VMWare vSAN 8 ESA （Express Storage Architecture，快速存储架构）简介

2022 年 8 月底，VMware 正式发布了 vSAN 8 这个里程碑性质的版本。

在 vSAN 8 中，引入了“快速存储架构（Express Storage Architecture）”，这为 vSAN 用户提供了一种可选替代架构，目标是以全新级别的效率、可扩展性和性能来处理和存储数据。

较为值得注意的是，ESA 架构中，不再使用“DiskGroup 盘组”的概念，而是使用“Storage Pool 存储池”，主机中所有符合要求的存储设备不再被分为不同的“组”，不再被分为“缓存层”和“容量层”。

同时，vSAN 原有的基于盘组的架构仍然保留，作为可选的 vSAN 方案之一，它现在被称为 OSA（Original Storage Architecture）。

ESA的特点：

• 启用 ESA 的集群每台主机上，必须使用至少 4 块高性能、耐用的 TLC NVMe 存储盘。之所以选择NVMe，是因为它们能够提供一致的性能、低延迟和减少存储处理所需的 CPU，由于闪存技术的进步，闪存价格也下降了，一般来说，磁介质盘不再是性能提升的瓶颈，真正需要高性能的场景，一定会用基于闪存的存储设备。因此通过高速缓存盘对低速磁盘进行加速，不是 ESA 需要解决的主要问题，ESA 不考虑对于混合盘配置的支持。
• 精简了主机内部的存储设备层次、消除了原有缓存盘的单点故障（需要更高的硬件配置和软件许可，成本提高）。
• 不是任何主机配备了 TLC NVMe 存储盘都可以启用 ESA，这个主机必须是 “vSAN 就绪节点”（vSAN ReadyNodesTM：经过 VMware 验证的、符合 vSAN 部署要求的服务器整机产品，组件配置相对固定，用户不可自行更改，提供多种服务器品牌和配置组合供选择。）。
• “每个node的配置一致”是 “vSAN ReadyNodesTM” 的强制要求，也就是说没有提供 “组件异构” 或 “节点异构” 的选项。
• 网络上，25Gbps 将是对主机网络的最低要求。
• 需要 vSAN Advanced 或 vSAN Enterprise 许可，才能使用 ESA；vSAN Standard 许可只能使用 OSA。

在创建新的 vSAN ESA 集群时，预检查流程将确保客户使用经过批准的硬件，检查内容包括：是否与 vLCM 配置兼容、最低物理网卡速度、主机的物理内存和磁盘类型。

全闪”取代“混闪”

首先，采用高速闪存的存储设备越来越普及，能够负担全闪存储价格的用户也越来越多，在大量需要高速读 / 写的应用场景中，直接通过全闪配置就可以满足性能的要求。因此，VMware 认为使用 SSD 作为 HDD 加速杠杆的做法可以不再保留。

减少数据的存储量

推广并普及基于纠删码（Erasure Coding）的数据高可用方法和数据压缩。这两种技术可以减少原始数据在存储设备上占用的空间，从而减少昂贵的闪存盘的数量。

进一步为 RAID-5/6 提速

用户对 RAID-5/6 的普遍担心是写性能的下降。RAID-5/6 对写性能的影响主要有两点：一是使用纠删码计算校验块（Parity），需要消耗更多的 CPU 计算周期，二是写入操作会引入额外的读 / 写操作（I/O 放大）。vSAN 8 ESA 中，先接收来自客户机的写入数据，对这些数据以 4KB 块为单位进行压缩，“数据压缩”现在也作为 ESA 中默认开启的选项，新改进的压缩算法的速度和压缩效率更高——这减少了对存储容量的需求，也减少了使用纠删码计算校验块所需的 CPU 周期。VMware 要求只能在全闪配置的 vSAN 集群上才能启用 RAID-5/6。这种配置下，读操作可以不经过缓存盘，直接从容量盘读取，除非被读取的数据正好就是缓存盘上的写缓冲内容。vSAN 7 及以前的版本中，就是以这种方式来避免校验块计算可能引入 I/O 的放大。

vSAN 8 ESA 中引入了新的日志结构化文件系统（LFS）和优化的日志结构化对象管理器。LFS 将压缩后的数据块与元数据打包，并使用镜像（Mirroring / RAID-1）方式将这些数据 / 副本和对应的日志写入到不同主机的闪存盘上。临时存储这些数据的区域被称为“性能分支（Performance Leg）”，它不独占某个特定的闪存盘，而是分布在每个闪存盘上。这个过程，由于不需要计算校验块，写入速度会很快，客户机可以在最短时间内获得写确认，表现出整体写性能的提升。

暂时存放在“性能分支”的数据，会被整合为更大的数据块，计算校验块之后，再写入“容量分支（Capacity Leg）”。这次写入发生在后台，发起写入请求的客户机（虚拟机）早已收到了写确认，不会感受到其中的延迟。