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ONTAP ist seit über zwei Jahrzehnten eine der führenden Storage-Lösungen für VMware vSphere Umgebungen und wird kontinuierlich mit innovativen Funktionen erweitert, die nicht nur zur Vereinfachung des Managements, sondern auch zu Kostensenkungen beitragen.

Dieses Dokument behandelt die ONTAP Funktionen für VMware vSphere Virtual Volumes (VVols), einschließlich der neuesten Produktinformationen und Anwendungsfälle sowie Best Practices und andere Informationen, um die Implementierung zu optimieren und Fehler zu reduzieren.

Hinweis Diese Dokumentation ersetzt zuvor veröffentlichte technische Berichte TR-4400: VMware vSphere Virtual Volumes (VVols) durch ONTAP

Andere Dokumente wie Leitfäden und Kompatibilitätslisten werden durch Best Practices ergänzt. Sie werden basierend auf Labortests und umfassenden praktischen Erfahrungen der NetApp Ingenieure und Kunden entwickelt. Es handelt sich hierbei unter Umständen nicht nur um geeignete oder unterstützte Praktiken, sondern im Allgemeinen um die einfachsten Lösungen, die die Anforderungen der meisten Kunden erfüllen.

Tipp Dieses Dokument wurde mit neuen VVols-Funktionen aus vSphere 8.0 Update 1 aktualisiert, die von der Version 9.12 der ONTAP Tools unterstützt werden.

Virtual Volumes (VVols) – Übersicht

NetApp begann 2012 die Zusammenarbeit mit VMware zur Unterstützung von vSphere APIs for Storage Awareness (VASA) für vSphere 5. Dieser frühe VASA Provider ermöglichte die Definition von Storage-Funktionen in einem Profil, das zur Filterung von Datastores bei der Bereitstellung und zur Überprüfung der Einhaltung der Richtlinie anschließend verwendet werden konnte. Im Laufe der Zeit wurden neue Funktionen hinzugefügt, um eine stärkere Automatisierung der Bereitstellung zu ermöglichen. Zudem wurden Virtual Volumes oder VVols hinzugefügt, bei denen individuelle Storage-Objekte für Dateien von Virtual Machines und Virtual Disks verwendet werden. Zu diesen Objekten gehören LUNs, Dateien und jetzt auch vSphere 8. NVMe namespaces.NetApp arbeitete eng mit VMware als Referenzpartner für VVols zusammen, die im Jahr 2015 für vSphere 6 veröffentlicht wurden, und erneut als Design-Partner für VVols, die NVMe over Fabrics in vSphere 8 verwenden. NetApp erweitert VVols kontinuierlich, um die Vorteile der neuesten Funktionen von ONTAP zu nutzen.

Es gibt mehrere Komponenten, die zu beachten sind:

VASA Provider

Dies ist die Softwarekomponente, die die Kommunikation zwischen VMware vSphere und dem Speichersystem übernimmt. Bei ONTAP wird VASA Provider in einer Appliance ausgeführt, bekannt als ONTAP Tools für VMware vSphere (kurz ONTAP Tools). Die ONTAP Tools enthalten außerdem ein vCenter Plug-in, einen Storage Replication Adapter (SRA) für VMware Site Recovery Manager und REST-API-Server zum Erstellen Ihrer eigenen Automatisierung. Sobald ONTAP Tools bei vCenter konfiguriert und registriert sind, besteht kaum noch Bedarf für eine direkte Interaktion mit dem ONTAP System, da sich Ihre Storage-Anforderungen nahezu vollständig über die vCenter UI oder ÜBER REST-API-Automatisierung managen lassen.

Protokollendpunkt (PE)

Der Protokollendpunkt ist ein Proxy für I/O zwischen den ESXi Hosts und dem VVols Datastore. ONTAP VASA Provider erstellt diese automatisch, entweder eine Protokollendpunkt-LUN (4 MB Größe) pro FlexVol Volume des VVols Datastores oder ein NFS-Bereitstellungspunkt pro NFS-Schnittstelle (LIF) auf dem Storage-Node, der ein FlexVol Volume im Datastore hostet. Der ESXi-Host mountet diese Protokollendpunkte direkt statt einzelner vVol-LUNs und Dateien mit virtuellen Laufwerken. Die Protokollendpunkte müssen nicht verwaltet werden, da sie vom VASA Provider zusammen mit den erforderlichen Schnittstellengruppen oder Exportrichtlinien automatisch erstellt, gemountet, unmountet und gelöscht werden.

