【應用觸角不斷延伸的軟體定義式儲存平臺】邁向多元化發展的VMware vSAN

無論就VMware本身，還是整個企業儲存應用來說，Virtual SAN（vSAN）的問世都是一個重要的事件，不僅開創了新的儲存應用型態與產品類型，也將虛擬化環境的儲存架構帶入新紀元。

vSAN的基本概念很簡單——直接將Hypervisor主機本身的磁碟資源，作為上層VM的儲存空間，並透過多節點叢集架構，來提供企業儲存不可或缺的擴展性、資料保護與高可用性能力。所以，vSAN本質是一套分散式儲存系統，可跨多臺Hypervisor主機、將底層磁碟建構為供VM使用的叢集儲存空間。

雖然概念簡單，但vSAN的應用型態，可說是集當前流行3種儲存應用架構於一身：軟體定義儲存，分散式儲存，以及超融合儲存架構，代表了企業儲存的發展方向。

軟體定義儲存

軟體定義儲存的精神在於，基於市售標準化伺服器硬體，以軟體型式，建構獨立於特定硬體之外的基礎儲存服務。

而vSAN的架構正由軟體所定義，vSAN的本體是嵌在vSphere核心的一項軟體功能，可直接使用Hypercisor主機的磁碟空間與運算資源，來建構vSAN的儲存叢集空間與服務，完全不依靠任何特定規格硬體。

分散式儲存

不同於傳統的雙控制器儲存系統，分散式儲存是透過叢集架構，跨多臺主機節點來組織需要的儲存空間與服務，從而能提供更彈性的Scale-Out擴展能力，以及資料保護與高可用性能力。

而vSAN的本質，正是一套分散式物件檔案系統，可以建構最小雙節點、最大64節點的儲存叢集，可透過跨節點間的資料複製來提供資料保護能力，並搭配上層的vSphere主機叢集，提供VM層級的高可用性能力。

超融合儲存架構

將運算、儲存功能結合在單一伺服器伺服器上，上層透過Hypervisor以虛擬化型式來應用與管理資源，底層則透過分散式儲存系統，提供叢集化的彈性擴充能力、資料保護與高可用性，便是當前最熱門的超融合應用架構。

而vSAN與vSphere的結合，正是標準的超融合應用架構。vSAN的產品本質，是專門搭配vSphere平臺的底層儲存叢集服務，先天上，就屬於超融合型式的部署與應用架構。

vSAN迅速竄起

vSAN並不是第一個結合VM應用、提供超融合部署架構的儲存叢集軟體產品，不管是從軟體定義儲存的Server SAN領域，還是從超融合架構領域來看，vSAN都是後來者，在VMware發表vSAN之前，Nutanix、HPE等廠商就已開始推動這類型產品的應用。儘管不是同類產品中最早的，但VMware挾著身為當前最重要Hypervisor供應商的優勢，讓vSAN後來居上，成為同類產品中最有影響力的一款。

如果我們以Server SAN儲存軟體的角度切入，在vSAN尚未問世的2013年，當時Server SAN市場的龍頭是HP（市占37%）、Nutanix（市占27%）與Simplivity（市占11%）（Wikibon Server SAN研究報告，2014年）。不過，當vSAN投入市場後，情勢便完全改觀，vSAN迅速竄起，以2015年的Server SAN市場為例，領先者分別為Nutanix（市占17%）、VMware vSAN（市占14%）、EMC ScaleIO（14%），而HPE VSA則跌落到第4（12%），Simplivity也後退到第5（6%）（Wikibon Server SAN研究報告，2016年）。

藉由VMware這種重量級廠商的推廣，vSAN以驚人的速度竄起，不僅為用戶提供了一種新的軟體定義儲存產品的選擇，更重要的是藉由結合在vSphere平臺內的優勢，提供了便於部署的軟體定義儲存產品，從而加速與普及了企業儲存應用的軟體定義化發展。

vSAN的發展與功能擴充

當然，vSAN的迅速竄起，主要歸功於VMware的力推，以及內嵌在vSphere這個當前最重要虛擬化平臺的優勢，也就是廠牌與作業平臺的因素。就技術與功能面來說，相較於其他叢集儲存軟體，vSAN最早推出的5.x版，較突出的特點是提供與VM結合的儲存政策管理，但這也是VMware平臺帶來的優勢，至於存取機制、資料保護、效能與進階功能等方面，尚不如一些問世更久的產品那樣完整與彈性。

不過，VMware追趕的腳步很快，自6.x版起，vSAN更新了基礎架構、顯著提高了效能、並逐步補齊了各式進階功能。特別是2015年初發布的6.0版，與2016年初的6.2版，是vSAN發展歷程中的兩大轉折點，6.0版引進了新的底層架構，大幅提高了效能，並提高了一倍擴充上限；6.2版則導入重複資料刪除與壓縮功能（須搭配全快閃組態），以及更彈性的跨節點資料保護架構。

