www.net130.com 日期：2010-12-17 浏览次数：916
出处：TT中国
说到VMware vSphere的某些高级特性，比如VMotion、fault tolerance（容错）、high availability（高可用）以及VMware DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式资源调度）。vSphere的专利技术--“VMFS文件系统”——具有一种特殊的锁机制，允许多台物理主机连接到同一个共享的存储卷，其上的虚拟机也可以共享存储空间。不过，从传统的角度来说，实现共享存储卷意味着必须使用昂贵的光纤通道网络基础架构, 不过现在，iSCSI和NFS网络存储设备已经成为了一种更经济的选择。
在本文中，我们将为您介绍如何在vSphere环境中正确的安装、配置iSCSI存储，我们会对要点做相应的提示，并提供一些最佳实践供您参考。此外，我们在不同的配置环境下做了性能测试，通过比较这些测试结果，能够分析出各类配置对性能的影响。
VMware的流行促进了iSCSI的普及
第一个支持iSCSI网络存储的VMware版本是 ESX 3.0。它的内部集成了一个叫做initiatior（发起端）的客户端程序，通过局域网将SCSI命令发送到存储装置中的Target（目标端）SCSI设备。与光纤通道技术不同，iSCSI使用传统的网络元件和标准的TCP/IP协议，因此它不需要特殊的线缆和交换机设备。
目前iSCSI的initiator（发起端）可以是软件程序，也可以基于硬件。软件initiator 通过使用内建于VMkernel的设备驱动，利用网络适配器和以太网协议将数据写到远端的iSCSI Target（目标端）。因此软件initiator 的一些重要特征是：
使用以太网卡和本地VMkernel iSCSI堆栈
对于刀片服务器，或者扩展槽有限的服务器来说是一个好的选择
比硬件initiator便宜
CPU密集运算，因为协议的处理会增加CPU的开销
ESX server不支持基于软件initiator的boot（启动）模式；ESXi可以使用iSCSI Boot Firmware Table（iBFT）。
硬件initiator则使用专用的iSCSI HBA卡，它可以帮助服务器提升性能。它包括网络适配器、TCP/IP协议卸载引擎（TOE，TCP/IP offload engine）、以及SCSI总线控制器等组件。硬件initiator的特征包括：
I/O性能比软件initiator好
消耗更少的ESX server主机资源，特别是CPU资源
ESX server能够从硬件initiator启动
对于正在使用光纤通道存储的用户来说，iSCSI是个不错的替代方案，因为iSCSI不但可以降低部署成本，还可以保证良好的性能。vSphere目前已经能够支持10Gbps以太网协议，性能大大超过1Gbps以太网技术。当然，使用iSCSI也存在一个大的风险，如果采用的是软件initiator，难免会给CPU带来额外的开销，不过换成硬件initiator之后，这个问题就可以避免。使用硬件initiator还有一个好处就是可以将iSCSI数据流与其他网络流量完全隔离，而各种数据流的混合会让网络环境变得脆弱且容易波动。
出于优化vSphere的目的，VMware公司将软件iSCSI initiator的堆栈代码完全重写了一遍，就是为了更有效的利用CPU时钟周期。结果，与VMware的上一个版本Infrastructure 3相比，vSphere的效率和吞吐量明显提升。这个结果的实现主要是通过改进VMkernel的TCP/IP堆栈，优化相关缓存，以及通过提高内部锁的效率达成的。vSphere还增加了对双向CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）的支持，无论是initiator（发起端）还是Target（目标端）都需要经过相互的认证，这种认证机制提供了更好的安全保护。
在vSphere环境中，如何规划iSCSI的实施