Virtual Protocol Endpoint (VPE)

Neu in vSphere 8 ist bei Verwendung von NVMe over Fabrics (NVMe-of) mit VVols, das Konzept eines Protokollendpunkts in ONTAP nicht mehr relevant. Stattdessen wird ein virtueller PE automatisch vom ESXi-Host für jede ANA-Gruppe instanziiert, sobald die erste VM eingeschaltet ist. ONTAP erstellt automatisch ANA-Gruppen für jedes vom Datenspeicher verwendete FlexVol Volume.

Ein weiterer Vorteil bei der Nutzung von NVMe-of für VVols besteht darin, dass vom VASA Provider keine Bind-Anfragen erforderlich sind. Stattdessen verarbeitet der ESXi-Host die vVol-Bindungsfunktion intern basierend auf dem VPE. Dies verringert die Möglichkeit, dass ein vVol BIND-Ansturm den Service beeinträchtigt.

Weitere Informationen finden Sie unter "NVMe und Virtual Volumes" Ein "VMware.com"

Datastore des virtuellen Volumes

Der Virtual Volume Datastore ist eine logische Datastore-Darstellung eines VVols-Containers, der von einem VASA Provider erstellt und gemanagt wird. Der Container ist ein Pool an Storage-Kapazität, der aus den vom VASA Provider gemanagten Storage-Systemen bereitgestellt wird. ONTAP Tools unterstützen die Zuweisung mehrerer FlexVol Volumes (auch als Backup Volumes bezeichnet) einem einzelnen VVols-Datastore. Diese VVols Datastores können über mehrere Nodes in einem ONTAP Cluster verteilt werden. Dabei werden Flash- und Hybrid-Systeme mit unterschiedlichen Funktionen kombiniert. Der Administrator kann neue FlexVol Volumes mithilfe des Bereitstellungsassistenten oder DER REST-API erstellen oder vorab erstellte FlexVol Volumes für die Storage-Sicherung auswählen, sofern diese verfügbar sind.

Virtual Volumes (VVols)

VVols sind die Dateien und Festplatten der Virtual Machines, die tatsächlich im VVols Datastore gespeichert sind. Der Begriff vVol (Singular) bezieht sich auf eine einzelne spezifische Datei, LUN oder Namespace. ONTAP erstellt NVMe-Namespaces, LUNs oder Dateien, je nachdem, welches Protokoll der Datastore verwendet. Es gibt mehrere unterschiedliche Typen von VVols. Die gängigsten sind Konfiguration (Metadatendateien), Daten (virtuelle Festplatte oder VMDK) und Swap (das beim Einschalten der VM erstellt wird). VVols, die durch die Verschlüsselung von VMware VM geschützt sind, haben einen anderen Typ. Die VMware VM-Verschlüsselung sollte nicht mit der ONTAP-Volume- oder Aggregatverschlüsselung verwechselt werden.

Richtlinienbasiertes Management

VMware vSphere APIs for Storage Awareness (VASA) erleichtern es VM-Administratoren, alle erforderlichen Storage-Funktionen zu nutzen, um VMs bereitzustellen, ohne mit ihrem Storage-Team interagieren zu müssen. Vor VASA konnten VM-Administratoren VM-Storage-Richtlinien definieren, mussten dann aber gemeinsam mit ihren Storage-Administratoren geeignete Datastores ermitteln – oft anhand der Dokumentation oder von Namenskonventionen. Mit VASA können vCenter Administratoren mit den entsprechenden Berechtigungen eine Reihe von Storage-Funktionen definieren, mit denen vCenter Benutzer dann VMs bereitstellen können. Durch die Zuordnung zwischen VM-Storage-Richtlinie und Datastore-Storage-Funktionsprofil kann in vCenter eine Liste kompatibler Datastores zur Auswahl angezeigt werden. Außerdem können andere Technologien wie Aria (ehemals vRealize) Automation oder Tanzu Kubernetes Grid aktiviert werden, um automatisch Storage aus einer zugewiesenen Richtlinie auszuwählen. Dieser Ansatz wird als richtlinienbasiertes Storage-Management bezeichnet. Während Storage-Funktionsprofile und -Richtlinien auch bei herkömmlichen Datastores verwendet werden können, konzentrieren wir uns hier auf VVols Datastores.

