本文將深入剖析最新vSAN 8 U2版本中的亮眼特色功能，並透過實作示範解說在vSAN ESA叢集中啟用及部署vSAN Max集中式儲存機制，讓企業和組織的管理人員能夠立即上手，方便在內部資料中心內進行測試和研究vSAN Max新功能。
最新的vSAN 8 Update 2版本，在2023年VMware Explore大會中，隨著vSphere 8 Update 2版本一起正式發布。過去，vSAN便是將運算、儲存、網路整合後的HCI超融合環境，現在最新的vSAN 8 U2版本中，最亮眼的新功能之一就是集中式儲存的vSAN Max，如圖1所示。
圖1 最新vSAN 8 U2版本正式發布集中式儲存vSAN Max。 （圖片來源：Introducing vSAN Max | VMware）
值得企業組織注意的是，根據VMware官方最佳建議作法，vSAN Max單一叢集至少應部署「7台」叢集節點主機，雖然最多支援至「32台」，但最佳作法則是建議最多「24台」即可，在延伸叢集的部分，則建議至少應部署「14台」叢集節點主機。
雖然vSAN Max叢集規模只要擁有6台節點主機，便支援FTT=2（RAID-6）儲存原則，然而只要節點主機發生故障就會喪失相關資料物件的可用性。反觀，由7台節點主機組成的vSAN Max叢集規模，除了支援FTT=2（RAID-6）儲存原則外，當叢集節點主機發生故障時，也能夠確保資料物件的高可用性，這也是VMware最佳建議作法中，至少應部署7台節點主機組成vSAN Max叢集的主要原因。
當然，隨著vSAN Max叢集不斷擴充叢集節點主機時，除了整體可用資源線性增加外，面對叢集節點主機發生故障時，受影響的資源也將逐漸降低。例如，7台節點主機組成的vSAN Max叢集，面對災難事件時會影響14.3%的儲存資源（效能∕空間），而24台節點主機組成的vSAN Max叢集，面對災難事件時則降低至僅影響4.2%的儲存資源，如圖2所示。
圖2 vSAN Max叢集規模面對災難事件時影響程度示意圖。 （圖片來源：vSAN Max | Cluster Design and Sizing | VMware）
vSAN 8 U2亮眼特色功能介紹
最新的vSAN 8 U2版本中提供了諸多的亮眼功能，以下分別加以說明。
vSAN Max與vSAN HCI Mesh的差異
在過去的vSAN版本中，VMware已經提出vSAN HCI Mesh機制，讓傳統vSphere叢集或vSAN超融合叢集能夠透過vSAN HCI Mesh機制，使用遠端的vSAN Datastore儲存資源，而最新的vSAN 8 U2版本中又推出vSAN Max的Storage-Only集中式儲存機制，這兩者之間有何不同呢？
首先，在「傳統HCI」（Traditional HCI）運作架構中，集合運算及儲存資源在vSAN超融合叢集中所有的叢集節點主機內，這種運作架構稱為「聚合資源」（Aggregates Resources），這種運作架構相對簡單，能夠充分滿足小型企業組織的需求。然而，對於中大型企業組織來說，就顯得彈性較為不足，舉例來說，可能運算資源已經用盡，但是儲存資源仍然充足，反之亦然。
過去，中大型企業組織會部署多組vSAN超融合叢集並整合HCI Mesh機制，也就是「跨叢集容量共享」（Cross-Cluster Capacity Sharing）架構，讓不同的vSAN超融合叢集之間，當某個vSAN超融合叢集發生儲存資源不足的情況時，其他vSAN超融合叢集便能提供或使用資源，雖然達到共享vSAN Datastore儲存資源的目的，但這樣的運作架構屬於分散式，而非集中式共用儲存資源方案，如圖3所示。此外，別忘了HCI Mesh還有最多「5個」遠端vSAN Datastore儲存資源共享的限制，難以滿足中大型企業組織不斷變化及擴增的專案需求。
圖3 傳統vSAN超融合架構及新式vSAN Max集中式共用儲存架構。 （圖片來源：Introducing vSAN Max | VMware）