在我们计划将iSCSI存储用于vSphere环境之前，必须做好几个决策。让我们先来看看iSCSI存储设备。
我们可以在vSphere环境中随心所欲的使用任何类型的iSCSI存储设备，因为主机端连接使用的是标准的网络适配器、标准的initiator以及通用的协议。但是我们必须注意两件事。首先，vSphere官方宣称支持的iSCSI存储设备仅限于某些厂商的特定型号（具体参见vSphere硬件兼容性指南），这就意味着如果我们打电话向VMware咨询一个与存储设备相关的问题，他有可能让我们去拨打存储供应商的支持电话。其次，我们需要注意的是，不同的iSCSI存储系统性能也有较大的差异。通常，对性能要求越高，所需的成本也越高。所以，针对虚拟机环境，我们要谨慎的选择iSCSI设备，确保它的性能能够满足应用程序对磁盘I/O的要求。
关于网络，也有一些需要注意的事项。如果要优化iSCSI的性能，最好创建一个独立的网络环境。这是为了确保iSCSI数据流不被其他网络流量干扰，同时对确保iSCSI的信息安全也有帮助。在虚拟机环境下，不能用100兆网卡承载iSCSI应用，那会非常的慢，甚至于完全不可用。所以，至少要用到千兆网络环境，如果预算充足的话，推荐使用万兆以太网。如果担心服务器资源开销过大，则可以考虑使用硬件initiator（TOE适配器），前提是确保我们选择的这个TOE适配器在VMware的硬件兼容列表中。如果我们使用了一个VMware不支持的TOE适配器，vSphere会将视其为一个标准的网卡，那也就无从发挥TOE的好处了。最后，如果为了获得最高的系统可用性而使用多路径的话，至少要用到两块网卡（不能是桥接或者多端口）分别连接到两台物理交换机，这一点与我们在光纤通道环境中配置多路径是一样的。
在vSphere环境中设置iSCSI
一旦建立起了iSCSI环境，我们就可以开始vSphere的设置。针对软件或硬件initiator，设置的方法会有所不同。我们先来看看软件initiator的设置。
基于软件initiator的设置：vSphere中内建的软件iSCSI initiator被当做一个存储适配器，要启用这个适配器，用户必须在一个vSwitch上（虚拟交换机）创建一个VMkernel端口组。vSphere凭借这个VMkernel接口与iSCSI目标端连接。所有主机与目标存储之间的网络流量都必经过虚拟交换机（vSwitch）上的这个VMkernel接口。每个vSwitch上的VMkernel接口数量可以大于一个。这个VMkernel接口也被用于VMotion、容错（fault-tolerance）日志传输以及连接NFS存储设备。当需要使用VMkernel接口做上面提到的多种用途时，我们强烈建议用户为iSCSI连接创建一个独立的vSwitch，并使用专用的VMkernel接口；而且还应该将两个物理网卡同时绑定到这个vSwitch上，以便保证容错性或实施多路径配置。如果环境中同时拥有多个网卡和多个VMkernel接口，那么应该确保iSCSI VMkernel接口被绑定在正确的那个网卡上。更多信息可参考VMware的iSCSI SAN配置指南。
在设置了vSwitch和VMkernel接口之后，我们就可以配置软件iSCSI适配器了。在vSphere客户端界面选择“配置/存储适配器”，会看到“软件iSCSI适配器”显示出来，选择它，并点击属性配置。在总标签栏（General tab）下，我们可以启用适配器，并配置CHAP认证（强烈建议做CHAP配置）。在动态搜索（Dynamic Discovery tab）标签栏下，我们可以通过添加目标设备的IP地址自动搜索iSCSI目标端设备；另一个方法是通过在静态搜索栏（Static Discovery tab）下，手动输入目标设备的名字，输入这些信息之后，返回到存储适配器的界面，然后点击“重新扫描”按钮进行设备搜索，即可找到我们需要的iSCSI目标端设备。