Es gibt zwei Elemente:

Storage Capability Profile (SCP)

Ein Storage-Funktionsprofil (Storage Capability Profile, SCP) ist eine Form von Storage-Vorlage. Damit können vCenter Administratoren festlegen, welche Storage-Funktionen benötigt werden, ohne dass ein Verständnis für das Management dieser Funktionen in ONTAP erforderlich ist. Mit Hilfe einer Vorlage können Administratoren problemlos Storage-Services auf konsistente und vorhersehbare Weise bereitstellen. Zu den in einem SCP beschriebenen Funktionen zählen Performance, Protokolle, Storage-Effizienz und weitere Funktionen. Die spezifischen Funktionen sind je nach Version unterschiedlich. Sie werden mit dem Menü ONTAP Tools für VMware vSphere in der vCenter UI erstellt. SIE können AUCH REST-APIs zum Erstellen von SCPs verwenden. Sie können manuell durch Auswahl einzelner Funktionen erstellt oder automatisch aus vorhandenen (herkömmlichen) Datenspeichern generiert werden.

VM-Speicherrichtlinie

VM Storage-Richtlinien werden in vCenter unter Richtlinien und Profile erstellt. Erstellen Sie für VVols mithilfe von Regeln des NetApp VVols Storage-Typ-Providers ein Regelwerk. ONTAP Tools bietet einen vereinfachten Ansatz, da Sie ein SCP einfach auswählen können, anstatt Sie zur Angabe einzelner Regeln zu zwingen.

Wie oben erwähnt, kann die Verwendung von Richtlinien zur Vereinfachung der Bereitstellung von Volumes beitragen. Wählen Sie einfach eine entsprechende Richtlinie aus. VASA Provider zeigt VVols-Datastores an, die diese Richtlinie unterstützen, und platziert das vVol in einem individuellen, konformen FlexVol Volume (Abbildung 1).

Bereitstellung der VM mithilfe der Storage-Richtlinie

Implementierung einer Virtual Machine mithilfe der Storage-Richtlinie

Sobald eine VM bereitgestellt ist, prüft der VASA Provider weiterhin die Compliance und alarmiert den VM-Administrator mit einem Alarm in vCenter, wenn das Backup-Volume nicht mehr mit der Richtlinie konform ist (Abbildung 2).

Einhaltung von VM-Storage-Richtlinien

Einhaltung der Virtual Machine Storage-Richtlinien

NetApp VVols Unterstützung

ONTAP unterstützt die VASA Spezifikation seit ihrer ersten Version im Jahr 2012. Während andere NetApp Storage-Systeme VASA unterstützen, konzentriert sich dieses Dokument auf die derzeit unterstützten Versionen von ONTAP 9.

ONTAP

Neben ONTAP 9 auf AFF, ASA und FAS Systemen unterstützt NetApp VMware-Workloads auf ONTAP Select, Amazon FSX for NetApp mit VMware Cloud on AWS, Azure NetApp Files mit der Azure VMware Lösung, Cloud Volumes Service mit Google Cloud VMware Engine und NetApp Private Storage in Equinix, die spezifische Funktionalität kann jedoch je nach Dienstanbieter und verfügbarer Netzwerkverbindung variieren. Es ist auch möglich, von vSphere Gasts auf Daten zuzugreifen, die in diesen Konfigurationen sowie auf Cloud Volumes ONTAP gespeichert sind.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung sind Hyperscaler-Umgebungen nur auf herkömmliche NFS v3-Datastores beschränkt. Daher sind VVols nur mit lokalen ONTAP Systemen oder Cloud-vernetzten Systemen verfügbar, die die gesamten Funktionen von On-Premises-Systemen bereitstellen, z. B. von NetApp Partnern und Service-Providern auf der ganzen Welt.

