Comprendre les volumes virtuels (vVols) dans VMware vSphere 6.7 et 7.0
& Le stockage est un élément essentiel de chaque ordinateur, serveur et centre de données, y compris les environnements virtuels. Une configuration de stockage adéquate garantit des performances et une fiabilité optimales. Lorsqu’un centre de données se développe et traite de grandes quantités de données, l’automatisation et l’évolutivité deviennent indispensables. VMware propose la fonctionnalité vVols, qui bouleverse le concept traditionnel de stockage des données sur un stockage partagé. Cet article de blog traite des VMware vVols (VMware Virtual Volumes), notamment des cas d’utilisation et du principe de fonctionnement de cette fonctionnalité.
Contexte
VMware vSphere est utilisé pour virtualiser les infrastructures informatiques et créer des centres de données virtuels entièrement définis par logiciel, dans lesquels un administrateur peut configurer tous les composants dans VMware vSphere en faisant abstraction du matériel.
Lorsque VMware a lancé les premières versions d’ESX et VMware Workstation, ces hyperviseurs utilisaient l’émulation logicielle pour exécuter des Virtuelles Maschinen. À mesure que la virtualisation gagnait en popularité, VMware a convaincu ses partenaires et d’autres fournisseurs que la virtualisation était essentielle dans le monde moderne. En conséquence, des fonctionnalités de virtualisation ont été implémentées dans les processeurs Intel et AMD sous la forme des jeux d’instructions Intel VT-x et AMD-V. Par rapport à la virtualisation par logiciel hyperviseur uniquement, la virtualisation matérielle prise en charge au niveau du processeur a amélioré les performances des machines virtuelles. Alors que les clusters ESXi vous permettent de faire abstraction du point de vue du processeur, les clusters ESXi vous permettent également de faire abstraction des hôtes ESXi sous-jacents exécutant des VMs.
La popularité des VMs a continué de croître. L’étape suivante a été la virtualisation du réseau, car l’utilisation de périphériques réseau matériels traditionnels dans des environnements virtuels complexes avec un grand nombre de VMs était peu pratique. Nous pouvons désormais utiliser des commutateurs virtuels VMware (un commutateur vSwitch standard et un commutateur vSwitch distribué fonctionnant au niveau VMKernel) pour connecter les adaptateurs réseau virtuels des machines virtuelles à différents réseaux et appliances. VMware a également développé NSX, une plateforme réseau dédiée définie par logiciel qui peut être intégrée à VMware vSphere. Les fournisseurs ont ensuite décidé qu’un commutateur virtuel pouvait être implémenté au niveau matériel dans les adaptateurs réseau, et la technologie SR-IOV est née. Lorsque les capacités VLAN pour isoler les réseaux ne suffisaient plus, en particulier pour les fournisseurs d’infrastructure en tant que service (IaaS), les fournisseurs ont développé la technologie VXLAN qui nécessite une prise en charge matérielle. L’avantage de la virtualisation du réseau est qu’il y a moins de connexions physiques par câble entre les périphériques réseau et que le réseau est centralisé.
L’étape suivante est la virtualisation du stockage. VMware a développé VMware vSAN qui vous permet de construire une infrastructure virtuelle hyperconvergée à l’aide d’un stockage défini par logiciel et d’abstraire les disques durs physiques. VMware ne s’est pas arrêté là et a développé vVols pour faire passer le stockage défini par logiciel à un niveau supérieur. La fonctionnalité VMware vVols a été introduite avec VMware vSphere 6.0.
