディスクグループを形成し、各ディスクグループにはフラッシュキャッシュデバイスと 1 つ以上の永続ストレージ容量デバイスが含まれます。各ホストに複数のディスクグループを構成できます。

3. vSANの機能と特徴

特性：

vSAN は vSphere カーネルに組み込まれており、vSphere カーネル内に実装され、vSphere とシームレスに統合されてパフォーマンスと信頼性を最適化します。
読み取り/書き込み (I/O) キャッシュ: vSAN は、サーバー側のフラッシュメモリに組み込まれたキャッシュを使用して、読み取り/書き込みディスク I/O を高速化し、ストレージの遅延を最小限に抑えます。
組み込みの障害保護機能。分散RAIDとキャッシュミラーリングを使用して、ディスク、ホスト、またはネットワークに障害が発生した場合でもデータが失われないようにします。
中断のない容量スケーラビリティにより、クラスタにホストを追加したり、ホストにディスクを追加したりすることで、vSAN データ容量を中断することなく簡単に拡張できます。
VM 中心のポリシーベースの管理により、このソリューションは、システム構成に自動的に変換されるポリシーステートメントを使用して、ストレージ要件を個々の VM または仮想ディスクに関連付けます。このアプローチにより、IT 部門はストレージを即座にプロビジョニングして、サービスレベルアグリーメント (SLA) に厳密に準拠できます。
自己調整ストレージと動的ストレージ負荷分散により、vSAN は各仮想マシンに指定されたストレージ容量、パフォーマンス、および可用性のレベルを自動的かつ中断なく維持します。このテクノロジは VMware vSphere Distributed Resource Scheduler と相互運用でき、エンドツーエンドのテクノロジとストレージ負荷分散を実現します。
このソリューションは vSphere Data Services と統合されており、vSphere スナップショット、クローン、VMware vSphere Data Protection、vSphere Replication を活用して、データ保護、バックアップ、迅速なクローン作成、および災害復旧のためのクラスタまたはサイト間のデータ転送を提供します。
vSphere Web クライアントとの統合
幅広いハードウェア互換性
このソリューションは、Horizon View および VMware vCenter Site Recovery Manager と相互運用可能であり、仮想デスクトップインフラストラクチャ (VDI) 環境では Horizon View とともに、災害復旧環境では vCenter Site Recovery Manager とともに導入できます。

関数：

共有ストレージのサポート。vSAN は、HA、vMotion、DRS など、共有ストレージを必要とする VMware 機能をサポートしています。たとえば、ホストが過負荷になった場合、DRS は仮想マシンをクラスタ内の他のホストに移行できます。
Just a Bunch of Disks (JBOB) は、ブレードサーバー環境での JBOB の使用をサポートします。クラスターにブレードサーバーが含まれている場合は、ブレードサーバーに接続された JBOB ストレージを使用して、データストレージ容量を拡張できます。
オールフラッシュとハイブリッド構成
ディスクフォーマット: vSAN 6.6 はディスク仮想ファイルフォーマット 5.0 をサポートしており、vSAN クラスタごとに高度にスケーラブルなスナップショットおよびクローン管理サポートを提供します。
障害ドメイン。vSAN は障害ドメインの構成をサポートしています。vSAN がデータセンター内の複数のラックまたはブレードサーバーシャーシをクラスタ化する場合、ホストでラックまたはシャーシの障害が発生するのを防ぐことができます。
ストレッチクラスタ、vSAN は 2 つのアドレスロケーションにまたがるストレッチクラスタをサポートします。
vSAN ヘルスサービスには、ヘルスとトラブルシューティングを実行し、クラスタコンポーネントの問題の原因を診断し、潜在的なリスクを特定できる、事前構成されたヘルスチェックテストが多数含まれています。
vSAN パフォーマンスサービスには、IOPS、スループット、レイテンシ、輻輳を監視するための統計チャートが含まれています。 vSAN クラスタ、ホスト、ディスクグループ、ディスク、仮想マシンのパフォーマンスを監視できます。
vSphere ストレージ機能との統合。通常は、スナップショット、リンククローン、vSphere Replication、データ保護用の vSphere API を含む、VMFS および NFS ストレージ用の vSphere データ管理機能です。
VM ストレージポリシーとドメイン VM ストレージポリシーを併用すると、割り当てなどの VM 中心のストレージ管理方法をサポートでき、これにより vSAN のデフォルトストレージポリシーが VM に自動的に適用されます。
迅速なプロビジョニング: vSAN は、作成および展開中に vCenter サーバーにストレージを迅速にプロビジョニングできます。

