VMware vSphere の仮想ボリューム (vVols) の徹底的な理解

この記事では、VSphere 6.7/7.0 の vVol 関連コンテンツについて簡単に紹介します。仮想化技術の発展に伴い、新しい概念が絶えず導入されています。特に VMWare の製品は常に新しいコンセプトを持っており、目を見張るものがあります。

vVol の正式名称は Virtual Volume で、仮想ボリュームです。ただし、vVol は従来の意味でのボリュームではありません。これは、SAN と NAS の仮想化統合と管理のためのフレームワークです。このフレームワークは、データセンターをインフラストラクチャ中心からアプリケーション中心へと変革しながら、仮想化環境を管理するためのより効果的なモデルを提供します。これにより、仮想化テクノロジによってアプリケーションをより適切に提供できるようになります。

vVols は、ポリシー主導の自動化アプローチを通じて操作を簡素化します。これにより、仮想マシンのストレージ消費にさらに柔軟に対応し、オンデマンドでリアルタイムに動的調整を実現できるようになります。仮想ボリュームの粒度でハードウェア リソースとディスク アレイ ベースのデータ サービスをより細かく制御することにより、アプリケーションへのストレージ サービス レベルの提供を簡素化します。ここでのストレージ サービス レベルは、パフォーマンスの異なるストレージ リソースを指します。

次の図に示すように、パフォーマンスの異なる複数の SAN または NAS デバイスが、vVol を介してデータストアと呼ばれるリソース プールに仮想化されます。仮想マシンに必要なリソースはこのプールから割り当てられます。

VMware は vVol に基づいて、LUN ではなく仮想マシンとそのディスクの詳細なビューを提供し、それをストレージ システム管理ユニットに変換します。 vVol は仮想ディスクやその他の仮想ボリューム ファイルをカプセル化し、ストレージ システムに保存します。

vVol の概要

vVol は、ストレージ アレイからエクスポートされた VMDK サイズのストレージ エンティティです。 vVol は、少数のプロトコル エンドポイント (PE) を介して ESXi ホストにエクスポートされます。 PE は、仮想ボリュームと目的の vVol 間のデータ パスをオンデマンドで確立する物理ストレージ構造の一部です。ストレージ システムは vVol 上でデータ サービスを提供します。その結果、これらのデータ サービスは新しい vVol になります。仮想ボリュームのデータ サービス、構成、および管理は、データ パスに対して帯域外になります。管理を容易にするために、複数の vVol をストレージ コンテナ (SC) と呼ばれる論理アイテムにパッケージ化できます。

vVol とストレージ コンテナーは仮想ストレージ構造を形成し、PE は物理ストレージ構造の一部です。この点については明確に区別する必要があります。

Storage Awareness (VASA) と呼ばれる vSphere API のセットを使用することで、ストレージ システムは vVol とそれに関連付けられた仮想マシンを認識するようになります。 VASA を通じて、vSphere と基盤となるストレージ システムは 2 つの帯域外通信リンクを確立します。この通信リンクを通じて、vSphere はデータ サービス操作を実行し、特定の仮想マシン操作をストレージ システムにオフロードできます。たとえば、スナップショットやクローンを仮想ボリューム側からストレージ側に転送して実行できます。

インバンド通信の場合、vSphere は引き続き標準の SCSI および NFS プロトコルを使用します。したがって、vVol は、iSCSI、FC、FCoE、NFS を含むあらゆるタイプのストレージ システムをサポートできます。

• vVols は仮想ボリュームの仮想ディスクを表します。これは、128 ビットの GUID によって識別され、ストレージ システム ハードウェアによって管理される抽象オブジェクトです。
• モデルは、データ ストレージの空間管理からディスク アレイの抽象オブジェクトの管理へと変わります。
• ストレージ ハードウェアは、仮想ディスクのコンテンツ、レイアウト、管理を完全に制御します。

VMware のパートナーの多くは、アレイに複数の vVol のサポートを追加しました。エンドツーエンドのサポートのために、HBA カード ドライバーは vVol ベースのデバイスのサポートを実装する必要があります。これには、セカンダリ LUN ID (SLLID) を取得するために使用される SCSI ドライバー用の新しい API を提供する必要があります。

vVol コア コンポーネントの概要

vVol は、vVol デバイス、プロトコル エンドポイント (PE)、ストレージ コンテナー (SC)、VASA プロバイダー、アレイの 5 つの主要コンポーネントで構成されます。これらのコンポーネントはすべて、VSphere スタックのさまざまなコンポーネントによって管理または使用されます。たとえば、Virtual Center (VSSA、SPBM)、ESXi (Hostd、VVolD、VVol FDS ドライバー)。 vVol の全体的な特徴は次のようにまとめられます。

