Entendiendo los Volúmenes Virtuales (vVols) en VMware vSphere 6.7 y 7.0
El almacenamiento es un componente crucial de cada ordenador, servidor y centro de datos, incluyendo los entornos virtuales. Una configuración adecuada del almacenamiento garantiza un rendimiento y una fiabilidad óptimos. Cuando un centro de datos crece y opera con grandes cantidades de datos, la automatización y la escalabilidad se convierten en una necesidad. VMware ofrece la función vVols, que cambia el concepto tradicional de almacenamiento de datos en almacenamiento compartido. Esta entrada de blog trata sobre VMware vVols (VMware Virtual Volumes), incluyendo casos prácticos y el principio de funcionamiento de esta función.
Historia de fondo
VMware vSphere se utiliza para virtualizar infraestructuras de TI y construir centros de datos virtuales completamente definidos por software, donde un administrador puede configurar todos los componentes en VMware vSphere abstrayéndose del hardware.
Cuando VMware lanzó las primeras versiones de ESX y VMware Workstation, estos hipervisores utilizaban la emulación de software para ejecutar máquinas virtuales. A medida que la virtualización ganaba popularidad, VMware convencía a socios y otros proveedores de que la virtualización es esencial en el mundo moderno. Como resultado, las funciones de virtualización se implementaron en los procesadores Intel y AMD como conjuntos de instrucciones Intel VT-x y AMD-V. En comparación con la virtualización sólo por software hipervisor, la virtualización por hardware soportada a nivel de CPU mejoró el rendimiento de las máquinas virtuales. Mientras que los clústeres ES Xi le permiten abstraerse desde la perspectiva de la CPU, los clústeres ESXi también le permiten abstraerse de los hosts ESXi subyacentes que ejecutan máquinas virtuales.
La popularidad de las máquinas virtuales siguió creciendo. El siguiente paso fue la virtualización de la red, ya que utilizar dispositivos de red de hardware tradicionales en entornos virtuales complejos con un gran número de máquinas virtuales resultaba incómodo. Ahora podemos utilizar conmutadores virtuales VMware (un vSwitch estándar y un vSwitch distribuido que operan en el nivel VMKernel) para conectar adaptadores de red virtuales VM a diferentes redes y dispositivos. VMware también ha desarrollado NSX, una plataforma de red definida por software que puede integrarse con VMware vSphere. Entonces los proveedores decidieron que un conmutador virtual podía implementarse a nivel de hardware en los adaptadores de red, y nació la tecnología SR-IOV. Cuando las capacidades VLAN para aislar redes dejaron de ser suficientes, especialmente para los proveedores de infraestructura como servicio (IaaS), los proveedores desarrollaron la tecnología VXLAN que requiere compatibilidad con hardware. La ventaja de la virtualización de redes es que se utilizan menos conexiones físicas por cable entre los dispositivos de red, y la red está centralizada.
La siguiente etapa es la virtualización del almacenamiento. VMware ha desarrollado VMware vSAN, que permite crear una infraestructura virtual hiperconvergente utilizando almacenamiento definido por software y unidades de disco físico abstractas. VMware no se quedó ahí y desarrolló vVols para llevar el almacenamiento definido por software al siguiente nivel. La función VMware vVols se introdujo con VMware vSphere 6.0.
Razones para utilizar vVol
Cuando se crearon las matrices de almacenamiento tradicionales hace años, los proveedores de almacenamiento y los vendedores de software decidieron utilizar LUN (Logical Unit Number) para asignar los LUN, igual que se asignaría una partición de disco de una unidad de disco duro. La idea inicial era que un sistema operativo suele utilizar LUN como disco único o como disco compartido para un clúster. Cuando VMware desarrolló su propio producto VMware vSphere, la empresa adoptó LUN para conectar el almacenamiento compartido a través de una red a los hosts ESXi y formatear un LUN utilizando VMFS, un sistema de archivos en clúster desarrollado por VMware. VMFS es un sistema de archivos fiable y respetado por los usuarios. Tradicionalmente, un administrador de sistemas (un administrador de almacenamiento) crea un LUN en la matriz de almacenamiento necesaria, monta este LUN en un host ESXi y crea un almacén de datos utilizando el LUN adjunto mediante la creación del sistema de archivos VMFS.
