System plików maszyny wirtualnej (VMFS)

W naszym omówieniu NAS krótko wspomnieliśmy, że dane są organizowane przez „system plików”. Bez jakiejś metody zarządzania plikami, dane w urządzeniu pamięci masowej byłyby niezrozumiałą masą, bez wskazania, gdzie kończy się jeden zestaw danych, a zaczyna następny. Można sobie wyobrazić, jak niezrozumiałe byłoby, gdyby 70 000 piosenek na dysku twardym o pojemności 1 TB było upchniętych razem, bez nazw i informacji o utworach. Tylko wtedy, gdy dane są rozdzielone na poszczególne części, można je zidentyfikować i odzyskać.

Te oddzielne części danych są pogrupowane w pliki, które z kolei są pogrupowane w katalogi (które mogą zawierać podkatalogi – katalogi w katalogach). Ten hierarchiczny układ pozwala użytkownikom na poruszanie się po różnych poziomach systemu plików zgodnie z potrzebami. Systemy plików zapewniają „metadane” dla każdego pliku (np. nazwa pliku, znaczniki czasu, uprawnienia) i indeksy, które pozwalają systemowi operacyjnemu wiedzieć, jakie pliki są na dysku i gdzie się znajdują.

Istnieje wiele typów systemów plików, w tym systemy plików dla dysków, dla baz danych i dla sieci. Przykłady systemów plików, o których być może słyszałeś, to NTFS (obsługiwany przez Windows), ext (np. ext2, ext3 i ext4) i ReiserFS (oba obsługiwane przez Linux), HFS+ i APFS (oba obsługiwane przez macOS firmy Apple) oraz UDF i ISO 9660 dla dysków optycznych. Na dysku twardym system plików jest tworzony podczas inicjalizacji dysku (jeśli jest nowy) lub formatowania (niezależnie od tego, czy jest nowy, czy nie).

Wirtualna pamięć masowa jest zaprojektowana w celu zapewnienia maszynom wirtualnym (VM) pamięci masowej, której potrzebują do hostowania swoich systemów operacyjnych i aplikacji. W środowisku zwirtualizowanym dyski wirtualne maszyny wirtualnej są przechowywane w „magazynie danych”. (W procesie wirtualizacji na dysku fizycznym tworzona jest partycja, która tworzy przestrzeń znaną jako „Logical Unit Number” lub LUN; jedna lub więcej jednostek LUN tworzy „wolumen”; pewna liczba wolumenów tworzy magazyn danych). Zwykle magazyn danych musi mieć zainstalowany system plików, aby można było uzyskać do niego dostęp. W platformie wirtualizacji VMware, vSphere, magazyny danych są tworzone w jednym z dwóch formatów systemu plików: „Virtual Machine File System” (VMFS) lub „Network File System” (NFS). NFS zostanie omówiony w następnej sekcji.

VMware był pionierem technologii wirtualizacji i opracował swój własny system plików, VMFS, do pracy z nimi. Konwencjonalne systemy plików pozwalają tylko jednemu serwerowi mieć dostęp do odczytu/zapisu do danego pliku w danym czasie. Natomiast VMFS umożliwia wielu serwerom jednoczesny dostęp do odczytu i zapisu na tych samych zasobach pamięci masowej. Dzieje się tak dlatego, że VMFS jest wysokowydajnym klastrowym systemem plików (CFS), przy czym „klaster” oznacza, że jest on jednocześnie montowany (udostępniany) na wielu serwerach.

Technologia wirtualizacji firmy VMware pozwala VMFS tworzyć i alokować wirtualne pamięci masowe dla maszyn wirtualnych i serwerów. VMFS umożliwia również wielu maszynom wirtualnym współdzielenie pojedynczego systemu plików. W prostej konfiguracji, dyski maszyn wirtualnych są przechowywane w VMFS jako pliki. Aby VMFS mógł zrozumieć żądane operacje na plikach z urządzenia SCSI, warstwa wirtualizacji tłumaczy polecenia SCSI wydawane przez system operacyjny gościa.

Maszyna wirtualna „widzi” wirtualny dysk przechowywany w magazynie danych VMFS jako zamontowane urządzenie SCSI. System operacyjny działający wewnątrz maszyny wirtualnej nie „widzi” VMFS – zamiast tego „widzi” swój własny system plików.

Zbiór danych VMFS może być połączony z pojedynczą jednostką SAN LUN lub rozciągnięty na wiele jednostek SAN LUN. Można nawet rozszerzyć magazyn danych podczas pracy maszyn wirtualnych, poprzez zwiększenie magazynu danych lub dodanie nowego obszaru pamięci masowej. Magazyn danych VMFS może zostać rozszerzony na 32 fizyczne obszary magazynowe tego samego typu. (VMFS może być używany na szerokiej gamie blokowych urządzeń pamięci masowej, w tym Fibre Channel SANs, iSCSI SANs, local storage oraz Fibre Channel over Ethernet.)

W przypadku wielu serwerów ESXi w klastrze, maszyny wirtualne są włączane, funkcja mechanizmu blokowania VMFS zapewnia, że maszyny wirtualne nie są włączane przez wszystkie serwery ESXi w klastrze. Wiele hostów ESXi może mieć dostęp do tego samego magazynu danych VMFS w środowisku współdzielonej pamięci masowej, co jest powodem stosowania blokady na dysku. W VMware High Availability mechanizm blokowania dysków jest jednak wyłączony, dzięki czemu hosty ESXi w klastrze mogą pomyślnie przełączać się między sobą, próbując włączyć maszynę wirtualną na innym działającym serwerze fizycznym. Jak w przypadku wszystkich hypervisorów, ESXi (skrót od „Elastic Sky X Integrated”) tworzy i uruchamia maszyny wirtualne. Jest to hiperwizor typu 1, co oznacza, że nie opiera się na systemie operacyjnym hosta, ale działa bezpośrednio na sprzęcie hosta, zawierając w sobie podstawowy system operacyjny (OS), który obejmuje jądro. (VMware HA (High Availability) łączy maszyny wirtualne i hosty, na których one rezydują, w klaster. Hosty w klastrze są monitorowane, a w przypadku awarii, maszyny wirtualne na uszkodzonym hoście są restartowane na innych hostach. VMware HA pozwala firmom zapewnić wysoką dostępność każdej aplikacji działającej w maszynie wirtualnej.

Każda maszyna wirtualna jest zamknięta w małym zestawie plików w jednym katalogu. Dzięki temu odzyskiwanie danych po awarii jest znacznie uproszczone; cała maszyna wirtualna może być zdalnie dublowana i łatwo odzyskiwana w przypadku awarii.

.