基于硬件initiator的设置：这个过程与设置软件initiator相似，只是不需要使用VMkernel网络，所以有些步骤可以跳过。TOE适配器是一个特殊的网络适配器，但它却可以在存储适配器界面显示。选择该适配器，单击并设置属性。在这里，属性的设置原则跟软件initiator类似，通过在总标签栏（General tab）、动态搜索（Dynamic Discovery tab）标签栏、静态搜索栏（Static Discovery tab）中输入恰当的信息。需要注意的是，在总标签栏中，我们还需要为TOE适配器分配一个固定的IP地址，因为此时TOE设备并不依赖VMkernel网络。
在设置好initiator之后，应该可以顺利搜索到目标iSCSI存储设备，然后以VMFS卷的格式将其映射给前端主机。具体步骤是选择一个主机，点选“设置标签栏”，然后选择存储，点击“添加存储”之后进入一个向导界面，磁盘类型选择“Disk/LUN”,表示这是一个基于块的存储设备。（如果使用基于网络文件系统的存储设备，则选择添加“NFS磁盘存储设备“）。进入下一个界面，在可用设备列表中选择所需的iSCSI目标端设备，为其添加一个卷名，然后设定块的大小。这个过程走完，我们就完成了新VMFS数据卷的创建，可以随时使用了。
vSphere环境使用iSCSI存储的最佳实践
一旦完成了iSCSI磁盘设备的配置，虚拟机就可以使用它们了。下面罗列的一些关于iSCSI存储系统的最佳实践，有助于我们在使用过程中获得最佳的性能和可用性。
iSCSI存储系统的性能表现与网络的健康程度和利用率密切相关，为了追求最佳的效果，准备一个独立的网络环境，完全隔离iSCSI数据流是必要的。
每台ESX server主机只能配置一个软件initiator。为iSCSI连接配置vSwitch时，可以利用多个物理网络端口形成冗余结构。如果想正确的配置多路径，还要确保VMkernel接口与vSwithc中的网络端口有正确的绑定关系。
确保iSCSI vSwitch的网络端口与一个独立的网络交换机连接，以降低网络单点故障所带来的影响。
vSphere支持存储协议中使用jumbo frames（巨帧），但是jumbo frames的优势只在一些非常特殊的环境中才能发挥出来，比如I / O的尺寸非常大的数据流。此外，后端的存储系统必须能够处理较大的吞吐量，比如RAID组中磁盘的数量大于等于15个，否则我们将看不到任何效果。如果I / O尺寸太小或者磁盘数量不够，那么使用jumbo frames的效果会很差，甚至感觉不到任何性能的提升。在某些环境下，jumbo frames还可能会造成性能的衰减，所以在启用jumbo frames之前和之后做两次性能测试，比较jumbo frames产生的影响是必要的。还有一个需要注意的问题是，整个连接环节中，每一个端到端的组件都必须支持并且打开jumbo frames功能，包括物理网络端口和网络交换机、vSwitch（虚拟交换机）、VMkernel端口、以及iSCSI目标端。其中任何一个环节没有设置jumbo frames，jumbo frames都不会起作用。
使用最新的Paravirtual SCSI总线控制器（PVSCSI）作为虚拟机的磁盘控制器，可以带来最大的吞吐带宽和性能，超过传统上常用的标准LSI Logic以及BusLogic总线控制器。如果I/O的压力很小，那么LSI Logic总线控制器是最佳选择。
设置高级多路径（advanced multipathing）功能可以获得更好的性能，进入iSCSI存储卷的属性界面，点击路径管理，就可以配置路径的选择策略，多路径驱动既可以是VMware自带的，也可以是第三方多路径插件。当使用软件initiator的时候，我们可以在一个vSwitch虚拟交换机上创建两个VMkernel接口，并各分配一个物理网络端口，一个是Active状态，另一个是Unused状态；使用命令“esxcli”将一个VMkernel端口绑定到第一个网络端口，另一个VMkernel端口绑定到第二个网络端口上。用“循环使用（Round Robin）”的路径切换策略代替“修复/最近使用（Fixed or Most Recently Used (MRU)）”策略，通常会获得更好的性能。不过，如果虚拟机上运行的是MSCS（Microsoft Cluster Server），则要避免使用“循环策略（Round Robin）”。