因此，最新推出的vSAN Max便是集中式共用儲存資源機制，輕鬆地為一個或多個vSphere叢集提供儲存資源，讓運算資源和儲存資源之間能夠各司其職，形成「非聚合儲存」（Disaggregated Storage）運作架構，並使用vCenter Server管理平台統一進行管理作業，如圖4所示。
圖4 vSAN Max集中式共用儲存運作架構示意圖。 （圖片來源：Introducing vSAN Max | VMware）
匹敵高階儲存設備的vSAN Max
在vSAN Max儲存架構中，必須採用最新推出且高效能的vSAN ESA超融合儲存架構，而非傳統的vSAN OSA超融合儲存架構，確保屆時建構的vSAN Max能夠發揮最大儲存資源。在整個vSAN Max叢集架構中，根據VMware最佳建議作法，部署24台叢集節點主機時，即可提供高達8.6PB的儲存空間，並提供高達340萬的IOPS儲存效能。
此外，vSAN Max也支援原有超融合叢集進階功能，例如延伸叢集（Stretched Cluster）、容錯網域（Fault Domains）、檔案服務（File Services）等等，重點是這些功能，都可以在管理人員熟悉的vCenter Server管理介面中完成，如圖5所示。
圖5 vSAN Max儲存運作架構示意圖。 （圖片來源：Introducing vSAN Max | VMware）
vSAN ESA儲存效能最佳化
前一版vSAN 8 U1中推出的vSAN ESA儲存架構，由於採用全NVMe高效能儲存裝置，讓vSAN ESA能夠提供非常高效能的儲存資源。最新的vSAN 8 U2版本中，則針對vSAN ESA儲存架構進行兩項改進，最佳化vSAN ESA整體儲存效能。
首先，最佳化在vSAN 8 U1版本中vSAN ESA的「日誌結構檔案系統」（Log-Structured Filesystem，LFS），包括新的「適應性寫入路徑」（Adaptive Write Path），確認傳入資料I/O的特徵，並根據情況使用兩個資料路徑之一寫入資料，也就是自動調校資料I/O的選擇路徑。一般情況下，預設寫入路徑會處理小型資料I/O，而大型資料I/O的寫入路徑，則用於處理較大的I/O或大量未完成的I/O，以便因應各種工作負載條件下提供高效能。
因此，vSAN 8 U2透過記憶體處理資料的方式來改善LFS處理效率，對於每個「物件」（Object）來說，調整後的LSF使用In-memory I/O Bank記憶體動態分配機制，能夠更高效率地寫入資料和中繼資料，並且容納更多資料傳入I/O，而非為每個物件分配固定數量的I/O Bank，所以LFS能夠順利地清除未使用的I/O Bank，如圖6所示。簡單來說，最佳化適應性寫入路徑機制後，在vSAN ESA儲存架構中使用RAID-6的儲存效能，能夠與vSAN OSA儲存架構中RAID-1的儲存效能相同。
圖6 新式vSAN LFS和適應性寫入路徑最佳化運作架構示意圖。 （圖片來源：Performance Improvements with the Express Storage Architecture in vSAN 8 U2 | VMware）
改善後的vSAN LFS檔案系統，以及處理資料I/O的適應性寫入路徑最佳化，對於集中式儲存架構的vSAN Max也有所助益。同時，建構於vSAN ESA基礎之上的vSAN Max，由於能夠專注在處理儲存資源，而不像單純vSAN ESA超融合叢集，除了處理儲存資源外，還必須處理運算資源等工作負載，所以對於處理大量未完成的資料I/O或大型資料I/O的效率，能夠比單純vSAN ESA超融合叢集有更佳的儲存效能，如圖7所示。
圖7 針對非聚合儲存的vSAN ESA適應性寫入路徑最佳化運作示意圖。 （圖片來源：Performance Improvements with the Express Storage Architecture in vSAN 8 U2 | VMware）
支援垂直和水平擴充架構的vSAN Max
在傳統三層式虛擬化運作架構中，處理儲存資源的硬體儲存陣列設備，內含處理器、記憶體、容錯的儲存控制器等等，並且透過背板連接眾多儲存裝置，以及透過擴充機箱的方式來擴充儲存空間，並將這些儲存空間整合後，呈現給上層的vSphere工作負載以提供儲存I/O資源。