Raisons d’utiliser vVol
Lorsque les baies de stockage traditionnelles ont été créées il y a plusieurs années, les fournisseurs de solutions de stockage et les éditeurs de logiciels ont décidé d’utiliser le LUN (Logical Unit Number) pour mapper les LUN, comme on mappe une partition de disque dur. L’idée initiale était qu’un système d’exploitation utilise généralement le LUN comme un disque unique ou comme un disque partagé pour un cluster. Lorsque VMware a développé son propre produit VMware vSphere, la société a adopté le LUN pour connecter le stockage partagé via un réseau aux hôtes VMware ESXi et formater un LUN à l’aide de VMFS, un système de fichiers en cluster développé par VMware. VMFS est un système de fichiers fiable et apprécié des utilisateurs. Traditionnellement, un administrateur système (un administrateur de stockage) crée un LUN sur la baie de stockage nécessaire, monte ce LUN sur un hôte ESXi et crée un magasin de données à l’aide du LUN attaché en créant le système de fichiers VMFS.
Différents types de stockage
Lorsque l’infrastructure virtuelle se développe et qu’il existe différents types de disques, de RAID et de configurations de déduplication sur les baies de stockage, l’approvisionnement en stockage peut être nécessaire plus fréquemment. Différentes Virtuelles Maschinen nécessitent différents niveaux de service en fonction de différentes politiques. Imaginez que les baies de disques de vos appliances de stockage présentent les caractéristiques suivantes : redondance (RAID 1/RAID 0), interface/technologie des disques (Flash/SSD, SAS HDD, SATA HDD), déduplication (activée/désactivée). Dans ce cas, nous avons 12 combinaisons possibles de configurations de stockage.
Lorsque nous utilisons l’approche traditionnelle, nous devons créer un LUN/magasin de données pour chaque type de stockage afin de satisfaire les capacités possibles. Cependant, un type de stockage peut être utilisé plus fréquemment qu’un autre pour provisionner le stockage des VMs. Il est difficile de se souvenir quelle VM doit utiliser tel ou tel type de stockage dans une grande infrastructure virtuelle lorsque vous avez des centaines ou des milliers de VMs. De plus, lorsque le stockage le plus rapide et le plus fiable est plein, des problèmes peuvent survenir, car en général, tout le monde souhaite stocker une VM sur le meilleur stockage. L’erreur humaine est également un problème potentiel. Le stockage vMotion et le stockage DRS doivent alors être utilisés pour migrer les fichiers VM vers des magasins de données libres de classes de stockage disponibles. VMware vVols peut faciliter la vie dans ce cas.
VMware vVols et politiques de stockage
VMware vVols est une technologie innovante qui délègue certaines opérations spécifiques au stockage au matériel de stockage, tel que le SAN (Storage Area Network) et le NAS (Network Attached Storage). Dans ce cas, les fournisseurs de systèmes de baies de stockage doivent implémenter la prise en charge de l’API vStorage pour l’intégration des baies (VAAI) pour leurs périphériques de stockage. L’utilisation de VAAI allège considérablement les tâches liées au stockage des serveurs ESXi vers le matériel des baies de stockage et augmente les performances.
Un administrateur système doit définir un ensemble de politiques à utiliser pour différentes VMs lors de leur création, en fonction des conditions à remplir. Par exemple, vous pouvez définir différentes politiques et leur attribuer des noms tels que Classe supérieure, Classe moyenne et Classe inférieure :
Classe supérieure – Flash/SSD, RAID1, déduplication activée
Classe moyenne – Disque dur SAS, RAID1, déduplication activée
Classe basse – Disque dur SATA, RAID0, déduplication désactivée.
Vous pouvez également créer davantage de politiques afin de couvrir toutes les combinaisons possibles (12 combinaisons dans notre exemple) si vous disposez de la configuration matérielle de stockage appropriée.
Lors de la création d’une nouvelle machine virtuelle, l’administrateur doit sélectionner une politique pour le stockage de la machine virtuelle. Une politique est appliquée aux objets VM à l’aide de vVols sur une base par VM. Ensuite, un LUN est créé sur la baie de stockage appropriée pour chaque objet VM, tel qu’un disque virtuel, un fichier swap, un fichier de configuration, un fichier de mémoire virtuelle ou d’autres fichiers VM spécifiques. Les fonctionnalités et la configuration du stockage sont abstraites du consommateur de stockage.