Diferentes tipos de almacenamiento
Cuando una infraestructura virtual crece y existen diferentes tipos de discos, RAID y configuraciones de deduplicación en las matrices de almacenamiento, el aprovisionamiento de almacenamiento puede ser necesario con mayor frecuencia. Diferentes máquinas virtuales requieren diferentes niveles de servicio de acuerdo con diferentes políticas. Imagine que las matrices de discos de sus dispositivos de almacenamiento tienen las siguientes características: redundancia (RAID 1/RAID 0), interfaz/tecnología de discos (Flash/SSD, SAS HDD, SATA HDD), deduplicación (activada/desactivada). En este caso, tenemos 12 combinaciones posibles de configuraciones de almacenamiento.
Si utilizamos el enfoque tradicional, debemos crear un LUN/almacén de datos para cada tipo de almacenamiento para satisfacer las posibles capacidades. Sin embargo, es posible que un tipo de almacenamiento se utilice con más frecuencia que otro para aprovisionar almacenamiento de máquinas virtuales. Es difícil recordar qué máquina virtual debe utilizar este o aquel tipo de almacenamiento en una infraestructura virtual de gran tamaño cuando se tienen cientos o miles de máquinas virtuales. Además, cuando el almacenamiento más rápido y fiable está lleno, puede haber problemas porque, normalmente, todo el mundo quiere almacenar una máquina virtual en el mejor almacenamiento. El error humano también es un problema potencial. Storage vMotion y storage DRS deberían utilizarse entonces para migrar los archivos de las máquinas virtuales a almacenes de datos libres de clases de almacenamiento disponibles. VMware vVols puede facilitar las cosas en este caso.
VMware vVols y políticas de almacenamiento
VMware vVols es una tecnología innovadora que delega algunas operaciones específicas de almacenamiento en el hardware de almacenamiento, como SAN (Storage Area Network) y NAS (Network Attached Storage). En este caso, los proveedores de sistemas de almacenamiento en array deben implementar la compatibilidad con vStorage API for Array Integration (VAAI) para sus dispositivos de almacenamiento. El uso de VAAI descarga considerablemente las tareas relacionadas con el almacenamiento de los servidores ESXi al hardware de las matrices de almacenamiento y aumenta el rendimiento.
Un administrador del sistema debe definir un conjunto de políticas que se utilizarán para diferentes máquinas virtuales al crear las máquinas virtuales en función de los requisitos. Por ejemplo, puede definir diferentes políticas y asignarles nombres como Clase alta, Clase media y Clase baja:
Top class – Flash/SSD, RAID1, Deduplication enabled
Medium class – SAS HDD, RAID1, Deduplication enabled
Low class – SATA HDD, RAID0, Deduplication disabled.
También puede crear más políticas para adaptarse a todas las combinaciones posibles (12 combinaciones en nuestro ejemplo) si dispone de la configuración de hardware de almacenamiento adecuada.
Al crear una nueva máquina virtual, el administrador debe seleccionar una política para el almacenamiento de la máquina virtual. Se aplica una política para objetos VM utilizando vVols en una base por-VM. A continuación, se crea un LUN en la matriz de almacenamiento adecuada para cada objeto de la máquina virtual, como un disco virtual, un archivo de intercambio, un archivo de configuración, un archivo de memoria virtual u otros archivos específicos de la máquina virtual. Las funciones de almacenamiento y la configuración se abstraen del consumidor de almacenamiento.
La administración basada en políticas ahorra tiempo a los administradores de vSphere en entornos virtuales de gran tamaño, ya que no tienen que buscar manualmente un destino de almacenamiento adecuado para una máquina virtual entre las matrices de almacenamiento disponibles con espacio libre. Las políticas de almacenamiento de VMware vVol se gestionan a nivel de un disco virtual VM.
LUNs y replicación
Se crea un almacén de datos VMFS en un único LUN. Normalmente, hay cientos de almacenes de datos VMFS creados sobre LUNs provisionados en grandes infraestructuras virtuales. El hardware de almacenamiento no conoce los archivos de la máquina virtual almacenados en esos LUN. Si utiliza la replicación sincrónica basada en almacenamiento en el nivel de hardware de los sistemas de matriz de almacenamiento, el hardware de almacenamiento realiza la replicación de datos de todo el LUN con todas las máquinas virtuales almacenadas en este LUN y, en este caso, no puede replicar sólo una máquina virtual.
Lea sobre las ventajas de hacer backup y replicación de VM a nivel de host.
Crear un LUN por VM es una mala idea ya que complica la gestión de los volúmenes VMFS. Los Volúmenes Virtuales VMware (vVols) están pensados para resolver estos problemas, hacer más granular la gestión del almacenamiento de las máquinas virtuales y evitar el uso del esquema LUN > VMFS volume > Datastore para aprovisionar almacenamiento para una VM.
