vSAN：技术原理、存储特性及部署方法

vSAN 技术原理  

SAN 是 VMware 提供的一种分布式存储解决方案，通过聚合 ESXi 主机的本地存储资源（HDD、SSD）创建共享存储池，用于支持虚拟机的高性能和高可用性存储需求。

分布式 RAID

VSAN的关键特性包括：

• 自动分层存储：根据数据的活跃程度自动将数据放置在不同类型的存储介质上。
• 复制和故障切换：为确保数据的高可用性，VSAN会在集群中的不同节点之间复制数据。
• 性能优化：通过智能的数据布局和缓存机制，VSAN能够提供卓越的性能。
• 易于管理和部署：VSAN的配置和管理非常直观，可以通过vSphere Web Client进行。
• 数据冗余方式：

RAID-1（同步镜像）：性能优先，每个存储对象有多个副本。

RAID-5/6（校验模式）：容量优先，通过校验数据保护存储对象。

存储策略

存储策略是 vSAN 的核心功能之一，允许管理员为每个虚拟机甚至虚拟磁盘单独设置性能和可用性要求：

• 容忍主机或磁盘故障数。
• 数据条带数（提高性能）。
• 容错方法（RAID 模式选择）。

vSAN 存储特性 

 RAID-5 和 RAID-6 支持

RAID-1 和 RAID-5/6 的存储机制对比

• RAID-1（镜像模式）

例如：存储一个 100GB 的虚拟磁盘需要 200GB 的总容量。

每一份数据都需要完整的副本，冗余度高。

容忍 1 次主机或磁盘故障的情况下，存储需求是数据大小的 2 倍。

• RAID-5（单校验模式）

例如：存储 100GB 的虚拟磁盘，需要 75% 的容量，即 133.33GB，节省了约 33% 的空间。

数据以条带形式分布在 3 台主机上，第 4 台主机存储校验数据。

纠删码（Erasure Coding）：VSAN 引入了纠删码技术，类似于 RAID-5 的奇偶校验机制，但更为灵活和高效。纠删码可以在单个磁盘故障的情况下保护数据完整性。

校验数据占用 1/n 的容量（n 是主机总数），因此实际数据只需占用 n-1/n 的容量。

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RAID-6（双校验模式）

例如：存储 100GB 的虚拟磁盘，需要 66.67% 的容量，即 150GB，节省了约 50% 的空间。

数据分布在 4 台主机上，另外 2 台主机存储校验数据。

双重冗余：VSAN 可以配置为在多个磁盘上存储多个副本或使用更复杂的纠删码方案，以提供类似于 RAID-6 的双重冗余保护。这通常通过配置存储策略来实现，确保数据在多个节点上分布并具有足够的冗余。

校验数据占用 2/n 的容量，因此实际数据只需占用 n-2/n 的容量。

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为什么 RAID-5 和 RAID-6 节省空间

• RAID-1 是完全复制机制，需要完整的镜像副本，存储效率最低。相比之下，RAID-5 和 RAID-6 通过校验数据替代部分镜像数据，大幅减少了冗余占用空间。
• 冗余校验比率的降低：

RAID-5 每写入 3 份数据只需 1 份校验数据（25% 冗余）。

RAID-6 每写入 4 份数据只需 2 份校验数据（33.33% 冗余）。

性能与容量的权衡

性能优先：选择 RAID-1，可以提供更高的 I/O 性能。

容量优先：选择 RAID-5/6，可在性能稍作牺牲的情况下大幅节约存储空间。

条带化增强性能vSAN

支持 RAID-0 条带化，虚拟磁盘数据可分布到多个物理磁盘上，提升性能。但条带化并非所有场景都需要，适用场景需根据业务需求评估。

vSAN 的部署方法  

部署前准备

1.硬件要求

• 每台主机至少 1 块 SSD（缓存层）和 1 块 HDD/SSD（容量层）。
• 网络连接：推荐 10Gbps 网络，保证主机间数据传输性能。

2.集群需求

• RAID-1：至少 3 台主机。
• RAID-5：至少 4 台主机。
• RAID-6：至少 6 台主机。

3.环境要求

• vSphere 环境：安装并配置 vCenter 和 ESXi 主机。
• 许可：确保 vSAN 许可激活。

配置步骤

1. 启用 vSAN 功能

在 vCenter 中创建或编辑集群，勾选 vSAN 选项。

2. 检查硬件和磁盘兼容性

确保主机中的磁盘满足 vSAN 的硬件兼容性要求，可以通过 VMware Compatibility Guide 检查。

3. 在 vCenter 中配置 vSAN 存储池

标记磁盘用途：标记合适的磁盘为缓存层或容量层。

创建磁盘组：每个磁盘组由 1 块缓存层磁盘和最多 7 块容量层磁盘组成。

4. 配置存储策略

设置容错方式（RAID 模式）、容错数（FTT）、条带宽度及预留容量。

5. 应用存储策略

在虚拟机部署或磁盘配置时直接选择存储策略。

6. 测试与验证

使用 vSAN 健康检查工具验证配置是否符合最佳实践。

总 结  

vSAN 通过分布式存储架构将性能与容量需求相结合，为虚拟化环境提供高效的存储解决方案。其灵活的存储策略和多种容错方式使其在高可用性、扩展性和性能上具备显著优势。企业可以根据业务需求，合理规划和部署 vSAN，充分发挥其技术潜能。