La gestion basée sur des politiques permet aux administrateurs vSphere de gagner du temps dans les environnements virtuels de grande envergure, car ils n’ont pas à rechercher manuellement une cible de stockage appropriée pour une machine virtuelle parmi les baies de stockage disponibles disposant d’espace libre. Les politiques de stockage VMware vVol sont gérées au niveau du disque virtuel d’une machine virtuelle.
LUN et réplication
Un magasin de données VMFS est créé sur un seul LUN. En général, des centaines de magasins de données VMFS sont créés sur des LUN provisionnés dans les grandes infrastructures virtuelles. Le matériel de stockage n’a pas connaissance des fichiers de VMs stockés sur ces LUN. Si vous utilisez la réplication synchrone basée sur le stockage au niveau matériel des systèmes de baies de stockage, le matériel de stockage effectue la réplication des données de l’ensemble du LUN avec toutes les VMs stockées sur ce LUN. Dans ce cas, vous ne pouvez pas répliquer une seule VM.
Découvrez les avantages de la sauvegarde et de la réplication des machines virtuelles au niveau de l’hôte et au niveau de la couche de gestion.
La création d’un LUN par machine virtuelle est une mauvaise idée, car cela complique la gestion des volumes VMFS. Les volumes virtuels VMware (vVols) sont destinés à résoudre ces problèmes, à rendre la gestion du stockage des machines virtuelles plus granulaire et à éviter d’utiliser le LUN > volume VMFS > Magasin de données schéma pour provisionner le stockage d’une VM.
Connexions et charges
Si vous utilisez N hôtes ESXi et M LUN sur une baie de stockage, puis NxM les connexions réseau sont utilisées pour la communication entre les VMs et les magasins de données lors de l’utilisation d’un provisionnement de stockage traditionnel pour les VMs. S’il existe de nombreux disques minces (Disques à provisionnement fin) sur les magasins de données, par exemple dans les infrastructures de bureau virtuel (VDI), la charge matérielle du stockage augmente. L’extension d’un disque virtuel fin et l’ajout de nouveaux blocs sur ce disque affectent les performances des disques virtuels d’autres VMs situées sur la même banque de données. Il s’agit là d’un autre problème qui peut être résolu par l’utilisation de vVols.
Vous trouverez plus de détails à ce sujet dans la section À propos des points de terminaison de protocole.
Avantages de l’utilisation de vVols
Voici une liste de certains des avantages liés à l’utilisation de VMware vVols :
- Gestion simplifiée du stockage pour les environnements virtuels de grande envergure
- Gestion flexible et granulaire du stockage au niveau des machines virtuelles
- Utilisation optimale des ressources, ajustement dynamique en temps réel
- Évite le surprovisionnement
- Provisionnement de stockage automatisé et centralisé basé sur des politiques
- Pas besoin de LUN préconfigurés côté stockage
- Déchargement des opérations telles que la création d’instantanés, le clonage, le chiffrement des données et Storage DRS depuis les hôtes ESXi vers le matériel de stockage
- Capacité à mieux répondre aux conditions à remplir en matière de stockage des machines virtuelles
- La gestion centrée sur les appliances est remplacée par une gestion centrée sur les machines virtuelles
Le principe de fonctionnement
Le concept de VMware vVols repose sur le fait que les machines virtuelles et les disques virtuels constituent les unités de base de la gestion du stockage, contrairement aux LUN qui sont des magasins de données complets où sont stockés les fichiers de plusieurs VMs. L’organisation des données à l’aide de VMware vVols est pratique pour les baies de stockage dans les grands centres de données qui comptent de nombreuses VMs.
VMware vVols est le stockage de bas niveau pour les VMs qui prend en charge les opérations au niveau de la baie de stockage, de manière similaire aux LUN traditionnels utilisés pour créer des magasins de données. Au lieu d’utiliser le système de fichiers VMFS traditionnel, une baie de stockage définit comment fournir l’accès et organiser les données pour les VMs à l’aide de la baie de stockage.
