基于云計算數據高級存儲技術VMFS的實現

陳立秀

摘? ?要：云計算平臺數據中心有著大量的存儲虛擬化技術，通過存儲虛擬化技術可以解決很多實踐問題。云平臺由于服務器虛擬化架構上原先建立的數據存儲容量缺乏對后期持續消耗的存儲容量預測和評估，導致原有數據存儲的容量不足，急需擴容。但擴容的重大前提是不允許數據存儲中的虛擬機及相關鏡像文件遭到任何破壞，而且要在虛擬機保持伺服的狀態下進行“熱”擴容，不允許虛擬機停機，可以通過對數據存儲實施熱擴容來解決這一問題。文章對此進行了分析。

關鍵詞：云計算;虛擬化;存儲;熱擴容

1? ? VMware的VMFS文件系統

每種數據存儲都必須要有文件系統，比如Windows有NTFS，Linux有ext3。然而VMware虛擬機文件系統（VMware Virtual Machine File System，VMFS）是VMWare公司在數據存儲上針對虛擬機而優化的一種特殊高性能的文件格式，這種文件系統本身就是一種存儲虛擬化的體現。數據存儲加上VMFS之后，會屏蔽虛擬化存儲設備的物理特性，VMFS具備的優勢特性有以下幾個方面。

首先，VMFS是專用于虛擬化群集的文件系統，而傳統的NTFS和ext3都不是專用于虛擬化群集的文件系統。其次，VMFS提供了分布式鎖定機制，這樣就能保證多臺主機共享同一個VMFS數據存儲中的虛擬機時，虛擬機能安全地工作，防止不同主機為爭奪虛擬機的所有權而導致損壞虛擬機的事件發生。如果當前有兩臺物理主機連接到共享存儲，為該共享存儲建立VMFS格式的數據存儲。為實現虛擬機的熱遷移、高可用性等高級功能，用戶必須將虛擬機存儲在VMFS數據存儲中，此時這個數據存儲是在主機A和主機B之間共享的。VMFS還有很多其他的優勢特性，包括直接訪問磁盤的穩定狀態輸入/輸出（Input/Output，I/O）端口。這樣就能保證在主機CPU占用率很高的情況下仍然實現高吞吐量的I/O。

與此同時，VMFS還支持擴容、副本管理、配置存儲功能和存儲策略。每個虛擬化廠商都有自己的文件格式，但無論如何其最終目標都是一致的，即屏蔽物理存儲特性、保持邏輯特性、更好地支持虛擬機工作。

2? ? VMFS數據存儲的擴容

無論是VMFS-3還是VMFS-5的數據存儲都支持在不影響數據存儲的使用前提下進行擴容，這種擴容是不間斷的，不會引發數據存儲中的虛擬機停機。一般而言，對VMFS數據存儲擴容的方式有兩種：（1）通過底層邏輯單元號（Logical Unit Number，LUN）剩余的容量直接擴容數據存儲。（2）通過擴展分區來擴容VMFS數據存儲。

如圖1所示，假設當前主機通過FC-SAN，FCoE-SAN或者IP-SAN掛載了兩個物理存儲資源的管理LUN，LUN1的總空間是15 G，LUN2的總空間是10 G。首先，管理員在LUN1上建立了一個10 G的數據存儲A，那么該數據存儲A的容量就是10 G，如果某天發現數據存儲A的容量不夠了，管理員可以直接在LUN1上為數據存儲A動態地擴展5 G的增量，以達到15 G的容量，這就是直接向數據存儲擴展底層LUN的多余空間。但這有一個前提：LUN1有大于當前數據存儲A的多余空間。如果LUN1上已經沒有多余的存儲空間，就只能采用向數據存儲A增加擴展分區的方式來完成擴容。

3? ? 實施VMFS數據存儲并執行擴容與重命名

3.1? 實施目標

（1）在15 G容量的LUN1之上建立一個10 G的數據存儲。（2）使用LUN1剩余的5 G容量直接擴展數據存儲。（3）使用10 G容量的LUN2作為擴展分區的方式來進一步擴展數據存儲。（4）重命名數據存儲，取證一個數據存儲可以包括多個LUN。

3.2? 實施背景

實施環境如圖2所示，ESXi主機通過IP-SAN架構掛載了物理存儲上的兩個LUN分是LUN1（容量15 G），LUN2（容量10 G），然后基于LUN1建立一個10 G容量名為DataStore-IP-SAN的數據存儲，采取使用LUN1剩余空間的方式直接擴展數據存儲的容量，將原本10 G的數據存儲擴展成15 G，再通過擴展分區的方式將LUN2（容量10 G）掛載到當前數據存儲DataStore-IP-SAN上，最后，為數據存儲重命名并取證一個數據存儲包含兩個LUN的事實。

