В конце лета этого года компания VMware провела конференцию Explore 2022, где представила новую версию решения для создания отказоустойчивых хранилищ VMware vSAN 8. Главным нововведением обновленной платформы стала архитектура Express Storage Architecture (ESA), которая позволяет достичь максимальных показателей производительности и эффективности на базе высокопроизводительных систем хранения. Сегодня мы посмотрим, какие улучшения механизма работы снапшотов появились в vSAN, работающем в ESA-варианте.

Еще много лет назад мы писали о том, что снапшоты - это зло, и использовать их нужно с большой осторожностью и при большой необходимости. Например, перед обновлением виртуального аппаратного обеспечения, ОС или критичных приложений можно сделать снапшот, проверить что все в порядке после обновления, а затем удалить его.

Снапшоты, создаваемые для специфических целей администраторов, часто разрастаются в разных ветках, что в итоге приводит к падению производительности виртуальной машины и операционным сложностям при консолидации (например, недостаток места). При этом снапшоты - это вещь нужная для таких процессов, как резервное копирование и автоматизированные рабочие процессы Continuous Integration/Continuous Delivery (CI/CD), Copy Data Management (CDM), а также управление виртуальными ПК VMware Horizon.

Часто в большой инфраструктуре VMware vSphere можно обязательно найти вот такую машину, которая "почему-то тормозит":

Традиционно снапшоты в VMware vSphere строились на базе технологии redo-log (дельта диск отличий от основного VMDK), которая имеет ограничения по масштабируемости и производительности. Снапшоты типа VMFSsparse использовались по умолчанию в файловой системе VMFS5 для дисков менее 2 ТБ и для всех дисков на системах до VMFS5.

VMFSsparse работает поверх VMFS как redo-log, который создается пустым, как только для ВМ создается снапшот, и растет до размера родительского VMDK-диска, накапливая данные. Начиная с VMFS5, для дисков более 2 ТБ и для всех дисков VMFS6 был добавлен формат снапшота VMFS SEsparse. Это эволюционное изменение снапшотов, которое давало улучшения в плане склеивания снапшотов и в отношении их больших цепочек, где ранее происходила потеря производительности.

Также для SEsparse снапшотов было сделано множество улучшений в новых версиях vSphere, например, при чтении данных для машин со снапшотами была существенно увеличена производительность: чтение идет сразу из нужного VMDK, минуя всю цепочку снапшотов при каждом обращении, в отличие от того, как это было сделано раньше. Все это снижает latency на чтение:

Также были сделаны некоторые оптимизации "подмораживания" (stun) при различного рода операциях со снапшотами, а также специфические технологии, такие как Mirror driver, но концептуально суть снапшотов не поменялась. Поэтому VMware продолжала давать рекомендации не хранить их более 48 часов и не создавать длинных цепочек снапшотов, особенно для критичных нагрузок.

Архитектура снапшотов в vSAN базируется на традиционных redo-log снапшотах, которые были доработаны - так появился формат vsanSparse (начиная с vSAN 6). Он использует механизм redirect-on-write и снижает некоторые технические ограничения снапшотов за счет кэширования, но проблемы подмораживания и долгого времени удаления снапшотов остаются.

В новой версии vSAN 8 при использовании архитектуры ESA, снапшоты используются совершенно другим образом, нежели в прошлых версиях платформы. Вместо использования традиционной цепочки базового и дельта-дисков, механизм снапшотов использует lookup table, применяя структуры B-Tree.

Файловая система log structured file system в vSAN ESA позволяет новым операциям записи помещаться в новые сегменты хранилища с их указателями метаданных, интеллектуально размещая их в соответствии с принадлежностью к снапшотам. В этом случае время удаления снапшота снижается более чем в 100 раз по сравнению с прошлыми версиями платформы vSAN.

Также новая архитектура снапшотов снижает и накладные расходы на вычисления и перемещения данных, которые происходят при удалении снапшотов (а это были одни из самых нагружающих инфраструктуру операций). По-сути, когда в vSAN 8 удаляется снапшот, происходит лишь удаление метаданных, а физического перемещения блоков не происходит.

Мало того, пользователь получает подтверждение удаления снапшота сразу же, а удаление данных и метаданных происходит позже, в асинхронном режиме. Новая архитектура снапшотов ESA позволяет использовать практически неограниченное количество снапшотов - однако текущие параметры платформы vSphere ограничивают число снапшотов числом 32 на один объект.

Как знают администраторы VMware vSphere, решения для резервного копирования используют снапшоты через vSphere Storage API (также называемые VADP) для передачи резервных копий на хранилища. Новая функциональность vSAN ESA автоматически заменит старый механизм снапшотов, а пользователи увидят реальный прирост производительности при консолидации снапшотов, а также при работе продуктов VMware SRM и vSphere Replication в кластерах ESA.