然而，這種採用垂直模組化擴充機制的缺點在於，僅能擴充儲存硬體設備的可用儲存空間，但是所有來至上層vSphere傳遞的儲存I/O工作負載，仍然是由本來的容錯儲存控制器處理，並且硬體儲存設備的儲存控制器在處理資料I/O的機制通常是「先到先服務」（First Come First Serve）的方式。
因此，當上層vSphere叢集工作負載不斷擴增的同時，隨著儲存控制器的快取空間用盡，造成硬體儲存設備的儲存控制器無法負荷，並且所有工作負載共享儲存控制器的緩衝空間，屆時除了發生嚴重的儲存I/O資源爭用外，一旦儲存控制器發生問題時，更會發生雞蛋放在同一個籃子的災難事件，如圖8所示。
圖8 傳統三層式運作架構的缺點示意圖。 （圖片來源：vSAN Max and the Advantage of Scalability | VMware）
反觀vSAN Max運作架構，原生設計於vSAN超融合叢集，同時支援「垂直擴充」（Scale-Up）和「水平擴充」（Scale-Out）運作架構，舉例來說，在vSAN Max叢集中，共有6台叢集節點主機，每台節點主機配置共300TB儲存容量，共有56個運算核心及100Gb傳輸網路，所以建構後的vSAN Max叢集，將會整合為1.8PB儲存資源空間，和336個運算核心及600Gb傳輸網路，一旦需求增加而新增叢集節點主機至vSAN Max叢集時，每新增一台節點主機便會增加300TB儲存容量、56個運算核心、100Gb頻寬，因此vSAN Max叢集資源可以隨著增加叢集節點主機，線性提升整體的運算、儲存、網路等資源，如圖9所示。
圖9 vSAN Max水平擴充運作架構示意圖。 （圖片來源：vSAN Max and the Advantage of Scalability | VMware）
同時，這種水平擴充架構的另一個優勢在於，當vSAN Max叢集中節點主機發生故障時，並不像傳統三層式架構會導致大災難。舉例來說，在12台節點主機所組成的vSAN Max叢集中，如果其中一台節點主機發生故障時，對於vSAN Max叢集而言僅損失1/12的資源，上層的vSphere資料I/O需求將會繼續平均分散在其他存活11台節點主機上繼續運作。
除此之外，vSAN Max叢集也支援垂直擴充機制，一旦管理人員經過評估後，發現無須新增節點主機進行水平擴充，而是為每台現有的叢集節點主機擴充儲存裝置，即可擴充vSAN Max叢集整體儲存空間，達到垂直擴充機制，如圖10所示。
圖10 支援垂直擴充機制的vSAN Max叢集架構示意圖。 （圖片來源：vSAN Max and the Advantage of Scalability | VMware）
支援容錯網域的vSAN Max
對於小型企業組織來說，即便部署vSAN Max環境，而因為營運規模的關係，通常叢集節點主機數量並不會超過一個機櫃，然而對於中大型企業來說，部署的叢集節點主機數量經常會跨越不同的機櫃，此時便需要啟用「容錯網域」（Fault Domains）功能，才能在兼顧效能的同時又具備資料高可用性，如圖11所示。
圖11 vSAN Max支援容錯網域確保資料高可用性示意圖。 （圖片來源：Flexible Topologies with vSAN Max | VMware）
例如，若在單一的vSAN叢集中，共有24台叢集節點主機並分布在6座機櫃內，在啟用容錯網域功能後，以vSAN儲存原則FTT=1 (RAID-1)為例，資料物件和見證都會寫入不同的機櫃和節點主機中，其中資料物件寫入機櫃2和機櫃4，見證則是寫入機櫃3當中，如圖12所示。
圖12 vSAN叢集啟用容錯網域資料物件和見證寫入示意圖。 （圖片來源：Design and Operation Considerations When Using vSAN Fault Domains | VMware）
當機櫃2內存放資料物件的叢集節點主機發生故障，系統會在機櫃2內其他存活的叢集節點主機，將遺失的資料物件進行重建，倘若整個機櫃2發生災難，系統便會在其他存活的機櫃中，將遺失的資料物件進行重建，如圖13所示。