3.3? 實施步驟

第1步：通過在計算虛擬化部分所描述的連接IP-SAN共享存儲設備以及建立數據存儲的相關知識點，在LUN1上僅使用10 G的容量建立一個名為DataStore-IP-SAN的VMFS數據存儲。

第2步：現在將使用LUN1上剩余5 G的容量將DataStore-IP-SAN數據存儲的容量從10 G擴展到15 G，以完全使用LUN1的全部存儲容量，具體操作如下：首先，通過導航到一臺ESXi主機的“相關對象”選項卡下選中需要擴展容量的數據存儲;其次，點擊容量擴展按鈕，接下來會彈出可以提供擴展容量的物理存儲資源的管理單元，有兩個可以用來擴展容量的LUN分別是LUN1和LUN2，當前請選擇LUN1來直接擴展數據存儲的容量。

在分區配置中選擇“使用”可有空間5.00 GB“擴展數據存儲”，大小增加量為5 GB，下一步在界面中會顯示擴容的各項摘要信息，包括兩項關鍵信息：當前擴容的增量5 G和擴容之后數據存儲的總容量15 G，當然還包括其他的一些信息。當確認這些信息與配置無誤后，點擊“完成”，然后會看到擴容進度條，完成擴容之后，當前數據存儲的容量為15 G，如果顯示為14.75 GB，則只是一個計算單位的問題。

到此為止，完成了使用LUN1剩余空間直接擴展數據存儲容量的實施演示，在這個擴展的過程中，存放在數據存儲中的虛擬機無須停機來滿足擴容。

第3步：需要對DataStore-IP-SAN數據存儲進一步擴容，使其容量從15 G擴展至25 G，但是由于當前LUN1的存儲容量已經耗盡，只能通過向數據存儲新增擴展分區的方式來完成容量擴展，仍然是在“相關對象”下選擇名為DataStore-IP-SAN的數據存儲然后完成容量擴展，此時只有一個容量為10 G的LUN2可用于當前數據存儲的容量擴展。

在“分區配置”中選擇“使用所有可用分區”，然后在“大小增加量”中指定使用LUN2的全部存儲容量10 G來完成數據存儲的擴容，這個過程就是使用擴展分區的方式來完成數據存儲的擴容。

完成上述配置之后，使用擴展分區擴展數據存儲之后，數據存儲的容量從原先的15 G擴展至25 G，其擴展的增量是10 G，因為擴展分區的大小為10 G（LUN2的總容量），確認無誤之后點擊“完成”，以完成使用擴展分區擴展數據存儲的過程。

第4步：執行對數據存儲的重命名操作，首先，定位到當前的數據存儲DataStore-IP-SAN，然后右擊鼠標，在彈出菜單中選擇“重命名”，然后在要求為數據存儲輸入新名稱的對話框中輸入數據存儲的新名稱，如：DataStore-IP-SAN-25G，完成重命名。此時可以看到被重命名的數據存儲DataStore-IP-SAN-25G。

第5步：取證一個數據存儲可以包括多個LUN的過程，首先，導航到數據存儲對象DataStore-IP-SAN-25;其次，在“管理”選項卡的“設置”欄中的“設備備用”中可以看到當前數據存儲DataStore-IP-SAN-25 G包含了兩個LUN，分別是15 G的LUN1和10 G的LUN2，此時可以把數據存儲DataStore-IP-SAN-25 G看成是一個邏輯卷;最后，在該邏輯卷中包括兩個數據分區，實際上也就是兩個物理存儲資源的管理單元LUN，這一切對用戶而言是透明的，因為這兩個LUN的存儲容量被同一個數據存儲所包含。

通過以上操作，實現了云計算數據中心高級存儲技術VMFS的建立，通過建立數據存儲，擴展數據存儲，對數據存儲進行重命名，達到一個數據存儲可以包括多個LUN的效果。

[參考文獻]

[1]池瑞楠，姚駿屏.虛擬化技術與應用[M].北京：高等教育出版社，2017.

[2]黑馬程序員.Linux服務器配置與管理[M].北京：清華大學出版社，2017.

Abstract：There are a lot of storage virtualization technologies in the data center of cloud computing platform， and many practical problems can be solved by storage virtualization technology. In the cloud platform， due to the lack of prediction and evaluation of the storage capacity of the original data storage capacity in the server virtualization architecture， the capacity of the original data storage is insufficient， and the capacity of the original data storage is in urgent need of expansion. However， the major premise of capacity expansion is that virtual machines and related mirror files in data storage are not allowed to be damaged， and “hot” expansion should be carried out while the virtual machines are kept servo， and virtual machines are not allowed to stop. In order to solve this problem， thermal expansion of data storage can be carried out. This paper analyses it.

Key words：cloud computing; virtualization; storage; thermal expansion