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在Virtual SAN（VSAN）問世之後，VMware就只差一步，便能實現vSphere平臺的完整軟體定義儲存架構，而這一步就是今年跟著vSphere 6.0一同發表的Virtual Volumes（VVol）。
vSphere平臺使用的datastore儲存空間有兩個來源，一是來自ESXi主機本身的內接磁碟機，另一是來自外接儲存設備提供的儲存空間（LUN或NFS共享儲存區）。如果要實現完整的vSphere平臺軟體定義儲存應用，便要能夠涵蓋內接儲存與外接儲存這兩個面向。
去年發表的VSAN，不僅實現了基於ESXi主機內接磁碟的軟體定義儲存應用，更重要的是提供了透過vCenter的政策統一驅動，精細到以個別VM為單位的儲存管理。
而今年推出的VVol，則把類似的政策驅動式VM儲存應用概念，推廣到第三方廠商的外接式儲存設備上。
基於政策的VM儲存應用
對於伺服器虛擬化，這種將大量運算負載匯聚於少數實體主機的應用來說，儲存I/O一直是個棘手環節，滿足效能與可用性需求只是第一步，更進一步的要求是服務品質管理（Quality of Service，QoS）。
基於政策的儲存管理（Storage Policy Based Management，SPBM），是vSphere平臺儲存管理的大躍進，可以提供精細到個別VM等級、十分彈性的儲存服務等級管理。
但儲存設備要融入VMware的SPBM架構，不是件容易的事。儲存設備必須能與vSphere緊密聯繫，與vCenter之間必須有溝通的管道，讓vCenter能夠精確評估儲存設備的效能特性，並能接受vCenter的政策管理指令。
VSAN是由VMware自身研發，又是嵌在vSphere核心中，相對容易實現融入SPBM架構的目標。不過對於第三方廠商的外接式儲存設備來說，要融入VMware的SPBM架構就不是那樣容易。
現在經過近3年的等待後，VMware與眾多協力第三方儲存廠商，終於透過VVol這套架構，實現了將外接儲存設備結合到vSphere平臺儲存政策管理中的目標。
Virtual Volumes的基本架構 |
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VMware的VVol架構由6個基本單元組成： (1)VASA Provider： 儲存廠商提供的軟體元件，部署在vSphere平臺上或內含於儲存陣列系統韌體中，作為儲存設備與vSphere之間的通信與管理的媒介，向vCenter匯報儲存設備的規格特性與狀態。 (2)Virtual Volume（VVol）虛擬磁碟： VM存取的儲存容器，也就是個別VM相關組態、metadata、虛擬磁碟等檔案的封裝容器。對應組成VM的不同檔案型式（.vmx、.vmdk、.vswp等），VVol虛擬磁碟也分為5種類型，一臺VM通常至少會有3個VVol虛擬磁碟，1個是設定檔VVol、1個資料VVol，與1個swap用VVol。在儲存設備上，每個VVol磁碟區，通常是對應一個Thin Provisioning模式的LUN或Volume（以區塊類型儲存設備而言）。 (3)Storage Container： 儲存設備提供給ESXi主機的VVol儲存空間，是一種虛擬化與Thin型式的儲存池，ESXi主機直接在Storage Container中，建立供VM使用的VVol磁碟區。 (4)Protocol EndPoint： 協定端點。ESXi主機並不直接存取儲存設備的Storage Container，而是透過協定端點這個I/O轉接介面的中介，來存取後端的Storage Container。對應不同傳輸協定，協定端點也有多種不同類型，如iSCSI與FC區塊類型的協定端點，也有NFS類型的協定端點，一個Storage Container，可透過多個不同類型的協定端點，來與前端ESXi主機連接。 (5)Storage Capability儲存能力： VVol架構中的儲存政策設定，必須建立在個別儲存設備的物理規格與性能特性上。所以會由VASA Provider向vCenter回報儲存陣列的規格與能力特性，例如RAID的等級、磁碟機型式、是否啟用Thin Provisioning與De-Dupe功能等等，作為制定儲存政策的基準。 (6)Storage Profile儲存政策： 一組針對不同VM需求的儲存服務品質規則。 其中VASA Provider、Virtual Volume、Storage Container、Protocol EndPoint與Storage Capability等5個部分，都是由儲存設備向ESXi主機提供，Storage Profile則是由vCenter向儲存設備下達。
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將外接儲存融入VMware政策管理架構
由於先天上的架構不同，VM的虛擬磁碟管理，與底層儲存設備的管理是彼此脫鉤的。