• ファイルシステムなし
• ESXはVASAを通じてディスクアレイを管理します
• アレイはストレージコンテナと呼ばれる論理コンテナに分割されます
• 仮想ボリューム ディスクは vVol と呼ばれ、ストレージ コンテナーに保存されます。
• ESXi ホストからストレージ アレイへの IO は、PE と呼ばれる接続ポイントを介して配置されます。
• スナップショットや暗号化などのデータ サービスはアレイにオフロードされ、仮想化プラットフォームではなくアレイによって実行されます。
• 管理はストレージポリシーベース管理フレームワーク（SPBM）を通じて行われます。

VASA (vSphere APIs for Storage Awareness) API (VP)

vVol ストレージ プロバイダー (VASA プロバイダーとも呼ばれます) は、基本的にソフトウェア コンポーネントです。その役割は、vSphere のストレージ対応サービスとしての役割です。これは、一方の端に ESXi ホスト、もう一方の端にストレージ システムがあるコンポーネント間の帯域外通信を担当します。次の図は、EMC Unity の全体的なアーキテクチャを示しています。この図は、VASA と他のコンポーネントの関係を明確に示しています。

• このコンポーネントはストレージアレイベンダーによって開発されています
• ESX および vCenter Server が VASA プロバイダーに接続されている
• ストレージ対応サービスの提供
• 1つのVASAプロバイダーで複数のアレイを管理できる
• ESXiホスト経由のVASA APIエクスポートをサポート
• VASA プロバイダーは、アレイベースのハイパーバイザーまたはファームウェアに実装できます。
• vVolの作成を担当

ストレージコンテナ（SC）

従来の LUN および NFS ベースの vSphere ストレージとは異なり、vVol 機能ではストレージ側で事前に構成されたボリュームは必要ありません。代わりに、vVols はストレージ コンテナーを使用します。このストレージ コンテナーは、raw ストレージ プールまたは集約ストレージ プールにすることができます。ここでは、ストレージ コンテナーを次のようにまとめます。

• vVolsをグループ化するために使用される論理ストレージ構造
• 仮想ボリュームに基づいてさまざまなストレージ要件を分離する
• 1つのSCに複数の異なるPEからアクセスできる
• 必要な機能（容量、QoSなど）はSCによって申請されます。
• VASAプロバイダーはストレージコンテナを検出し、vCenterサーバーにレポートします。
• 新しい仮想マシンが作成されると、SC は必要なリソースを自動的に作成します。

プロトコルターミナル (PE)

ストレージ システムはすべての vVol 管理を担当しますが、ESXi ホストはストレージ側の vVol に直接アクセスしません。ただし、ESXi ホストは、論理 IO エージェントを介して vVol および vVol によってカプセル化された仮想ディスク ファイルと通信します。ここでのいわゆる IO エージェントは PE です。 ESXi は、オンデマンドで PE を介して仮想マシンと vVol 間のデータ パスを確立します。

• ストレージ側でアクセスポイントを分離する
• マルチパス戦略またはNFSトポロジを使用できます
• ESXiホストとディスクアレイ間の通信の実装
• iSCSI、NFS v3、FC、FCoE などのすべての SAN および NAS プロトコルと互換性があります。
• PEは上記のプロトコルのいずれかを使用できます

vVols オブジェクト

vCenter および vSphere Web Client では、仮想データストアはストレージ コンテナを表します。 vVol は、仮想マシン ファイル、仮想ディスク、およびそれらの派生物 (スナップショットなど) のパッケージです。

ストレージ コンテナには 5 種類の vVol があります。

• Config-vVol - メタデータ
• データ vVol - VMDK
• Mem-vVol - スナップショット
• Swap-vVol - スワップファイル
• その他-vVol - ベンダーソリューション関連

分析例

vSphere の主要な概念については上で説明しましたが、まだ混乱しているかもしれません。実際、簡単に理解すると、仮想マシン管理ソフトウェアでストレージを管理するための一連のインターフェースを提供するということです。これにより、仮想マシンの作成時や仮想ボリューム操作時に、ストレージシステムのサポートを通じて仮想マシン操作のパフォーマンスを実現できます。もちろん、仮想マシン管理ソフトウェアがストレージ システムにアクセスするには、両者間の接続を確立する必要があり、これが統合プロセスです。

vSphere と Unity の統合を例に挙げてみましょう。まず、ストレージ システムに仮想ホスト情報を追加し、データストアを作成する必要があります。次に、ストレージ システムを vSphere に追加します。もちろん、具体的な操作は多数ありますが、この記事では説明しません。以下が主なプロセスです。

さらに、ESXi ホストとストレージ間にデータ リンクを確立する必要があります。これは iSCSI または FC であり、ホスト マシン上のストレージ システムにマウントすることで実現され、各ホスト マシンは正常にマウントされる必要があります。