基于云计算数据高级存储技术VMFS的实现

陈立秀

摘   要：云计算平台数据中心有着大量的存储虚拟化技术，通过存储虚拟化技术可以解决很多实践问题。云平台由于服务器虚拟化架构上原先建立的数据存储容量缺乏对后期持续消耗的存储容量预测和评估，导致原有数据存储的容量不足，急需扩容。但扩容的重大前提是不允许数据存储中的虚拟机及相关镜像文件遭到任何破坏，而且要在虚拟机保持伺服的状态下进行“热”扩容，不允许虚拟机停机，可以通过对数据存储实施热扩容来解决这一问题。文章对此进行了分析。

关键词：云计算;虚拟化;存储;热扩容

1    VMware的VMFS文件系统

每种数据存储都必须要有文件系统，比如Windows有NTFS，Linux有ext3。然而VMware虚拟机文件系统（VMware Virtual Machine File System，VMFS）是VMWare公司在数据存储上针对虚拟机而优化的一种特殊高性能的文件格式，这种文件系统本身就是一种存储虚拟化的体现。数据存储加上VMFS之后，会屏蔽虚拟化存储设备的物理特性，VMFS具备的优势特性有以下几个方面。

首先，VMFS是专用于虚拟化群集的文件系统，而传统的NTFS和ext3都不是专用于虚拟化群集的文件系统。其次，VMFS提供了分布式锁定机制，这样就能保证多台主机共享同一个VMFS数据存储中的虚拟机时，虚拟机能安全地工作，防止不同主机为争夺虚拟机的所有权而导致损坏虚拟机的事件发生。如果当前有两台物理主机连接到共享存储，为该共享存储建立VMFS格式的数据存储。为实现虚拟机的热迁移、高可用性等高级功能，用户必须将虚拟机存储在VMFS数据存储中，此时这个数据存储是在主机A和主机B之间共享的。VMFS还有很多其他的优势特性，包括直接访问磁盘的稳定状态输入/输出（Input/Output，I/O）端口。这样就能保证在主机CPU占用率很高的情况下仍然实现高吞吐量的I/O。

与此同时，VMFS还支持扩容、副本管理、配置存储功能和存储策略。每个虚拟化厂商都有自己的文件格式，但无论如何其最终目标都是一致的，即屏蔽物理存储特性、保持逻辑特性、更好地支持虚拟机工作。

2    VMFS数据存储的扩容

无论是VMFS-3还是VMFS-5的数据存储都支持在不影响数据存储的使用前提下进行扩容，这种扩容是不间断的，不会引发数据存储中的虚拟机停机。一般而言，对VMFS数据存储扩容的方式有两种：（1）通过底层逻辑单元号（Logical Unit Number，LUN）剩余的容量直接扩容数据存储。（2）通过扩展分区来扩容VMFS数据存储。

如图1所示，假设当前主机通过FC-SAN，FCoE-SAN或者IP-SAN挂载了两个物理存储资源的管理LUN，LUN1的总空间是15 G，LUN2的总空间是10 G。首先，管理员在LUN1上建立了一个10 G的数据存储A，那么该数据存储A的容量就是10 G，如果某天发现数据存储A的容量不够了，管理员可以直接在LUN1上为数据存储A动态地扩展5 G的增量，以达到15 G的容量，这就是直接向数据存储扩展底层LUN的多余空间。但这有一个前提：LUN1有大于当前数据存储A的多余空间。如果LUN1上已经没有多余的存储空间，就只能采用向数据存储A增加扩展分区的方式来完成扩容。

3    实施VMFS数据存储并执行扩容与重命名

3.1  实施目标

（1）在15 G容量的LUN1之上建立一个10 G的数据存储。（2）使用LUN1剩余的5 G容量直接扩展数据存储。（3）使用10 G容量的LUN2作为扩展分区的方式来进一步扩展数据存储。（4）重命名数据存储，取证一个数据存储可以包括多个LUN。