Une autre fonctionnalité de vVols est qu’il n’y a pas de système de fichiers pour les disques des machines virtuelles, contrairement aux banques de données VMFS sur les LUN où sont stockés les fichiers de disques virtuels VMDK. Un système de fichiers est créé dans un système d’exploitation invité, comme si vous connectiez un nouveau disque dur vide destiné à être utilisé par le système d’exploitation.
Le système de fichiers VMFS est créé sur les vVols de configuration de la VM, où sont stockés les fichiers VMX. Les opérations ATS (Atomic Test & Set) sont prises en charge dans ce cas. ATS est un ensemble de commandes permettant de gérer le verrouillage du système de fichiers sur les périphériques de la baie de stockage.
De nouveaux volumes virtuels VMware (vVols) sont automatiquement créés sur une baie de stockage lorsque vous créez une nouvelle VM, créez un instantané de VM, clonez une VM ou répliquez une VM.
Plusieurs vVols sont créés lorsque vous créez une nouvelle VM :
- 1 vVol de configuration utilisé pour stocker un fichier de configuration VMX d’une VM
- 1 vVol est créé pour chaque disque virtuel
- 1 vVol est créé pour un fichier swap (partition) si nécessaire
- 1 vVol est créé pour chaque instantané de disque et instantané de mémoire
Vous pouvez considérer les VMware vVols comme des encapsulations de disques virtuels et des autres fichiers VM mentionnés ci-dessus.
ESXi prend en charge la connexion de jusqu’à 256 LUN. Pour que VMware vVols dépasse cette limite, une appliance logique spéciale appelée IO Demultiplexer ou IO Demux doit être utilisée dans la baie de stockage. Cette appliance est un canal d’entrée/sortie logique qui permet à toutes les VMs d’accéder à leurs disques virtuels sur une baie de stockage. Avec VMware vVols, vous vous affranchissez des protocoles de partage basés sur des blocs tels que iSCSI ou FC (fibre channel) et des protocoles basés sur des fichiers tels que NFS. Une architecture de stockage unifiée pour tous les protocoles pris en charge est fournie.
Découvrons d’autres fonctionnalités de vVols.
- L’espace libre devient automatiquement disponible après la suppression de fichiers sur les VMs, sans qu’il soit nécessaire d’exécuter la commande UNMAP (Thin Provisioning Block Space Reclamation).
- Les pools de capacité sont créés sur le SAN afin de définir le niveau de capacité de stockage accessible dans les pools et les politiques restreignant les opérations de bas niveau dans le pool.
- Les profils QoS (Quality of Service) sont créés afin de répondre aux conditions à remplir pour les performances de stockage des VMs. Définissez les paramètres de performances et les politiques de données à appliquer au niveau vVol ou au niveau du pool de capacité.
vVols est le successeur de VAAI. Si le fonctionnement de vVols n’est pas possible, le système passe à l’utilisation des primitives VAAI. VAAI (vStorage API for Array Integration) est destiné à décharger certaines opérations de stockage des hôtes VMware ESXi vers les systèmes de baies de stockage.
Fournisseur de stockage (fournisseur VASA) est une couche logicielle fournie par les fabricants de matériel de baies de stockage afin d’assurer l’interaction des composants VMware vSphere avec le matériel de stockage qui contient VMware vVols en tant que conteneurs de stockage. Un fournisseur de stockage peut être implémenté en tant que composant de baie de stockage (matériel) et en tant qu’appliance virtuelle (une machine virtuelle s’exécutant sur un hôte ESXi dans VMware vSphere). Les hôtes VMware ESXi et vCenter se connectent à un fournisseur de stockage.