4. vSAN の用語と用語集

プーリング

単一マシン内の接続
サーバー間の接続

障害ドメイン

データが失われないようにするために、データの保存場所には特定の要件があります。同じ仮想マシンの同じデータは、異なるホストに保存する必要があります。

1 台のサーバーに障害が発生した場合、データのコピーが 1 つだけアクティブで最新であることを保証するための調停メカニズムが必要です。そうしないと、競合が発生します。

これは vSAN の最もシンプルなアーキテクチャであり、1 つのホスト障害のみを許容します。

以下は、vSAN 障害ドメインの簡単な図です。vSAN には、FTT (Fault to tolerance) という用語があり、これは同時に障害が発生する可能性のあるホストの最大数を指します。FTT は、仮想マシンのデータ保護レベルを決定し、クラスタに必要なホストの最小数も決定します。クラスタ内のホストの数は 2n+1 です。ここで、n は FTT の値です。

差別化されたサービス

ストレージ戦略を使用して、さまざまなオブジェクトに対してさまざまなサービスを区別できます。

例えば：

仮想マシン 1 はストレージポリシー A (FTT=1、キャッシュは予約なし、IOPS は 100 に制限) を設定します。
仮想マシン 2 はストレージポリシー B (FTT=2、SSD キャッシュの 10% を予約、IOPS を制限しない) を設定します。

ディスクグループ

ディスクグループは、ホスト上の物理ストレージ容量の単位であり、vSAN クラスタにパフォーマンスと容量を提供する物理デバイスのグループです。vSAN クラスタにローカルデバイスを提供する各 ESXi ホストでは、デバイスはディスクグループに編成されます。

各ディスクグループにはフラッシュキャッシュデバイスと1つ以上の容量デバイスが必要です。

各ディスクグループには、少なくとも 1 つの SSD と 1 ～ 7 個の HDD が必要です。各ホストには 5 個を超えるディスクグループを含めることはできません。

キャッシュに使用されるデバイスは、ディスクグループ間で共有したり、他の目的に使用したりすることはできません。 1 つのキャッシュデバイスは、1 つのディスクグループ専用にする必要があります。ハイブリッドクラスターでは、フラッシュデバイスがキャッシュレイヤーに使用され、磁気ディスクがストレージ容量レイヤーに使用されます。

データを分散するには、複数のディスクグループを使用することをお勧めします。たとえば、SSD に障害が発生すると、すべてのディスクグループのデータにアクセスできなくなります。データを分散すると、この障害の影響を効果的に軽減できます。

すべての容量

すべての容量とは、1 台以上の仮想マシンによっていつでも使用される物理容量を指します。使用される容量は、レプリカなど VMDK によって使用される容量など、多くの要因によって決まります。キャッシュする場合、レプリカを含めるために使用される容量は考慮されません。

オブジェクトベースのストレージ

1) vSAN は、柔軟なデータコンテナ、つまりオブジェクトの形式でデータを保存および管理します。オブジェクトのデータとメタデータは、クラスター内の論理ボリュームに分散されます。たとえば、各 VMDK と各スナップショットもオブジェクトです。vSAN データストアに仮想マシンをプロビジョニングすると、vSAN は各仮想ディスクに対して複数のコンポーネントで構成されるオブジェクトのセットを作成します。

2) 割り当てられたVMストレージポリシーに基づいて、vSANは各オブジェクトを個別にプロビジョニングおよび管理し、各オブジェクトのRAID構成を作成することもできます。

3) vSAN は仮想ディスクのオブジェクトを作成し、クラスタ全体にオブジェクトを分散する方法を決定する際に、次の要素を考慮します。

A. vSAN は、指定された VM ストレージポリシー設定に従って仮想ディスク要件が適用されていることを確認します。

B. vSAN は、プロビジョニングに正しいクラスタリソースが使用されていることを確認します。たとえば、vSAN は保護クラスに基づいて作成するレプリカの数を決定し、パフォーマンスポリシーは各レプリカに割り当てるフラッシュ読み取りキャッシュの量と作成するストライプの数、およびクラスター内で各レプリカを配置する場所を決定します。

C. vSAN は、仮想ディスクのポリシー準拠ステータスを継続的に監視し、保護します。準拠していないポリシーステータスが見つかった場合は、トラブルシューティングを実行して根本原因を解決する必要があります。

D. 必要に応じて、VM ストレージポリシー設定を編集できます。ストレージポリシー設定を変更しても、VM のアクセスには影響しません。VM ストレージポリシー設定を変更すると、vSAN はオブジェクトの再作成プロセスを開始し、オブジェクトを再同期する場合があります。

E. vSANは、必要な保護コンポーネント（イメージや監視など）が異なるホストまたは障害ドメインに配置されていることを確認します。

vSAN データストア

1) クラスタで vSAN を有効にすると、個別の vSAN データストアが作成されます。単一の vSAN データストアで、各 VM または各 VM ディスクに異なるサービスレベルを提供できます。