圖13 vSAN叢集啟用容錯網域後因應災難事件示意圖。 （圖片來源：Design and Operation Considerations When Using vSAN Fault Domains | VMware）
如果叢集節點主機數量不多，但又想具備類似容錯網域的功能時，有沒有更簡單的作法？舉例來說，vSAN Max叢集中共有7台叢集節點主機，分別放置在不同的機櫃當中，一旦實體伺服器這樣擺放之後，無須啟用容錯網域功能，也等同於具備機櫃感知的能力，值得注意的是，每座機櫃只能放一台叢集節點主機，如圖14所示。
圖14 透過實體擺放叢集節點主機在不同機櫃，達到類似容錯網域的功能。 （圖片來源：Flexible Topologies with vSAN Max | VMware）
值得注意的是，小型vSAN叢集並擺放於同一機櫃中也並非全無好處，舉例來說，叢集節點主機都處於同一機櫃時，vSAN儲存流量都保持在ToR/Leaf網路交換器即可。反觀中大型跨機櫃的vSAN叢集環境，由於跨越機櫃的關係，整體的vSAN儲存流量，必須至上層Spine網路交換器進行交換才行，如圖15所示。
圖15 不同規模vSAN叢集的網路拓樸對於儲存流量的影響。 （圖片來源：vSAN Max Design and Operational Guidance| Networking | VMware）
建構實作環境
在本文實作環境中，將會組態設定已經部署6台節點主機的vSAN ESA叢集，搖身一變成為集中式儲存的vSAN Max叢集。為何部署6台節點主機？原因在於這樣的節點主機數量才足以支援，並且建立RAID-6（Erasure Coding）儲存原則，以便屆時能夠與OSA超融合叢集的RAID-1儲存原則，進行儲存效能I/O的互相比較。
啟用vSAN Max集中式儲存服務
在vCenter Server管理介面中，依序點選「vSAN ESA Cluster > Configure> vSAN > Services」，在vSAN Services頁面中，可以看到有vSAN HCI、vSAN Compute Cluster、vSAN Max等三個服務選項，點選其中的vSAN Max選項，如圖16所示，並採用預設值Single site vSAN cluster，然後點選下方的〔Configure〕按鈕。
圖16 準備啟用vSAN ESA叢集中的vSAN Max服務。
隨後彈出Configure vSAN互動視窗，系統會自動檢查選擇的vSAN叢集是否為已經啟用並運作中的vSAN ESA叢集，否則無法繼續執行啟用vSAN Max服務的動作。在2 Services頁面中，可以依據需求來選擇是否啟用加密選項Data-At-Rest或Data-In-Transit，如圖17所示，以及vSAN ESA叢集預設便啟用的Auto-Policy management功能，確認無誤後按下〔Next〕按鈕。
圖17 在稍後啟用的vSAN Max服務中是否啟用資料加密機制。
在3 Claim disks頁面中，可以看到本文實作環境中，vSAN ESA叢集共有6台節點主機，每一台節點主機配置4個NVMe SSD儲存裝置，所以整個vSAN ESA叢集共有24個NVMe SSD儲存裝置，並且預設情況下宣告所有的NVMe SSD儲存裝置成為屆時vSAN Max的儲存資源池，如圖18所示。
圖18 宣告所有NVMe SSD儲存裝置成為vSAN Max儲存資源池。
在4 Create fault domains頁面中，由於vSAN Max也支援建立容錯網域機制，所以可依據需求按下「ADD」建立容錯網域，或採用預設值不建立容錯網域，按下〔Next〕按鈕繼續。
最後，在5 Review頁面中，再次確認組態設定值，若無誤便按下〔Finish〕按鈕，系統便立即為vSAN ESA叢集啟用vSAN Max服務。
使用vSAN Max儲存資源
順利啟用vSAN Max集中式儲存機制後，便可組態設定vSphere運算叢集，使用vSAN Max儲存資源。事實上，組態設定方式與過去vSAN HCI Mesh機制相同，主要差異在於，過去的vSAN HCI Mesh機制無論是Client Cluster或Server Cluster最多僅支援「5個」vSAN Datastore儲存資源。