VASA (vSphere API for Storage Awareness) est un composant logiciel utilisé pour garantir la reconnaissance du stockage dans VMware vSphere. VASA est une API (interface de programmation d’application) utilisée pour intégrer les baies de stockage à vCenter et permettre la gestion à partir de vCenter.
Le conteneur de stockage est une entité logique qui regroupe les VMware vVols par type afin d’en faciliter l’administration. Un conteneur de stockage est créé sur le matériel de la baie de stockage. La taille du conteneur peut être modifiée. Un conteneur de stockage est accessible via plusieurs points de terminaison de protocole simultanément.
Point de terminaison de protocole est un périphérique d’E/S logique (proxy) utilisé pour l’interaction des VMs s’exécutant sur des hôtes VMware ESXi avec les volumes virtuels VMware (voir l’image avec les connexions et les charges NxM ci-dessus). Toutes les VMs sont connectées au point de terminaison du protocole pour accéder à leurs volumes virtuels. Lors de l’utilisation de vVols, des connexions M sont établies au lieu de connexions MxN lors de l’utilisation de disques VMDK traditionnels sur des magasins de données VMFS. Les hôtes ESXi n’ont pas d’accès direct aux vVols côté stockage.
La profondeur de file d’attente pour les points de terminaison du protocole est de 128, ce qui est supérieur à celle pour les LUN (32). Un nombre illimité de points de terminaison de protocole peut être créé, mais cela n’est pas nécessaire car un seul PE peut desservir des milliers de VMware vVols. Les vVols des machines virtuelles peuvent être liés au point de terminaison du protocole dans VMware vCenter. iSCSI, NFS v3, FC et FCoE sont les protocoles pris en charge qui constituent la norme industrielle pour les appliances SAN et NAS. Le point de terminaison reçoit des commandes SCSI ou NFS. Le point de terminaison du protocole peut être considéré comme l’équivalent du point de montage sous Linux.
Conditions à remplir et limitations
Avant de commencer à utiliser VMware vVols, vous devez lire les conditions à remplir et les limitations du système.
- Les volumes virtuels VMware sont disponibles dans toutes les éditions de VMware vSphere depuis vSphere 6.0 (pour VMware vSphere 7.0, utilisez les éditions Enterprise Plus et Standard). VMware ESXi 6.0 et vCenter 6.0 ou supérieur sont requis. Comme VMware vVols nécessite vCenter, vVols ne peut pas être utilisé sur un hôte VMware ESXi autonome. Le mappage de périphériques bruts (RDM) n’est pas pris en charge.
- Le matériel serveur doit prendre en charge VMware vSphere 6.0 ou version ultérieure. Consultez le guide de compatibilité VMware.
- Un système de baie de stockage doit prendre en charge VMware vVols via VASA (VMware APIs for Storage Awareness). Une baie de stockage peut avoir une implémentation spécifique au fournisseur de vVols nécessitant une mise à niveau du micrologiciel sur le système de baie de stockage.
- Le temps doit être synchronisé sur les hôtes ESXi et tous les composants de stockage. Il est recommandé d’utiliser le protocole NTP (Network Time Protocol) pour la synchronisation du temps.
Le workflow (aperçu)
Passons en revue les principales étapes de la configuration des vVols VMware. Un administrateur système doit suivre le workflow expliqué ci-dessous pour utiliser les volumes virtuels VMware vSphere.
Synchronisez le temps sur toutes les appliances (hôtes VMware ESXi, serveurs vCenter, systèmes de baies de stockage).
Enregistrez un fournisseur de stockage (fournisseur VASA) dans vCenter par l’intermédiaire de VMware vSphere Client. Vous pouvez utiliser un plug-in vSphere Web Client ou l’interface utilisateur du système de stockage pour enregistrer un fournisseur de stockage. Une fois le fournisseur de stockage enregistré, une connexion SSL sécurisée est établie entre vCenter et le fournisseur de stockage.