Conexiones y cargas
Si utiliza N hosts ESXi y M LUNs en un array de almacenamiento, entonces las conexiones de red NxM se utilizan para la comunicación entre las VMs y los almacenes de datos cuando se utiliza el aprovisionamiento de almacenamiento tradicional para las VMs. Si hay muchos discos delgados(Thin Provisioned disks) en los almacenes de datos, por ejemplo, en infraestructuras de escritorios virtuales (VDI), aumenta la carga del hardware de almacenamiento. La ampliación de un disco virtual ligero y la adición de nuevos bloques en este disco afecta al rendimiento de los discos virtuales de otras máquinas virtuales ubicadas en el mismo almacén de datos. Este es otro problema que puede resolverse utilizando vVols.
Más abajo, en la sección sobre el protocolo de punto final, se explican más detalles.
Ventajas del uso de vVols
A continuación se enumeran algunas de las ventajas de utilizar VMware vVols:
- Gestión simplificada del almacenamiento para grandes entornos virtuales
- Gestión flexible y granular del almacenamiento a nivel de máquina virtual
- Utilización óptima de los recursos, ajuste dinámico en tiempo real
- Evitar el exceso de aprovisionamiento
- Aprovisionamiento de almacenamiento centralizado y automatizado basado en políticas
- Sin necesidad de LUN preconfigurados en el almacenamiento
- Descarga de operaciones como instantáneas, clonación, cifrado de datos y DRS de almacenamiento de hosts ESXi al hardware de almacenamiento.
- Capacidad para satisfacer mejor los requisitos de almacenamiento de máquinas virtuales.
- La gestión centrada en los dispositivos pasa a centrarse en las máquinas virtuales.
Principio de funcionamiento
El concepto de VMware vVols es que una VM y los discos virtuales son unidades básicas de gestión del almacenamiento, a diferencia de los LUN, que son almacenes de datos completos donde se guardan los archivos de varias VM. La organización de los datos mediante VMware vVols resulta práctica para las matrices de almacenamiento en grandes centros de datos con muchas máquinas virtuales.
VMware vVols es el almacenamiento de bajo nivel para máquinas virtuales que admite operaciones a nivel de matriz de almacenamiento, de forma similar a los LUN tradicionales utilizados para crear almacenes de datos. En lugar de utilizar el sistema de archivos VMFS tradicional, una matriz de almacenamiento define cómo proporcionar acceso y organizar los datos para las máquinas virtuales que utilizan la matriz de almacenamiento.
Otra función de vVols es que no existe un sistema de archivos para los discos de las VM, a diferencia de los almacenes de datos VMFS en LUNs donde se almacenan los archivos de disco virtual VMDK. Se crea un sistema de archivos en un sistema operativo invitado como si estuviera conectando un nuevo disco duro vacío para ser utilizado por el sistema operativo.
El sistema de archivos VMFS se crea en los vVols de configuración de la VM, donde se almacenan los archivos VMX. En este caso se admiten las operaciones ATS (Atomic Test & Set). ATS es un conjunto de comandos para gestionar el bloqueo del sistema de archivos en dispositivos de almacenamiento.
Los nuevos volúmenes virtuales de VMware (vVols) se crean automáticamente en una matriz de almacenamiento cuando se crea una nueva VM, se crea una instantánea de VM, se clona una VM o se replica una VM.
Se crean múltiples vVols cuando se crea una nueva VM:
- 1 vVol de configuración que se utiliza para almacenar un archivo de configuración VMX de una VM
- Se crea 1 vVol para cada disco virtual
- Se crea 1 vVol para un archivo de intercambio (partición) si es necesario.
- Se crea 1 vVol para cada instantánea de disco e instantánea de memoria
Puede considerar los vVols de VMware como encapsulaciones de discos virtuales y los demás archivos de VM mencionados anteriormente.
ESXi admite la conexión de hasta 256 LUN. Para que los vVols de VMware superen este límite, es necesario utilizar un dispositivo lógico especial llamado IO Demultiplexer o IO Demux en la matriz de almacenamiento. El dispositivo es un canal lógico de entrada/salida que proporciona acceso a todas las máquinas virtuales que deben acceder a sus discos virtuales en una matriz de almacenamiento. Con VMware vVols, se abstrae de los protocolos de uso compartido basados en bloques, como iSCSI o FC (canal de fibra), y de los protocolos basados en archivos, como NFS. Se proporciona una arquitectura unificada de almacenamiento para todos los protocolos compatibles.
Exploremos otras funciones de vVols.
- El espacio libre queda disponible automáticamente tras eliminar archivos en las máquinas virtuales sin necesidad de ejecutar el comando UNMAP (Thin Provisioning Block Space Reclamation).