Weitere Informationen zu ONTAP finden Sie unter "ONTAP Produktdokumentation"

Weitere Informationen zu den Best Practices von ONTAP und VMware vSphere finden Sie unter "TR-4597"

Vorteile der Verwendung von VVols mit ONTAP

Als VMware 2015 die VVols-Unterstützung mit VASA 2.0 einführte, bezeichnete das Unternehmen das System als „ein Integrations- und Management-Framework zur Bereitstellung eines neuen Betriebsmodells für externen Storage (SAN/NAS)“. Dieses Betriebsmodell bietet zusammen mit ONTAP Storage mehrere Vorteile.

Richtlinienbasiertes Management

Wie in Abschnitt 1.2 beschrieben, ermöglicht richtlinienbasiertes Management die Bereitstellung und das Management von VMs anhand von vordefinierten Richtlinien. Dies bietet verschiedene Vorteile FÜR IT-Abläufe:

  • Beschleunigung. durch ONTAP Tools muss der vCenter Administrator keine Tickets mehr für die Storage-Bereitstellung beim Storage Team öffnen. ONTAP-Tools RBAC-Rollen in vCenter und im ONTAP System ermöglichen jedoch unabhängigen Teams (z. B. Storage-Teams) oder unabhängigen Aktivitäten desselben Teams, indem bei Bedarf der Zugriff auf bestimmte Funktionen eingeschränkt wird.

  • Intelligentere Bereitstellung. die Funktionen des Storage-Systems können über die VASA APIs zugänglich gemacht werden. So können Workflows für die Bereitstellung von erweiterten Funktionen profitieren, ohne dass der VM-Administrator ein Verständnis für das Management des Storage-Systems benötigt.

  • Schnellere Bereitstellung. verschiedene Storage-Funktionen können in einem einzelnen Datastore unterstützt und anhand der VM-Richtlinie automatisch für eine VM ausgewählt werden.

  • Vermeiden von Fehlern. Storage- und VM-Richtlinien werden vorab entwickelt und bei Bedarf angewendet, ohne dass bei jeder Bereitstellung einer VM Storage angepasst werden muss. Wenn sich die Storage-Funktionen von den festgelegten Richtlinien abdriften, werden Compliance-Alarme ausgelöst. Wie bereits erwähnt, ist die Erstbereitstellung durch SCPs vorhersehbar und wiederholbar, wobei die korrekte Platzierung durch die Verwendung von VM-Speicherrichtlinien auf den SCPs gewährleistet ist.

  • Besseres Kapazitätsmanagement. VASA- und ONTAP-Tools ermöglichen bei Bedarf eine Anzeige der Storage-Kapazität bis auf die einzelne Aggregatebene und ermöglichen bei geringer Kapazität mehrere Alarmebenen.

Granulares VM-Management auf dem modernen SAN

SAN-Storage-Systeme mit Fibre Channel und iSCSI wurden als erste von VMware für ESX unterstützt, allerdings fehlten ihnen die Managementmöglichkeiten individueller VM-Dateien und Festplatten aus dem Storage-System. Stattdessen werden LUNs bereitgestellt und VMFS managt die einzelnen Dateien. Dadurch wird es für das Storage-System schwierig, die Storage-Performance, das Klonen und den Schutz einzelner VMs direkt zu managen. VVols bieten Storage-Granularität, die Kunden, die NFS-Storage bereits nutzen, mit den robusten, hochperformanten SAN-Funktionen von ONTAP.

Mit vSphere 8 und ONTAP Tools für VMware vSphere 9.12 und höher sind nun dieselben granularen Steuerelemente, die von VVols für ältere SCSI-basierte Protokolle verwendet werden, in dem modernen Fibre-Channel-SAN unter Verwendung von NVMe over Fabrics verfügbar, um noch höhere Performance im großen Maßstab zu ermöglichen. Mit vSphere 8.0 Update 1 ist es jetzt möglich, eine umfassende End-to-End-NVMe-Lösung mit VVols zu implementieren, ohne dass eine I/O-Verschiebung im Hypervisor-Storage-Stack erforderlich ist.