點選本文實作環境中，負載運作VM虛擬主機等工作負載的Compute運算叢集，依序點選「Compute Cluster > Configure > vSAN > Services」，然後在vSAN Services頁面中點選「vSAN Compute Cluster」選項，如圖19所示，以及預設的Configure cluster without vSAN datastore選項，然後按下〔Configure〕按鈕繼續組態設定作業。
圖19 組態設定Compute運算叢集使用vSAN Max儲存資源。
在彈出的Configure vSAN Compute Cluster視窗中，系統提醒將組態設定為vSAN運算叢集角色，稍後掛載使用的vSAN儲存資源將為遠端叢集，避免管理人員誤認儲存資源為本地端儲存資源，確認無誤後按下〔Apply〕按鈕以便套用生效。
回到vCenter Server管理介面中，可以看到Compute運算叢集中，vSAN組態設定區塊中多了Remote Datastores項目，點選後按下「Mount Remote Datastore」，在彈出的Select datastore視窗中，可以看到剛才啟用的vSAN Max儲存資源，點選後按下〔Next〕按鈕。值得注意的是，倘若在Select datastore視窗中無法看到剛才啟用的vSAN Max儲存資源，表示Compute運算叢集的VMkernel Port無法與vSAN Max儲存叢集進行通訊。
在Check compatibility頁面中，系統將針對剛才選擇的遠端vSAN Max儲存資源，進行多個項目的相容性檢查，如圖20所示，例如遠端vSAN Max儲存資源是否為支援格式的版本、Compute運算叢集和vSAN Max儲存資源之間的網路延遲時間是否低於5毫秒（ms）等等，確保能夠順利掛載和使用選擇的遠端vSAN Max儲存資源。
圖20 系統執行掛載遠端vSAN Max儲存叢集的相容性檢查作業。
部署VM虛擬主機並使用vSAN Max儲存資源
現在，在Compute運算叢集中，無論是部署新的VM虛擬主機，或者先前部署並運作中的VM虛擬主機，只要執行Storage vMotion儲存資源遷移任務，在遷移VM虛擬主機的儲存資源時，都能選擇已經掛載完成的遠端vSAN Max儲存資源，並且套用具備彈性和高可用性的vSAN儲存原則。 舉例來說，在Compute運算叢集中，於新增VM虛擬主機的流程中，在4 Select storage步驟內，當選擇的儲存資源為掛載的vSAN Max儲存資源時，便能同時選擇套用至VM虛擬主機的vSAN儲存原則，以本文實作環境為例，便可以套用RAID6的儲存原則至新增的VM虛擬主機中，如圖21所示。
圖21 Compute運算叢集新增VM虛擬主機並使用vSAN Max儲存資源。
當Compute運算叢集部署完成VM虛擬主機後，點選vSAN-ESA叢集，可以看到啟用vSAN Max服務的vSAN-ESA叢集，已經內建儀表板功能並有vSAN Health、vSAN Performance、vSAN Client Clusters、vSAN Capacity等四大區塊顯示相關資訊。
在vSAN Health區塊中，除了顯示vSAN Max健康情況外，屆時若有效能上的問題時，還能點選「Troubleshoot」進行故障排除，或是點選View Trend Details時查看健康情況趨勢圖，如圖22所示。
圖22 透過vSAN Max內建儀表板功能了解整體健康情況。
在vSAN Performance區塊中會顯示儲存I/O效能表示數據，在vSAN Client Clusters區塊中，則會顯示目前有哪些vSphere運算叢集，或其他vSAN超融合叢集，掛載vSAN Max儲存資源。而在vSAN Capacity區塊中，將顯示vSAN Max整體儲存空間的使用資訊。
＜本文作者：王偉任，Microsoft MVP及VMware vExpert。早期主要研究Linux/FreeBSD各項整合應用，目前則專注於Microsoft及VMware虛擬化技術及混合雲運作架構，部落格weithenn.org。＞