1) vSANデータストレージ特有の機能を考慮する必要がある

A. vSAN は、クラスタ内のすべてのホスト（デバイスの有無に関係なく）からアクセスできる単一の vSAN データストアを提供します。各ホストは、仮想ボリューム、VMFS、NFS などの他の任意のデータストアをマウントできます。

B. Storage vMotion を使用して、vSAN データストア、NFS、および VMFS データストア間で仮想マシンを移動できます。

C. 容量のみに使用されるディスクとフラッシュデバイスは、データストレージ容量を提供できます。フラッシュキャッシュに使用されるデバイスは、データストレージの一部としてカウントされません。

D. 自動ディスク要求モードでは、容量のあるホストを vSAN クラスタに追加したり、容量デバイスをクラスタメンバーに追加したりすると、vSAN データストアのサイズが動的に増加します。

オブジェクトとコンポーネント

1) 各オブジェクトは、.vmx、ログファイル、vmdk、スナップショットの増分記述ファイルなどのコンポーネントのセットで構成されます。

2) vSAN データストアは次のオブジェクトタイプを保護します。

A. 仮想マシンのホームコマンドスペース

.vmx、ログファイル、vmdk (vmdk ディスク記述ファイル fvmdk-lag はディスクファイル)、スナップショットの増分記述ファイルなど、すべての仮想マシン構成ファイルは、仮想マシンのホームディレクトリに保存されます。

B. VMDK

仮想マシンディスク (.vmdk ファイル) には、仮想マシンのハードドライブの内容が保存されます。

C. 仮想マシン交換オブジェクト

VMの電源投入時に-SWDKファイルを作成する

D. スナップショット増分VMDK

仮想マシンのスナップショットが作成されるときに作成される

3) vSANコンポーネントは、マシン内の複数のホストに分散されたオブジェクトのブロックであり、複数の障害が同時に発生してもパフォーマンス要件を満たすことができます。

4) vSANは分散RAIDアーキテクチャを使用してクラスタ全体にデータを分散します。

5) 部品の配布には主に2つの技術が採用されています。

ストライピング (RAID 0)
ミラーリング（RAID 1）

6) 作成されるコンポーネントレプリカの数は、オブジェクト戦略の定義に基づいて決定されます。

仮想マシンのコンプライアンスステータス: 準拠および非準拠

複数のオブジェクトが割り当てられたストレージポリシーの要件を満たしていない場合、仮想マシンは非準拠と見なされます。たとえば、ミラーコピーにアクセスできない場合、ステータスは非準拠になる可能性があります。仮想マシンのドメインストレージポリシーで定義された要件が満たされている場合、仮想マシンのステータスは準拠です。「仮想ディスク」ページの「物理ディスクの配置」タブでは、仮想マシンオブジェクトのコンプライアンスステータスを確認できます。

コンポーネントの状態: 劣化および存在しない状態

劣化。永続的な障害が検出され、元の動作状態に復元できないと判断された場合、コンポーネントは劣化状態になります。

存在しません。vSAN は一時的なコンポーネント障害を検出しました。この場合、コンポーネントとそのすべてのデータは回復可能であり、vSAN は元の状態を復元できます。コンポーネントは存在しない状態です。これは、ホストを再起動したり、デバイスを vSAN ホストから取り外したりしたときに発生する可能性があります。60 分待つと、vSAN は存在しないコンポーネントを再構築します。

オブジェクトの状態: 正常と異常

クラスターで発生する障害の種類と数に応じて、オブジェクトは次のいずれかの状態になります。

通常、少なくとも RAID 1 ミラーが使用可能であるか、または最小限必要な数のデータセグメントが使用可能な場合、オブジェクトは正常状態であると見なされます。

異常です。完全なミラーが利用できない場合、または RAID5 または RAID6 オブジェクトが最小セグメント数を満たしていない場合、オブジェクトは異常であると見なされます。オブジェクトの投票数が 50% 未満の場合、オブジェクトは正常ではありません。クラスターに複数の障害がある場合、オブジェクトは正常でなくなり、仮想マシンの可用性に影響する可能性があります。

証明する

実際のアプリケーションデータがなく、メタデータのみを含むコンポーネント。潜在的な障害が検出された場合に、正常なデータストレージコンポーネントの可用性を判断する必要があるときに、テブレーカーとして使用できます。ディスクフォーマット 1.0 を使用する場合、メタデータを保存するために、監視は vSAN データストアで 2 MB のスペースを占有します。2.0 以上を使用する場合は、4 MB のスペースを占有します。

