Was sind VMware Virtual Volumes (VVOLs) und welche Vorteile bieten sie?

Die mit vSphere 6.0 einge­führten Virtual Volumes (VVOLs) sind ein Frame­work zur Integration und zum Management von SAN- und NAS-Speicher. Es automa­tisiert die Zutei­lung von Speicher zu ein­zelnen VMs auf Basis von Policies und erlaubt so eine feinere Kontrolle von Storage-Ressourcen.

Vor der Einführung von VVOLs fand die Integration eines Storage-Arrays mit vSphere ausschließlich auf Ebene der Data­stores statt, indem diese auf Block­geräten mit VMwares Cluster-Dateisystem VMFS formatiert wurden.

Kein Dateisystem erforderlich

Mit VVOLs besteht jedoch keine Notwendigkeit mehr zum Anlegen eines Dateisystems auf dem Datastore-Objekt. Konkret erlauben VMware Virtual Volumes (VVols) eine entsprechende Granularität auf VM-Level, indem sie VM-Objekte 1:1 zu Speicher-Volumes zuordnen.

Die Vorteile von VVOLs gegenüber traditionelles LUN-Backed-Datastore sind somit immens. VVOLs unterstützen sowohl SAN- als auch NAS-Geräte, sind voll integriert mit vSphere und erlauben richtlinien­basiertes Speicher-Management auf Basis der VASA-Spezifikationen.

VVOLs kennen 5 verschiedene Arten von Objekten (Konfiguration bzw. Metadaten, Daten, Swap, Snapshot, Snapshot-Memory), wobei alle nativ direkt auf dem Array repräsentiert und gespeichert werden.

Welche Probleme lösen VVOLs?

Dieser Ansatz löst mehrere Probleme, die im Zusammen­hang mit klassischen Storage-Architekturen auftreten. Dazu zählt vor allem die begrenzte Anzahl an verfügbaren LUNs bzw. Pfade (512).

Diese Beschränkung wirkt sich unabhängig von der Kapazität des Backends auf die maximal speicherbare Zahl an VMs aus. Denn man sollte nicht mehr als 10 aktive VMs pro Datastore einplanen, um bei exzessivem Gebrauch von Snapshots Timeout- und Latenzprobleme zu vermeiden.

Daher muss man bei VMFS die Grenzwerte von n Hosts mal m Pfade im Storage-Design berücksichtigen, während bei der VVOL-Technologie Hunderte bis Tausende VVOL-Objekte nativ auf dem Backend im so genannten Storage Container existieren können.

Auch die I/O-Queue beschränkt bei klassischen VMFS-Datastores die Anzahl der pro Datastore möglichen virtuellen Maschinen. So besitzt ein ESXi-Server eine maximale Queue-Tiefe von 32 pro VMFS-Datastore.

Möchte man keine zusätzlichen Latenzen durch über­laufenden Warte­schlangen riskieren, dann begrenzen die durch­schnittliche Latenz sämtlicher I/Os sowie die Charakteristik der einzelnen Workloads die insgesamt verkraftbaren IOPS. Sie setzen damit auch ein Limit für die maximale Anzahl der VMs pro VMFS-Datastore. Sie kann sich bei einer sehr I/O-intensiven Anwendung wie einer Datenbank im schlimmsten Fall auch auf 1 reduzieren.

Die prinzipielle Funktionsweise von VVOLs illustriert obige Abbildung, wobei das Anlegen von Storage Containern, Protokoll Endpunkten (für SCSI oder NFS) und das Definieren von Richtlinien Sache des Storage-Administrators ist und mit der Software des Endgerätes erledigt werden muss.