到了6.x版之後，vSAN在同類產品中，架構與功能已具備了足夠的競爭力，不再只是依靠「招牌」取勝。

從5.x版到6.x版的發展，我們可以將vSAN的演進，分為7個面向：

部署門檻的降低

系統部署的門檻需求與複雜度，是影響用戶使用vSAN意願的一個重點，而vSAN 6.x版的發展過程中，對於降低部署門檻作了不少努力，包括最小叢集節點數量的降低，與網路組態的簡化。

如同大多數儲存叢集軟體，vSAN最初的最低部署規模是3個節點，以確保足夠的可用性，但這也帶來較高的部署門檻。於是從vSAN 6.1版起，便增加了雙節點的組態選擇，可以為遠端分支辦公室提供較簡單、成本也更低的VSAN環境，只需搭配一個位於第3方的虛擬化見證主機（witness appliance VM）即可。

然而，vSAN 6.1的雙節點架構仍須搭配1臺10GbE交換器，於是vSAN 6.5又進一步支援可直接對接的雙節點組態，讓雙節點架構下的2臺vSAN節點直接對接連線，省下額外部署10GbE交換器的需求，進一步降低了vSAN的部署門檻。

vSAN部署時另一個經常造成困擾的問題，是要求vSAN節點間的網路必須是Multicast組態，於是到了最新的vSAN 6.6版，改用更簡單的Unicast組態，可顯著簡化部署vSAN的困難。

支援最新儲存硬體規格

軟體定義儲存架構的優點之一，是便於支援最新規格硬體，享受到新硬體的好處，而vSAN的改版過程，便很好地體現了這個優勢。

在vSAN 6.0中，新增支援當前流行的全快閃架構，以便讓vSN儲存叢集承載高IOPS應用。

接下來在vSAN 6.1中，又新增支援NVMe介面SSD，以及DIMM型式Flash儲存裝置等新式儲存設備。到了最新的vSAN 6.5版，又進一步新增支援Intel剛推出的Optane SSD，緊跟SSD硬體規格的最新發展，只要在vSAN叢集節點主機安裝這些新式儲存裝置，就能讓vSAN儲存叢集晉身到最新的NVMe介面架構，或新一代的SSD儲存媒體。

I/O效能持續提高

在最早的5.5版推出時，VMware官方提供的效能規格，是叢集中每臺節點主機可提供2萬IOPS，最大32節點時的理論值是64萬IOPS，某些實測甚至宣稱可達到200萬IOPS，但整體上來說只達到中階儲存系統的層次，還不適合用來承載高I/O負載的應用。

不過，從6.0版起，vSAN藉由改換檔案系統與磁碟格式，搭配支援全快閃組態，一舉將效能提高了4倍，SSD+硬碟混合儲存組態下的單臺主機可擁有4萬IOPS效能，全快閃組態下每臺主機更可提供9萬IOPS，理論上最大64節點組態下的IOPS可超過500萬，已具備高階儲存陣列等級的效能表現，足已承載高交易型式的工作負載。

接下來VMware仍持續改善vSAN的I/O效能表現。到了最新的vSAN 6.6版，又藉由存取架構的進一步改進，以及支援Optane SSD等新型儲存裝置，讓I/O效能又有大幅度的提高，VMware宣稱vSAN 6.6叢集中每臺節點主機的IOPS效能可超過15萬IOPS（全快閃組態），比舊版本提高50%以上，整個vSAN叢集則可有超過600萬IOPS效能，已經可與頂級全快閃儲存陣列產品相比擬。

為了便於用戶擴展vSAN儲存環境的效能，VMware也放寬了全快閃組態的授權。最初提供全快閃組態的vSAN 6.0版，只有Advanced版與Enterprise版的授權，才能啟用全快閃組態。而從vSAN 6.5版起，包括低階與入門級的Standard與ROBO版在內，全部vSAN版本的授權都能啟用全快閃組態。

更有效率的儲存空間運用

vSAN最初是透過跨節點間的多複本鏡像複製，來提供資料保護與高可用性。

不過，多複本鏡像複製，也存在儲存空間利用率低的缺點——在最低的雙複本架構下，可用空間只有1/2；而在3複本架構下，空間則只剩1/3。這對於單位容量成本較低的SSD+硬碟混合儲存組態，或許還可忍受，但對於全快閃組態來說，這樣低比例的實際可用空間便難以讓人接受。

因此在vSAN 6.2版時，VMware引進了2項幫助提高儲存空間的技術。

首先，是支援壓縮與重複資料刪除兩項空間縮減技術，這對於底層帶有大量重複資料的VM應用環境，可以提供顯著的空間節省，VMware宣稱藉此可以節省最多達7倍的空間耗用。

其次是支援RAID 5與RAID 6層級的Erasure Coding架構，也就是建立跨節點的RAID 5或RAID 6資料保護架構，比起vSAN原本基於跨節點RAID 1鏡像的資料保護架構，Erasure Coding可節省儲存空間，只要4節點以上叢集，就能使用跨節點RAID 5組態，若有6節點以上，還能使用RAID 6，分別可比同樣節點數量下的RAID 1組態，節省33％與50％容量耗用。