儲存設備的基本管理單元是LUN，而vSphere的VM則是以VMDK格式的虛擬磁碟（Virtual Disk）作為儲存容器，所以VM是以間接的型式，來使用儲存設備提供的空間。儲存設備先將LUN掛載給ESXi主機，然後再由ESXi主機將LUN格式化為VMFS datastore後，再於VMFS datastore上建立VM的VMDK磁碟。
雖然VMware也提供了RDM（Raw Device Mapping）模式，可讓VM直接連接底層儲存設備LUN，讓VM與儲存設備的LUN直接一一對應，不僅可以免除VMFS檔案系統的中介，也便於儲存設備透過個別的LUN來調節存取效能等級，並適合以LUN為單位運作的儲存設備端進階資料服務功能。
但問題是，RDM模式必須預先在儲存設備上建立好LUN，缺乏隨需建立與調整的彈性，當環境較為複雜時，連帶的RDM相關建置設定程序也會變得相當繁瑣，也會增加vSphere平臺的儲存架構的複雜性，還無法運行許多vSphere平臺上的進階功能（如快照、Clone與備份等）。
由於管理的對象與粒度完全不同，以致vSphere的管理政策也難以套用到外接儲存設備上。所以要將外接儲存設備融入vSphere的管理機制，便須在儲存設備與vSphere之間建立緊密的聯繫。
首先，是要讓儲存熱備能夠相容於vSphere的儲存政策管理工具，也就是VM Storage Policies，必須依循標準規範，將儲存設備的基本規格與效能特性映射給vSphere，如此才有實施政策管理的可能。
其次，必須讓VM與儲存設備的管理對象與粒度彼此一致，以便進行精細到VM層級的儲存管理。
VVol這套框架的重點，也是在這兩個面向。透過讓儲存設備支援VMware新的2.0版VASA（vStorage API for Storage Awareness），讓vCenter能夠識別與評估儲存設備的特性，利用SPBM架構管理儲存設備。並透過虛擬化與Thin的技術，以稱為Storage Container的虛擬化儲存容器，來運用外接儲存設備的空間。
在VVol這套架構下，儲存設備首先必須能夠支援跟著vSphere 6.0一同推出的VASA 2.0 API；另外vSphere也不再是以傳統建立在LUN上的datastore來使用儲存空間，而是改用稱作Storage Container的虛擬化儲存容器。
對於建立在傳統LUN上的datastore來說，LUN是由儲存設備預先建立與設定，大小也是固定的，必須格式化為VMFS檔案系統後，才能作為datastore使用，而且對於位於同一個LUN的所有VM，LUN都是提供同等的服務，沒辦法做差異化的調整。
而Storage Container則是在儲存設備空間上的一種虛擬化、可擴展的datastore，不需在儲存設備端預先建立，每臺儲存設備最少會有1個Storage Container（最大數量視個別儲存設備而定），vSphere會直接在Storage Container上，建立直接對應VM本體的VVol虛擬磁碟。Storage Container可以個別VVol虛擬磁碟為單位，提供異質的存取服務等級，而且不需要檔案系統格式化，VM的物件便能原生直接儲存在VVol虛擬磁碟上。
為VM量身打造儲存區
透過VVol架構，可以取得過去只有透過RDM模式才能取得的特性，例如讓VM的虛擬磁碟管理，與儲存設備的儲存區管理，都以相同的粒度（即個別VM）為單位來進行，VM存取的物件是VVol磁碟區，不需要VMFS檔案系統的中介，儲存設備管理與產生的物件也是VVol磁碟區。
透過VVol架構，也便於將快照（snapshot）等資料服務作業，卸載給外接儲存設備來執行，vSphere下達對某個VM執行快照的指令後，實際作業將交由外接儲存設備的控制器來執行，藉此可減輕ESXi主機的負擔。
而且VVol又沒有RDM的弊病，可以把VVol看作是一種Thin模式的RDM，不需要預先在儲存設備上，規畫並建立好LUN，而可直接從vSphere的Web Client介面，視需要彈性的產生VVol虛擬磁碟，管理上遠比RDM簡單許多。並且VVol能與vSphere平臺各式各樣的進階功能相容，也不像RDM存在不相容於vSphere平臺許多內含功能的問題。
更重要的是，透過VVol架構，可讓外接儲存設備相容於VMware的SPBM管理架構，實現以VM為粒度、彈性的儲存資源管理，ESXi主機不再只是被動的接受後端儲存設備建立的LUN，而可反過來，依照個別VM的需求，透過vCenter的政策向後端儲存設備「量身訂做」VM需要VVol磁碟區，從而在外接儲存設備上，建立由vCenter政策統一驅動、粒度更精細、管理更靈活的「VM導向」儲存，讓儲存設備進入「VM感知（VM-Aware）」的層次。
Virtual Volumes的支援層次 |