3.2  实施背景

实施环境如图2所示，ESXi主机通过IP-SAN架构挂载了物理存储上的两个LUN分是LUN1（容量15 G），LUN2（容量10 G），然后基于LUN1建立一个10 G容量名为DataStore-IP-SAN的数据存储，采取使用LUN1剩余空间的方式直接扩展数据存储的容量，将原本10 G的数据存储扩展成15 G，再通过扩展分区的方式将LUN2（容量10 G）挂载到当前数据存储DataStore-IP-SAN上，最后，为数据存储重命名并取证一个数据存储包含两个LUN的事实。

3.3  实施步骤

第1步：通过在计算虚拟化部分所描述的连接IP-SAN共享存储设备以及建立数据存储的相关知识点，在LUN1上仅使用10 G的容量建立一个名为DataStore-IP-SAN的VMFS数据存储。

第2步：现在将使用LUN1上剩余5 G的容量将DataStore-IP-SAN数据存储的容量从10 G扩展到15 G，以完全使用LUN1的全部存储容量，具体操作如下：首先，通过导航到一台ESXi主机的“相关对象”选项卡下选中需要扩展容量的数据存储;其次，点击容量扩展按钮，接下来会彈出可以提供扩展容量的物理存储资源的管理单元，有两个可以用来扩展容量的LUN分别是LUN1和LUN2，当前请选择LUN1来直接扩展数据存储的容量。

在分区配置中选择“使用”可有空间5.00 GB“扩展数据存储”，大小增加量为5 GB，下一步在界面中会显示扩容的各项摘要信息，包括两项关键信息：当前扩容的增量5 G和扩容之后数据存储的总容量15 G，当然还包括其他的一些信息。当确认这些信息与配置无误后，点击“完成”，然后会看到扩容进度条，完成扩容之后，当前数据存储的容量为15 G，如果显示为14.75 GB，则只是一个计算单位的问题。

到此为止，完成了使用LUN1剩余空间直接扩展数据存储容量的实施演示，在这个扩展的过程中，存放在数据存储中的虚拟机无须停机来满足扩容。

第3步：需要对DataStore-IP-SAN数据存储进一步扩容，使其容量从15 G扩展至25 G，但是由于当前LUN1的存储容量已经耗尽，只能通过向数据存储新增扩展分区的方式来完成容量扩展，仍然是在“相关对象”下选择名为DataStore-IP-SAN的数据存储然后完成容量扩展，此时只有一个容量为10 G的LUN2可用于当前数据存储的容量扩展。

在“分区配置”中选择“使用所有可用分区”，然后在“大小增加量”中指定使用LUN2的全部存储容量10 G来完成数据存储的扩容，这个过程就是使用扩展分区的方式来完成数据存储的扩容。

完成上述配置之后，使用扩展分区扩展数据存储之后，数据存储的容量从原先的15 G扩展至25 G，其扩展的增量是10 G，因为扩展分区的大小为10 G（LUN2的总容量），确认无误之后点击“完成”，以完成使用扩展分区扩展数据存储的过程。

第4步：执行对数据存储的重命名操作，首先，定位到当前的数据存储DataStore-IP-SAN，然后右击鼠标，在弹出菜单中选择“重命名”，然后在要求为数据存储输入新名称的对话框中输入数据存储的新名称，如：DataStore-IP-SAN-25G，完成重命名。此时可以看到被重命名的数据存储DataStore-IP-SAN-25G。

第5步：取证一个数据存储可以包括多个LUN的过程，首先，导航到数据存储对象DataStore-IP-SAN-25;其次，在“管理”选项卡的“设置”栏中的“设备备用”中可以看到当前数据存储DataStore-IP-SAN-25 G包含了两个LUN，分别是15 G的LUN1和10 G的LUN2，此时可以把数据存储DataStore-IP-SAN-25 G看成是一个逻辑卷;最后，在该逻辑卷中包括两个数据分区，实际上也就是两个物理存储资源的管理单元LUN，这一切对用户而言是透明的，因为这两个LUN的存储容量被同一个数据存储所包含。

通过以上操作，实现了云计算数据中心高级存储技术VMFS的建立，通过建立数据存储，扩展数据存储，对数据存储进行重命名，达到一个数据存储可以包括多个LUN的效果。

[参考文献]

[1]池瑞楠，姚骏屏.虚拟化技术与应用[M].北京：高等教育出版社，2017.

[2]黑马程序员.Linux服務器配置与管理[M].北京：清华大学出版社，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