Créez un magasin de données virtuel pour VMware vVols. Un magasin de données vVol est créé sur un conteneur de stockage connecté à un fournisseur de stockage. Une fois le magasin de données créé, vous ne pouvez pas étendre ni mettre à niveau un magasin de données vVol, car le système de baie de stockage contrôle entièrement le magasin de données vVol. Après avoir créé un magasin de données vVol, montez-le sur des hôtes VMware ESXi supplémentaires.
Mappez les capacités de stockage aux politiques de stockage des machines virtuelles (les capacités de stockage doivent être configurées sur un système de stockage avant de configurer les politiques de stockage des machines virtuelles). Créez des politiques de stockage dans vCenter pour répondre aux conditions à remplir pour le stockage des machines virtuelles et fournir le niveau de service approprié, notamment en termes de performances de stockage, de redondance, etc.
Vous devez choisir un fournisseur de stockage (par exemple, NetApp, Dell EMC ou HP 3PAR avec prise en charge de vVols) et sélectionner les fonctionnalités nécessaires pour une politique.
Créez une machine virtuelle et, à l’étape suivante de configuration du stockage, sélectionnez une politique de stockage des machines virtuelles. Une baie de stockage appropriée est choisie automatiquement et des vVols sont créés pour stocker les données des machines virtuelles.
Vous pouvez migrer les disques des machines virtuelles depuis les magasins de données VMFS, NFS et vSAN vers les magasins de données vVols à l’aide de Storage vMotion. Vous pouvez gérer VMware vVols dans VMware vSphere CLI.
Avant de passer à l’utilisation de vVols à la place des magasins de données vMFS traditionnels, assurez-vous que votre logiciel de sauvegarde prend en charge VMware vVols et peut sauvegarder les machines virtuelles stockées sur vVols. VMware Virtual Volumes (vVols) prend en charge les logiciels de sauvegarde qui utilisent les API vSphere pour la protection des données (VADP). NAKIVO Backup & Replication prend en charge VMware vVols pour effectuer la sauvegarde des données VMware. Si vous déployez un fournisseur VASA en tant qu’appliance virtuelle (c’est-à-dire une machine virtuelle VMware sur un hôte VMware ESXi), n’oubliez pas de sauvegarder le fournisseur VASA. Sans le fournisseur VASA, la structure vVols peut être perdue. Dans la plupart des cas, vous pouvez utiliser les fonctionnalités de reprise après sinistre ou de haute disponibilité pour exécuter un fournisseur VASA sur les vApps des fournisseurs de stockage.
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Conclusion
VMware Virtual Volumes (vVols) est une fonctionnalité qui offre une nouvelle approche du provisionnement des ressources de stockage pour les Virtuelles Maschinen. Cette approche offre une plus grande granularité et un niveau d’automatisation plus élevé, ce qui est utile pour les environnements virtuels de grande et très grande taille comprenant des milliers de machines virtuelles. Le concept des vVols repose sur le fait que l’unité de gestion de base est une machine virtuelle, et non un magasin de données ou un LUN.
La création de politiques qui définissent les caractéristiques des baies de stockage et la sélection de la politique nécessaire pour provisionner le type de stockage approprié pour une machine virtuelle permettent aux administrateurs d’éviter les erreurs involontaires et d’utiliser les ressources matérielles de manière plus rationnelle. Avec les API VMware (VASA, VAAI), les opérations de stockage telles que les instantanés, la réplication, le clonage et le chiffrement sont déchargées des serveurs ESXi vers les systèmes de baies de stockage ; cependant, la gestion du stockage pour les VMs est effectuée dans vCenter.
Les points de terminaison de protocole fournissent une interface unifiée qui permet de réduire le nombre de connexions et élimine le besoin de choisir entre un stockage partagé basé sur des blocs ou sur des fichiers lorsque vous provisionnez du stockage pour stocker des fichiers de machines virtuelles. VMware vVols vous rapproche un peu plus de la création d’un centre de données défini par logiciel.