更豐富的高可用性機制

原本vSAN唯一內含的可用性機制，是透過跨節點鏡像的多複本架構，提供容許叢集主機或磁碟失效的容錯，其餘高可用性便須依靠上層vSphere的HA、vSphere Replication等功能來提供。

在vSAN 6.0時，新增Fault Domain分區功能，將vSAN節點分散配置到不同機櫃的，可針對單一機櫃失效造成同時失去多臺vSAN節點，進而導致vSAN超過的容錯能力上限的狀況，因此，能進一步強化vSAN的可用性。

稍後的vSAN 6.1版，又增加了可跨遠端部署的延伸叢集（Stretched Cluster）功能，可在遠端站點間建立鏡像同步，提供更高層級的容錯與保護能力，即使本地端vSAN叢集完全失效，也能即時由遠端站點接續提供服務。

更彈性的系統管理

一直以來，vSAN的系統管理，都是透過Web Client介面、經由vCenter來執行，這也是VMware當前標準的管理方式，不過一旦vCenter Server離線或失效時，Web Client介面也跟著失效，管理者也就無法掌握vSAN的狀況。此外，Web Client介面的親和性與即時反應性，也一直為許多IT管理人員所詬病。

因此在vSAN 6.6版中，新增透過ESXi Host Client網頁介面來管理vSAN的功能，來檢視vSAN Datastore的叢集狀態，提供了Web Cliert與vCenter以外的另一個vSAN管理方式。

更多元化的儲存空間運用

隨著虛擬化應用的普及，vSAN已經是當前企業儲存應用的要角，應用範圍卻未能超出vSphere平臺之外。vSAN只適用於vSphere，是一款「vSphere專用儲存產品」，也制約了vSAN的應用領域。

6.5版起，VMware終於解開了vSAN的束縛，讓VSAN也能透過iSCSI協定，為包括實體與虛擬主機在內的其他平臺提供儲存服務，讓vSAN儲存空間可為更多樣化的平臺提供服務，而這也讓vSAN轉型為通用型的儲存平臺。

除了透過iSCSI協定分享vSAN儲存空間外，VMware還預定讓vSAN支援NFS協定，讓vSAN也能透過NFS協定分享儲存空間，進一步擴大應用範圍。

當前領先群的軟體定義儲存產品

與同類產品相比，vSAN從問世以來，在技術方面一直不是「業界第一」或「率先提供」，我們前面提到的許多vSAN新功能發展，都是追隨其他廠商的腳步，例如壓縮與重複資料刪除、Erasure Coding容錯架構，還是透過iSCSI與NFS協定分享空間等功能，Nutanix都更早一步支援，而後VMware才跟進。

儘管如此，VMware的技術追趕腳步十分迅速，目前在同領域廠商中，也只剩下Nutanix能領先VMware半步，而把大多數廠商拋在後面，vSAN已經躋身同類產品領域的技術領先群，成業界領導產品之一。

 vSAN歷年發展沿革 

 使用vSAN的代價：軟體授權費 

如同所有的軟體定義儲存產品，雖然不會被特定硬體給綁住，但會被軟體授權給綁住；固然可透過使用通用硬體設備來減輕硬體成本負擔，但軟體授權費用的負擔卻不輕。

因此用戶究竟適不適合使用vSAN這類軟體定義儲存產品，來替換硬體式儲存陣列，仍須精算後才能確定。

以vSAN來說，硬體部份只需直接使用x86伺服器，搭配普通的SSD或硬碟，只要注意硬體是否在VMware相容清單內即可，這部份的負擔確實較輕。不過在軟體部份，vSAN是嵌在vSphere內，所以用戶必須先有vSphere的軟體授權，再額外加上vSAN的授權，才能啟用vSphere內的vSAN。另外vSAN運作時需要vCenter，所以用戶還得準備好vCenter。其中vSAN本身的授權費，便相當於vSphere或更高（兩者都是按實體處理器數目計價）。

也就是說，用戶須有vSphere、vSAN與vCenter的軟體授權，才能使用vSAN。而且除非是最低階的ROBO版，Standard版以上的vSAN，都需要3臺節點才能運作，因此vSphere與vSAN的授權都要有3份，而vCenter則只需1套。

以目前行情來看，要準備好1個最基本的3節點vSAN叢集環境，假設3臺主機各有2顆處理器（常見的組態），並以Standard版vSphere與vSAN軟體授權為基準，加上伺服器與SSD、硬碟等硬體元件，合計的軟、硬體總費用，將不下於一套規格不錯的企業級中階儲存設備，如果換成較高階的軟體授權，例如Enterprise Plus版vSphere搭配Enterprise版vSAN，軟體授權費用還會進一步提高。

而且，此後用戶每擴充一個vSAN節點，還須付出相對應的vSphere與vSAN軟體授權費。

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