6.0 以降では、非投票システムを通じて調停が維持され、各コンポーネントは複数の投票を使用してオブジェクトの可用性を決定できます。仮想マシンストレージオブジェクトを構成する投票の 50% 以上が失われると、vSAN データストアはオブジェクトにアクセスできなくなります。アクセスできないオブジェクトは、関連する仮想マシンの可用性に影響を与える可能性があります。

ストライピング

複数の物理ディスクへの I/O 負荷を自動的に分散するテクノロジです。ストライピングテクノロジは、連続したデータを多数の小さな部分に分割し、異なるディスクに保存します。これにより、複数のプロセスがディスクの再読み取りを必要とせずに、データの異なる部分に同時にアクセスできます。さらに、このようなデータに順次アクセスする必要がある場合、最大限の I/O 並列機能が得られ、非常に優れたパフォーマンスを実現できます。

次に例を示します。

オブジェクトあたりのディスクストライプ数

保存されたオブジェクトの各コピーが保存されるハードディスクの数

ストレージポリシーベース管理 (SPBM)

vSAN を使用すると、パフォーマンスや可用性などの仮想マシンのストレージ要件をポリシーの形式で定義できます。vSAN は、vSAN データストアにデプロイされる仮想マシンに少なくとも 1 つの仮想マシンストレージポリシーが割り当てられていることを確認します。仮想マシンのストレージ要件を理解したら、ストレージポリシーを定義して仮想マシンに割り当てることができます。仮想マシンをデプロイするときにストレージポリシーを適用しないと、vSAN は自動的にデフォルトの vSAN ポリシーを割り当てます。このポリシーでは、許容されるプライマリレベルの障害数は 1、オブジェクトごとに 1 つのディスクストライプ、シンプロビジョニングされた仮想ディスクが 1 つあります。最良の結果を得るには、ポリシー要件がデフォルトのストレージポリシーで定義されているものと同じであっても、独自の仮想マシンストレージポリシーを定義する必要があります。

Ruby vSphere コンソール (RVC)

RVC は、vSAN クラスタの管理とトラブルシューティングのためのコマンドラインインターフェイスを提供します。RVC は、esxcli によって提供されるホスト中心のビューではなく、クラスタ全体のビューを提供します。これは vcsa にバンドルされており、別途インストールする必要はありません。

vSphere パワーCLI

vSAN のコマンドラインスクリプトサポートを追加し、構成と管理タスクの自動化を支援します。

vSAN オブザーバー

これは、RVCS でパフォーマンス分析と vSAN クラスタの監視に使用できる Web ベースのツールです。vSAN Observer を使用すると、キャパシティレイヤーのパフォーマンス統計、物理ディスクグループの統計、現在の CPU 負荷、vSAN メモリプールの使用状況、vSAN クラスタ全体のメモリオブジェクトの分布を表示できます。

5. vSANコアコンセプト

既存のリソースの活用を改善する
運用・保守コストを削減
ハードウェアとアプリケーションの可用性を向上
運用の柔軟性の実現
デスクトップの管理性とセキュリティを向上

6. vSphere Web Client で実装される主な機能

vMotion、DRS、HAなどの高度な機能はこの技術に基づいています
DRS 動的リソース割り当てテクノロジーにより、複数の物理サーバー上で稼働する仮想マシンの負荷分散が可能になります。サーバーの負荷が閾値に近づいていることが検出されると、vMotion テクノロジーを使用してオンライン移行を実行できます。
DPM 分散電源管理は、DRS 機能と組み合わせて、負荷の低い複数の仮想マシンを少数の物理サーバーに集中させ、不要な仮想マシンをシャットダウンして電力を節約できます。負荷が増加すると、使用されていない物理サーバーの電源をオンにし、DRS を通じて負荷分散を実現します。
Storage vMotionストレージオンライン移行テクノロジーにより、実行中の仮想マシンのストレージリソースをあるストレージデバイスから別のストレージデバイスに移行できます。
仮想マシンをバックアップできるデータ保護機能
高可用性: 物理サーバーに障害が発生した場合、影響を受ける仮想マシンを他のサーバーに移行できます。
FT フォールトトレランスは、異なる物理サーバー上で 2 つの同一の仮想マシンを実行することで、最高レベルの冗長性を実現します。1 つの物理サーバーに障害が発生しても、業務が中断されることはありません。
レプリケーションにより、災害復旧のために仮想マシンのすべてのイメージを別のサイトにコピーし、データのセキュリティを確保できます。

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

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

VMware vSAN の紹介記事はこれで終了です。VMware vSAN に関するより関連性の高いコンテンツについては、123WORDPRESS.COM の過去の記事を検索するか、以下の関連記事を引き続き参照してください。今後とも 123WORDPRESS.COM をよろしくお願いいたします。

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