- Los pools de capacidad se crean en SAN para definir el nivel de capacidad de almacenamiento accesible en los pools y las políticas que restringen las operaciones de bajo nivel en el pool.
- Se crean perfiles de calidad de servicio (QoS) para satisfacer los requisitos de rendimiento del almacenamiento de las máquinas virtuales. Establezca los parámetros de rendimiento y las políticas de datos que se aplicarán en el nivel vVol o en el nivel Capacity Pool.
vVols es el sucesor de VAAI. Si el funcionamiento de vVols no es posible, el sistema pasa a utilizar primitivas VAAI. El objetivo de VAAI (vStorage API for Array Integration) es descargar algunas operaciones de almacenamiento de los hosts ESXi a los sistemas de almacenamiento.
Storage Provider (VASA provider) es una capa de software proporcionada por los fabricantes de hardware de matrices de almacenamiento para garantizar la interacción de los componentes de vSphere con el hardware de almacenamiento que contiene VMware vVols como Storage Containers. Un proveedor de almacenamiento puede implementarse como un componente de matriz de almacenamiento (hardware) y como un appliance virtual (una máquina virtual que se ejecuta en un host ESXi en vSphere). Los hosts ESXi y vCenter se conectan a un proveedor de almacenamiento.
VASA (vSphere API for Storage Awareness) es un componente de software utilizado para garantizar el conocimiento del almacenamiento en VMware vSphere. VASA es una API (interfaz de programación de aplicaciones) utilizada para integrar matrices de almacenamiento con vCenter y permitir la gestión desde vCenter.
El contenedor de almacenamiento es una entidad lógica para agrupar VMware vVols por tipos para realizar la administración. Se crea un contenedor de almacenamiento en el hardware de la matriz de almacenamiento. El contenedor puede cambiar de tamaño. Se puede acceder a un contenedor de almacenamiento a través de varios puntos finales de protocolo simultáneamente.
Protocol Endpoint es un dispositivo lógico de E/S (proxy) utilizado para la interacción de las máquinas virtuales que se ejecutan en hosts ESXi con los volúmenes virtuales VMware (véase la imagen con conexiones y cargas NxM más arriba). Todas las máquinas virtuales se conectan al punto final del protocolo para acceder a sus volúmenes virtuales. Cuando se utilizan vVols, se establecen conexiones M en lugar de conexiones MxN al utilizar discos VMDK tradicionales en almacenes de datos VMFS. Los hosts ESXi no tienen acceso directo a los vVols en el lado del almacenamiento.
La profundidad de la cola para los extremos de protocolo es 128, superior a la de LUN (32). Se puede crear un número ilimitado de puntos finales de protocolo, pero no es necesario hacerlo porque un PE puede servir a miles de VMware vVols. Los vVols de las máquinas virtuales pueden vincularse al punto final del protocolo en VMware vCenter. iSCSI, NFS v3, FC y FCoE son los protocolos compatibles que constituyen el estándar del sector para dispositivos SAN y NAS. El punto final recibe comandos SCSI o NFS. El punto final del protocolo puede considerarse como un análogo del punto de montaje en Linux.
Requisitos y limitaciones
Antes de empezar a utilizar VMware vVols, debe leer los requisitos y limitaciones del sistema.
- Los volúmenes virtuales de VMware están disponibles en todas las ediciones de VMware vSphere desde vSphere 6.0 (para VMware vSphere 7.0 utilice las ediciones Enterprise Plus y Standard). Se requiere VMware ESXi 6.0 y vCenter 6.0 o superior. Dado que VMware vVols requiere vCenter, vVols no puede utilizarse en un host ESXi independiente. No se admite la asignación de dispositivos sin procesar (RDM).
- El hardware del servidor debe ser compatible con vSphere 6.0 o superior. Consulte la Guía de compatibilidad de VMware.
- Un sistema de almacenamiento debe ser compatible con VMware vVols a través de VASA (VMware APIs for Storage Awareness). Una matriz de almacenamiento puede tener una implementación de vVols específica del proveedor que requiera una actualización del firmware en el sistema de la matriz de almacenamiento.
- La hora debe estar sincronizada en los hosts ESXi y en todos los componentes de almacenamiento. Se recomienda utilizar NTP (Network Time Protocol) para la sincronización horaria.
El flujo de trabajo (visión general)
Veamos los pasos principales para configurar VMware vVols. Un administrador de sistemas debe seguir el flujo de trabajo que se explica a continuación para utilizar los volúmenes virtuales de VMware vSphere.