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目前已經有超過20家儲存設備供應商支援了VVol，不過，由於個別廠商的儲存設備規格特性與技術能力互有差異，對VVol的支援程度也有所不同。 對於VVol的不同應用與支援程度，研究機構Taneja Group分為3個層級（Type），十分值得使用者參考： ● Type 1：基本的VVol支援。 提供協定端點（PE）、Storage Container與儲存政策/規則組等3項VVol基本功能，可以提供VM層級的自動化儲存配置與資源管理。 ● Type 2：在Type 1的基礎上，再加上設定I/O效能計量的能力，可以設定最低或最高效能參數目標（如要求提供一定IOPS的效能等），更精細地調節儲存效能。 ● Type 3：在Type 1與Type 2的基礎上，增加負載優先等級的設定，以便在遭遇資源競爭的時候，系統可以判斷應哪個VVol可以優先得到效能，藉此確保關鍵應用能得到保證的效能，最好再提供預先定義好的效能策略，便於使用者套用。 目前支援VVol的20多家廠商中，只有NexGen可以提供Type 3等級的支援，其餘廠商則是提供Type 1與Type 2層次的支援各占一半。當然這只是VVol架構才剛發表幾個月的現況，預期再過一段時間以後，各廠商間的差距便會縮小，最終應該都能達到Type 2或Type 3層次的支援。
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未來儲存設備的新標準
有鑒於VMware的龐大影響力，支援vSphere平臺已經是當前企業級儲存設備必備要求之一。另一方面，隨著VVol問世，外接儲存設備必須透過支援VVol，才能完整融入新一代vSphere平臺的儲存架構，獲得最大的運用彈性。所以，除了今年初第一波宣布支援VVol的20多家廠商外，可預期VVol成為未來企業級儲存設備必須支援的新標準。
在目前宣布支援VVol的家廠商中，由於各家廠商的產品特性與發展規劃不同，對VVol的支援情況也有異，我們將比較重要廠商的支援情況簡介如下：
傳統儲存大廠
一線大廠中，包括EMC、HP、IBM、HDS、Dell與NEC、Fujitsu等幾乎全部都宣布將支援VVol架構。
HP 3PAR：支援VVol基本功能，VASA Provider部署在儲存系統韌體中，透過vCenter Plug-in管理。
NetApp：除VVol基本功能外還提供I/O效能目標設定，VASA Provider為部署在vSphere中的VM，透過vCenter Plug-in管理。
HDS：除VVol基本功能外還提供I/O效能目標設定，VASA Provider為部署在vSphere中的VM，透過儲存陣列介面管理。
IBM：XIV系列已支援VVol基本功能，VASA Provider為部署在vSphere中的VM，透過vCenter Plug-in管理。IBM其餘產品預定2015年下半年支援。
Dell：Equallogic系列已支援VVol基本功能，VASA Provider為部署在vSphere中的VM，透過vCenter Plug-in管理。
新創廠商
新創儲存廠商中，包括提供混合式陣列的Nimble Storage、NexGen與Tintri，以及提供全快閃陣列的Pure Storage與SolidFire都支援了VVol。
Nimble Storage：2015年下半年支援，提供VVol基本功能，VASA Provider部署在儲存系統韌體中，透過儲存陣列介面管理。
Pure Storage：2015年下半年支援，提供VVol基本功能，VASA Provider部署在儲存系統韌體中，透過vCenter Plug-in管理。
SolidFire：2015年下半年支援，提供VVol基本功能，VASA Provider部署在儲存系統韌體中，透過vCenter Plug-in管理。
NexGen：2015年中支援，除VVol基本功能外，還提供I/O效能目標與工作負載優先等級設定，VASA Provider部署在儲存系統韌體中，透過vCenter Plug-in管理
Virtual Volumes的設定與操作 |
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VVol是一套讓外接儲存設備與vSphere平臺彼此協力運作的架構，操作設定上雖然牽涉到外接儲存設備與ESXi主機兩個環節，不過只需從vCenter進行設定即可，基本設定可分為三階段： (1)準備階段： 匯入VASA Porvider元件，讓vCenter識別與抓取VVol儲存設備，並掛載VVol儲存設備的Storage Container。 (2)建立VVol datastore： 選擇使用VVol儲存設備的Storage Container作為datastore。 (3)建立儲存政策： 利用VM Storage Policies功能，基於VVol儲存設備匯入的儲存設備效能規格資訊，建立各式各樣的儲存政策規則。 完成設定後，接下來在新增或遷移VM時，便能從VM Storage Policies選項，點選通用於個別VM的儲存政策套用，接下來系統便會自動在datastore上，建立供VM使用的VVol磁碟區。
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【相關報導請參考「VMware虛擬儲存大轉型」】
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