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vSphere SSD 和闪存设备支持 (2147186)

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免责声明:本文为 vSphere SSD and Flash Device Support (2145210) 的翻译版本。尽管我们会不断努力为本文提供最佳翻译版本,但本地化的内容可能会过时。有关最新内容,请参见英文版本。

Purpose

本文提供将 SSD 和闪存设备与 vSphere 结合使用的使用指南、必须满足的基本要求,以及特定用例需遵循的建议。

目标读者
  • 客户:确保 vSphere 主机配备了满足表-1 中各种用例所需大小和耐用性标准的闪存和 SSD 设备。另外,如果主机具有大量系统内存或者使用了 VSAN,对于用于核心转储用例的设备,确保设备大小与表-2 中的指示一致,且实际核心转储分区的实际大小足够。

  • 系统供应商:确保 vSphere 的认证服务器使用满足表-1 中各种用例所需大小和耐用性标准的闪存和 SSD 设备。对于具有大量内存的系统和 VSAN Ready Node,供应商应注意根据表-2 中的指示设定用于核心转储用例的闪存或 SSD 设备的大小,确保能够在出现系统崩溃时执行完备的操作,并确保核心转储分区的大小正确无误,因为默认设置可能会被覆盖。

  • SSD 供应商:确保 SSD 和闪存驱动器类型满足表-1 中各种用例所需的耐用性标准。

Resolution

VMware vSphere ESXi 可以通过多种方式使用本地连接的 SSD(固态磁盘)和闪存设备。SSD 能够提供比传统磁性硬盘更高的吞吐量和更低的延迟,其优势显而易见。尽管 USB 或 SATADOM 等闪存设备提供的吞吐量较低且延迟较高,但有些情况适合使用闪存设备。使用 SSD 和闪存设备存储的潜在缺点为:其耐用性可能会明显低于传统磁盘,并且会依赖于工作负载类型以及驱动器容量、基础闪存技术等因素。

本知识库文章根据不同技术和使用场景给出了最低 SSD 和闪存设备建议。

SSD 和闪存设备用例

下面列出了对 vSphere 环境中各种使用模型的不完整调查。
  • 主机交换缓存
    • 此使用模型自 vSphere 5.1 开始支持连接 SATA 和 SCSI 的 SSD。不支持 USB 和低端 SATA 或 SCSI 闪存设备。
    • 工作负载受主机内存过量使用程度的影响很大。
  • 常规数据存储
    • 使用(本地)SSD 而非硬盘驱动器。
    • 此使用模型自 vSphere 6.0 开始支持连接 SATA 和 SCSI 的 SSD。
    • 当前不支持连接 USB 的 SSD 或低端闪存设备,不管采用何种连接类型。

  • vSphere Flash Read Cache(也称为虚拟闪存)
    • 此使用模型自 vSphere 5.5 开始支持连接 SATA 和 SCSI 的 SSD。
    • 不支持连接 USB 的 SSD 或低端闪存设备。

  • Virtual SAN (VSAN)
  • vSphere ESXi 引导磁盘
    • 可以选择将 USB 闪存驱动器、SATADOM 或本地 SSD 作为 ESXi(vSphere 管理程序)的安装映像,后者随后将从闪存设备引导。
    • 此使用模型自 vSphere 3.5 开始支持 USB 闪存设备,自 vSphere 4.0 开始支持连接 SCSI/SATA 的设备。
    • 安装到连接 SATA 和 SCSI 的 SSD、SATADOM 和闪存设备会创建包含日志记录分区的完整安装映像(见下文),而安装到 USB 设备会创建不含日志记录分区的引导磁盘映像。

  • vSphere ESXi 核心转储设备
    • 对于 vSphere 5.5 及更高版本,核心转储分区的默认大小为 2.5 GiB,大约为 2.7 GB,并且安装程序会在引导设备上创建核心转储分区。安装后,如有必要,可以使用 partedUtil 重新调整分区的大小。有关详细信息,请参见vSphere documentation
    • 任何 SATADOM 或 SATA/SCSI SSD 都可以配置核心转储分区。
    • 此使用模型自 vSphere 3.5 开始支持 USB 闪存设备,自 vSphere 4.0 开始支持连接 SCSI/SATA 的本地 SSD。
    • 此使用模型还适用于无引导磁盘的 Autodeploy 主机。