Bessere Auslagerungsmöglichkeiten

VAAI bietet zwar eine Vielzahl an Operationen, die auf Storage verlagert werden, doch bestehen einige Lücken, die vom VASA Provider behoben werden. SAN VAAI kann keine von VMware gemanagten Snapshots in das Storage-System auslagern. NFS VAAI kann über VM gemanagte Snapshots auslagern, aber es gibt Einschränkungen, bei denen eine VM mit nativen Storage-Snapshots platziert wird. Da VVols individuelle LUNs, Namespaces oder Dateien für Virtual-Machine-Festplatten verwenden, kann ONTAP die Dateien oder LUNs schnell und effizient klonen, um VM-granulare Snapshots zu erstellen, die keine Delta-Dateien mehr benötigen. NFS VAAI unterstützt zudem nicht das verlagern von Klonvorgängen bei Migrationen mit heißem (eingeschaltetem) Storage vMotion. Die VM muss ausgeschaltet sein, um bei Verwendung von VAAI mit herkömmlichen NFS-Datastores das verlagern der Migration zu ermöglichen. Der VASA Provider in ONTAP ermöglicht nahezu sofortige, Storage-effiziente Klone für heiße und kalte Migrationen. Zudem unterstützt er nahezu sofortige Kopien für Volume-übergreifende Migrationen von VVols. Aufgrund dieser enormen Vorteile hinsichtlich der Storage-Effizienz können Sie die VVols Workloads unter dem optimal nutzen "Effizienz-Garantie" Programm. Auch wenn Volume-übergreifende Klone mit VAAI nicht Ihren Anforderungen entsprechen, werden Sie wahrscheinlich aufgrund der Verbesserungen bei den Kopien mit VVols eine geschäftliche Herausforderung bewältigen können.

Häufige Anwendungsfälle für VVols

Neben diesen Vorteilen sehen wir auch folgende häufige Anwendungsfälle für vVol Storage:

  • Bedarfsgesteuerte Bereitstellung von VMs

    • Private Cloud oder Service-Provider-IaaS.

    • Automatisierung und Orchestrierung über die Aria (ehemals vRealize) Suite, OpenStack usw.

  • First Class Disks (FCDs)

    • Persistente VMware Tanzu Kubernetes Grid [TKG] Volumes.

    • Bereitstellung von Amazon EBS-ähnlichen Services über unabhängiges VMDK Lifecycle Management

  • On-Demand Bereitstellung temporärer VMs

    • Labore für Test und Entwicklung

    • Schulungsumgebungen

Gemeinsame Vorteile mit VVols

Wenn VVols so eingesetzt werden, wie in den oben genannten Anwendungsfällen, bieten sie folgende spezifische Verbesserungen:

  • Klone werden schnell innerhalb eines einzelnen Volumes oder über mehrere Volumes in einem ONTAP Cluster hinweg erstellt – ein Vorteil im Vergleich zu herkömmlichen VAAI-fähigen Klonen. Außerdem sind sie Storage-effizient. Klone innerhalb eines Volumes nutzen ONTAP-Datei-Klone, die wie FlexClone Volumes sind und speichern nur Änderungen aus der Quell-vVol-Datei/LUN/Namespace. Dadurch werden langfristige VMs für Produktions- oder andere Applikationszwecke schnell erstellt, benötigen nur minimalen Speicherplatz und profitieren vom Schutz auf VM-Ebene (durch das NetApp SnapCenter Plug-in für VMware vSphere, von VMware gemanagte Snapshots oder VADP-Backup) und Performance-Management (mit ONTAP QoS).

  • VVols stellen die ideale Storage-Technologie dar, wenn ein TKG mit vSphere CSI verwendet wird und separate Storage-Klassen und Kapazitäten bereitstellt, die vom vCenter Administrator gemanagt werden.

  • Amazon EBS-ähnliche Services können über FCDs bereitgestellt werden, da eine FCD-VMDK, wie der Name schon andeutet, eine erstklassige Antwort in vSphere ist und einen Lebenszyklus hat, der unabhängig von den VMs gemanagt werden kann, an die es angeschlossen werden kann.