Sincronice la hora en todos los dispositivos (hosts ESXi, servidores vCenter, sistemas de matrices de almacenamiento).
Registre un proveedor de almacenamiento (VASA Provider) en vCenter mediante VMware vSphere Client. Puede utilizar un complemento de vSphere Web Client o la interfaz de usuario del sistema de almacenamiento para registrar un proveedor de almacenamiento. Una vez registrado el proveedor de almacenamiento, se establece una conexión SSL segura entre vCenter y el proveedor de almacenamiento.
Cree un almacén de datos virtual para VMware vVols. Se crea un almacén de datos vVol en un contenedor de almacenamiento conectado a un proveedor de almacenamiento. Una vez creado un almacén de datos, no se puede ampliar ni actualizar un almacén de datos vVol porque un sistema de matriz de almacenamiento controla totalmente el almacén de datos vVol. Después de crear un almacén de datos vVol, monte el almacén de datos vVol en hosts ESXi adicionales.
Asigne capacidades de almacenamiento a políticas de almacenamiento de máquinas virtuales (las capacidades de almacenamiento deben configurarse en un sistema de almacenamiento antes de configurar las políticas de almacenamiento de máquinas virtuales). Cree políticas de almacenamiento en vCenter para satisfacer los requisitos de almacenamiento de las máquinas virtuales y proporcionar el nivel de servicio adecuado, incluido el rendimiento del almacenamiento, la redundancia, etc.
Debe elegir un proveedor de almacenamiento (por ejemplo, NetApp, Dell EMC o HP 3PAR con compatibilidad con vVols) y seleccionar las funciones necesarias para una política.
Cree una máquina virtual y, en el siguiente paso de configuración de almacenamiento, seleccione una política de almacenamiento VM. Se elige automáticamente una matriz de almacenamiento adecuada y se crean vVols para almacenar los datos de las máquinas virtuales.
Puede migrar discos de máquinas virtuales desde almacenes de datos VMFS, NFS y vSAN a almacenes de datos vVols con Storage vMotion. Puede gestionar VMware vVols en vSphere CLI.
Antes de pasar a utilizar vVols en lugar de los tradicionales almacenes de datos vMFS, asegúrese de que su software de backup es compatible con VMware vVols y puede hacer backups de máquinas virtuales almacenadas en vVols. VMware Virtual Volumes (vVols) es compatible con el software de backup que utiliza las API de vSphere para la protección de datos (VADP). NAKIVO Backup & Replication es compatible con VMware vVols para hacer backup de datos de VMware. Si despliega un proveedor VASA como appliance virtual (es decir, una VMware VM en un host ESXi), no olvide hacer backup de dicho proveedor. Sin el proveedor VASA, la estructura de vVols puede perderse. En la mayoría de los casos, puede utilizar las funciones de recuperación ante desastres o de alta disponibilidad para ejecutar un proveedor VASA en las vApps de los proveedores de almacenamiento.
Descargue la edición gratuita de NAKIVO Backup & Replication para tener acceso completo a las funciones y características de la edición Pro, incluidas las copias de seguridad y la recuperación de VMware. La edición gratuita de NAKIVO Backup & Replication incluye licencias para 10 equipos y es totalmente gratuita durante un año, así que no deje pasar esta oportunidad única.
Conclusión
VMware Virtual Volumes (vVols) es una función que proporciona un nuevo enfoque para el aprovisionamiento de recursos de almacenamiento para máquinas virtuales. Este enfoque ofrece más granularidad y un mayor nivel de automatización, que son útiles para entornos virtuales grandes y extragrandes con miles de máquinas virtuales. El concepto de vVols es que la unidad básica de gestión es una VM, no un almacén de datos o LUN.
Crear políticas que definan las características de las matrices de almacenamiento y seleccionar la política necesaria para aprovisionar el tipo de almacenamiento adecuado para una máquina virtual permite a los administradores evitar errores involuntarios y utilizar los recursos de hardware de forma más racional. Con las API de VMware (VASA, VAAI), las operaciones de almacenamiento como las instantáneas, la replicación, la clonación y el cifrado se descargan de los servidores ESXi a los sistemas de matriz de almacenamiento; sin embargo, la gestión del almacenamiento para las máquinas virtuales se realiza en vCenter.
Los puntos finales de protocolo proporcionan la interfaz unificada que ayuda a reducir el número de conexiones y elimina la necesidad de seleccionar entre almacenamiento compartido basado en bloques y basado en archivos cuando se aprovisiona almacenamiento para guardar archivos de máquinas virtuales. VMware vVols le acerca un paso más a la creación de un centro de datos definido por software.