  • vSphere ESXi 日志记录设备
    • 选择 SATADOM 或本地 SATA/SCSI SSD 作为 vSphere 日志记录分区(/scratch分区)的位置。此分区可以位于引导磁盘上,但并非强制要求,这适用于没有引导磁盘的 Autodeploy 主机。
    • 此使用模型自 vSphere 6.0 开始支持连接 SATA 和 SCSI 的所有本地 SSD。同时支持满足表 1 中所述要求的 SATADOM。
    • 在未来版本的 vSphere 中,此使用模型也将支持满足表 1 中所述要求的 USB 闪存设备。

SSD 耐用性标准

闪存行业经常使用“写入的 TB 字节数”(Tera Bytes Written, TBW) 作为 SSD 耐用性基准。TBW 是指在设备使用寿命内可以写入的 TB 字节数。大多数设备针对连续和随机 IO 工作负载具有不同的 TBW 评级,后者会因写入放大因子 (Write Amplification Factor, WAF)(定义见下文)而显著降低。其他常用耐用性衡量指标为 DWPD(驱动器每日写入次数)和 P/E(程序/清除)周期。

下面是转换公式:
  • 将 DWPD(驱动器每日写入次数)转换为 TBW(写入的 TB 字节数):
    • TBW = DWPD * 保质期 (年) * 365 * 容量 (GB)/1,000 (GB/TB)

  • 将每单元闪存 P/E 周期转换为 TBW(写入的 TB 字节数):
    • TBW = 容量 (GB) * (每单元 P/E 周期数)/(1,000 (GB/TB) * WAF)
WAF 是闪存技术的固有属性导致的诱导写入衡量指标。由于很多单元在存储块大小(512 字节)、闪存单元大小(通常为 4KiB 或 8KiB 字节)和最低闪存清除大小之间存在差异,一次写入操作可能会因为复制、垃圾收集等操作导致很多诱导写入。对于连续工作负载,WAF 通常在一位数范围内,而对于随机工作负载,WAF 可能会达到甚至超过 100。表 1 介绍了各种工作负载的特征,但不包括数据存储和 vSphere Flash Read Cache 工作负载,这二者取决于运行的虚拟机工作负载的特征,因此无法在此描述其特征。表中的 WAF 可用于上述 P/E 到 TBW 的转换公式。

SSD 选择要求

性能和耐用性是选择 SSD 时考虑的关键因素。对于上述各种用例,向 SSD 或闪存设备写入数据的量和频率决定了 ESXi 对性能和耐用性的最低要求。通常,上述所有用例均可以部署 SSD,但是只有部分用例可以部署包含 SATADOM 的(低端)闪存设备。在下面的表格中:ESXi 写入耐用性要求以 JEDEC 随机工作负载的写入 TB 字节数 (TBW) 表示。ESXi 对性能没有具体要求,但是 ESXi 上构建的产品(如 VSAN)可能有自己的要求。

表 1:SSD/闪存耐用性要求
 
SSD/闪存设备用例 JEDEC 耐用性要求 工作负载特征 备注
主机交换缓存 365 TBW 或更高 随机、较少写入 主机内存很少使用过量
3650 TBW 或更高 随机、频繁写入 主机内存经常使用过量
常规数据存储 3650 TBW 或更高1 从属虚拟机工作负载 大小 >= 1 TB 需要更大的耐用性
vSphere Flash Read Cache (VFlash) 365 TBW 或更高 从属虚拟机工作负载 大小 <= 4 TB
ESXi 引导设备 最低 0.5 TBW 2
建议 2 TBW 2,6
连续 (WAF <10) 大小 >= 4 GB3
ESXi 核心转储设备 最低 0.1 TBW 2,4 极端连续 (WAF ~1) 大小 >= 4 GB3,4
ESXi 日志记录设备 64 TBW(专用设备)
128 TBW(并置)2,5
连续7
(WAF < 100 块模式,WAF < 10 页面模式)
大小 >= 4 GB2,3
    1. 对于超过 1 TB 的 SSD 大小,耐用性应按比例增加(例如,2 TB 为 7300 TBW)
    2. 对于固有的连续工作负载,耐用性要求标准化为 JEDEC 随机工作负载。
    3. 仅使用 4 GB 设备,因此 16 GB 设备仅需要支持 25% 的 P/E 周期。
    4. 默认的核心转储分区大小为 2.7 GB。有关详细的大小要求,请参见表 2。当引导设备与核心转储设备并置时,引导设备耐用性要求足够。
    5. ESXi 引导和/或核心转储设备发生故障对 vSphere 来说是灾难性的,因此,当日志记录设备与其中任一者或两者并置时,应遵循更高的要求以获得额外的安全边际1
    6. 未来版本的 vSphere 可能会要求其引导设备具有更高的 TBW。强烈建议着眼于未来的系统要求,vSphere 引导设备满足 2 TBW 耐用性要求。
    7. 有关 ESXi 日志记录工作负载的特定特征详情及其 JEDEC219 随机工作负载标准化,请咨询 VMware。
    重要信息:由于供应商通常只发布一个耐用性数据,即随机 TBW,因此,表 1 中的所有 TBW 要求均以 JEDEC 企业随机工作负载表示。2供应商可能会应要求提供连续数据,如果已知 5 年内的工作负载写入总量,此类数据与经测量或者最坏情况下的 WAF 相结合,可用于计算备用连续 TBW。3引导或核心转储设备发生故障对 vSphere 来说是灾难性的,因此,VMware 要求针对引导和核心转储用例采用随机 TBW 要求。
    1. 并置是指同一设备上的分区采用 2 种用例并因此共享闪存单元的情况。
    2. 请分别参见 JESD218A 和 JESD219,了解耐用性测试方法和企业工作负载定义。
    3. 有关为日志记录用例计算备用连续 TBW 的详细说明,请咨询 VMware。
    ESXi 核心转储设备使用模型

