VSAN

定义

VSAN 是运行在 ESXi 虚拟机管理程序内部的分布式软件层，功能是在不依赖外部共享阵列的前提下为虚拟机提供共享存储^[1]。它把集群中各主机的本地或直连容量设备汇总，形成在整个集群范围内共享的单一数据存储，并可按虚拟机与应用的性能要求划分使用^[4]。其名称中的 VSAN 指虚拟存储区域网络（Virtual Storage Area Network），与光纤通道 SAN 中的逻辑分区概念并不相同，后者是把一台阵列上的流量隔离到不同分区^[5]。

原理

VSAN 的基本单位是对象，虚拟机磁盘文件被切分为若干组件分布到不同主机的本地设备上，副本数量与校验方式由虚拟机存储策略决定^[6]。管理员只需为虚拟机指定策略，容量的放置、重建与策略合规检查由软件自动完成，这与传统的 LUN 加 RAID 组模型不同^[7]。

在早期原始存储架构（OSA）中，每台提供容量的主机至少要有一块缓存设备和一块容量设备，两者组成磁盘组，混合集群用闪存做缓存、磁盘做容量，全闪存集群则全部使用闪存^[3]。2022 年推出的 vSAN 8 引入 Express Storage Architecture（ESA），取消独立缓存层，所有声明的设备同时承担容量与性能，并采用新的日志结构化文件系统与对象格式^[8]。两种架构都以集群内主机间的 IP 网络传输存储流量，单站点集群往返延迟要求不超过 1 毫秒，延伸集群两个站点之间不超过 5 毫秒，站点与见证主机之间不超过 200 毫秒^[9]。

容错能力由策略中的“允许的故障数”属性决定，所需主机数按 2×FTT+1 计算；3 台主机、容错 1 的配置在损失一台主机后无法再重建数据，此时若再出故障，对象可能不可访问^[10]。跨机房场景可配置故障域或延伸集群，把两个站点各设为故障域，并在第三地点部署见证主机用于仲裁^[11]。

发展历程

VMware 在 2013 年的 VMworld 大会上首次公开 VSAN 测试版，当时将其定位为一种不同于虚拟存储设备的 SAN 方案^[12]。2014 年 3 月，商用版本随 vSphere 5.5 Update 1 发布，集群规模上限为 32 台主机，支持 2 至 4 份副本，以 SSD 作缓存并使用基于虚拟机的策略管理，该版本被称为 VSAN 1.0^[2][13]。

2015 年 3 月，随着 vSphere 6.0 推出，版本号改为与 vSphere 对齐的 VSAN 6.0，单集群主机数上限提高到 64 台^[14]。2016 年 2 月，VMware 公布 VSAN 6.2，这是第四代产品，面向全闪存加入去重与压缩、纠删码（RAID 5/RAID 6）和按虚拟机的服务质量控制，当时公布的企业版每处理器起售价为 2495 美元^[15]。同年 3 月该版本随 vSphere 6.0 Update 2 正式推出^[16]。

2017 年前后，6.6 版本的磁盘格式开始支持加密；7.0 及后续更新陆续加入压缩单开模式、传输中加密与 RDMA 支持^[17][10]。2022 年 9 月，VMware 在 Explore 大会上发布 vSAN 8，提出 ESA 新架构，与原有的 OSA 并存，ESA 仅适用于新部署，已有集群无法直接升级到 ESA^[8][18]。

应用

VSAN 主要服务于超融合基础架构，把计算、存储与网络资源建立在通用 x86 服务器上，VMware 将其与 vSphere、vCenter Server 一同视为超融合软件栈的组成部分^[15]。由于不需要独立共享阵列，它常被用于虚拟桌面、测试与开发、远程分支办公室以及灾备等场景^[5]。

在公有云与托管环境中，VSAN 也被用作软件定义的共享存储底座，例如 IBM Cloud 上的 VMware 软件定义数据中心即以它承载高可用存储^[19]。功能上，它支持 HA、vMotion、DRS 等依赖共享存储的特性，还提供文件服务、iSCSI 目标服务，使集群外的物理主机也能访问 vSAN 数据存储^[1]。

局限

标准 VSAN 集群至少需要 3 台提供容量的主机，全闪存配置与 ESA 配置均要求 10 Gbps 网络，混合配置的最低专用带宽为 1 Gbps^[9]。网络质量直接决定可用性，官方资料指出若丢包超过万分之零点一，性能会受到明显影响^[20]。

3 节点集群在容错数为 1 时，丢失一台主机后无法再重建副本，主机进入维护模式时也无法迁出全部数据维持策略合规^[10]。主机配置不一致会降低性能的可预测性，缓存设备较少或类型不同的主机会拖慢整体表现^[10]。此外，单台主机不能同时加入多个 VSAN 集群，也不支持 vSphere DPM、Storage I/O Control、RDM 与 VMFS 等特性^[9]。

数据效率功能有取舍：去重与压缩会带来 CPU 开销，其元数据最多占用数据存储约 5% 的容量，启用时还需按磁盘组重新格式化，运行中的业务可能出现性能下降^[21]。ESA 架构并不支持去重功能^[22]。早期部署不建议用于关键业务，其官方也承认当时不支持跨数据中心同步^[7]。

参见

• 超融合基础架构 —— VSAN 是这类架构中承担存储部分的软件组件。

• 软件定义存储 —— VSAN 属于该技术路线的代表产品之一。

• vSphere —— VSAN 内嵌于其 ESXi 管理程序，并与 vCenter 共同管理。

• 存储区域网络 —— 与被称作 VSAN 的传统 SAN 逻辑分区概念相区别的技术。

• ESXi —— VSAN 以分布式软件层形式运行于其内部。