    ESXi 核心转储设备的大小要求随着主机 DRAM 的大小以及 VSAN 的使用情况而变化。建议具有可用本地数据存储的 vSphere ESXi 安装使用转储到文件,这样通常可以自动在本地数据存储而非闪存介质上保留所需的空间,通常,使用 VSAN 的安装尤其缺少本地数据存储,因此需要核心转储设备。尽管默认的 2560 MiB 大小对具有 1 TiB DRAM 且未运行 VSAN 的主机来说已足够,但如果使用了 VSAN,默认大小几乎始终不足。

    表 2 提供了建议的分区大小(以 MiB 为单位)以及相应的闪存驱动器大小建议。如果忽视这些建议并且 ESXi 崩溃,则核心转储可能会被截断。脚注解释了计算情况,另请注意,如果使用 VSAN,表左侧的值必须加上表右侧的值。要覆盖默认核心转储分区大小或在安装后更改核心转储分区大小,请参考 vSphere 发行文档或咨询 VMware。

    表 2:核心转储分区大小参数和大小要求4,作为主机 DRAM 大小和(如适用)VSAN 缓存层大小的函数
     
    基本 vSphere ESXi 系统 使用 VSAN 时增加的值1
    DRAM 大小  分区大小参数 (MiB) 闪存大小要求2 缓存层大小 分区大小参数增量 (MiB)3 闪存大小要求增量2,3
    1 TiB 25601 4 GB 500 GB +20481 +4 GB
    2 TiB 5120 8 GB 1 TB +2048 +4 GB
    4 TiB 10240 16 GB 2 TB +3072 +4 GB
    6 TiB 15360 32 GB 4 TB +5120 +8 GB
    8 TiB 20480 32 GB 8 TB +9216 +16 GB
    12 TiB 30720 64 GB 16 TB +17408 +32 GB

      1. 2560 是默认值,因此,对于缓存层没有 VSAN 且最高为 1 TiB DRAM 的系统,或者具有 VSAN 且最高为 512 GiB DRAM 和 250 MB SSD 的系统,不需要任何参数。
      2. 由于 GiB 到 GB 的转换,6 和 12 TiB DRAM 大小需要更大的新一代闪存设备来容纳核心转储分区。提供的大小还可以容纳同一物理闪存驱动器上并置的引导设备和核心转储设备。
      3. 这些列中的大小必须加到表左侧的大小中。例如,VSAN 缓存层具有 4 TiB DRAM 和 4 TB SSD 的主机需要大小至少为 24 GB (16 GB + 8 GB) 的闪存设备以及大小为 15360 MiB (10240 + 5120) 的核心转储分区。
      4. 核心转储设备的使用非常少见,因此,表 1 中的 TBW 要求不变。

      VMware 支持策略

      通常,如果 SSD 的主机控制器接口受认证 IOVP 驱动程序的支持,则 ESXi 支持 SSD 驱动器,前提是介质满足上述耐用性要求。因此,对于 SATADOM 和 M.2,没有特定的 vSphere 限制,前提仍然是它们符合上述表 1 中的耐用性要求。

      对于 USB 存储设备(如闪存驱动器、SD 卡及读卡器、任何类型的外部磁盘),驱动器供应商必须直接与系统制造商合作,确保这些系统支持驱动器。USB 闪存设备和 SD 卡及读卡器可以与 USB 主机控制器配成对,有可能会出现一台设备无法通过某个主机认证但可以通过其他主机认证的情况。VMware 强烈建议没有预安装系统的客户直接从其 OEM 供应商获取 USB 闪存驱动器,或者购买经认证可与其服务器结合使用的型号。

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