Virtual Machine File System (VMFS)

I vår diskussion om NAS nämnde vi kort att data organiseras av ett ”filsystem”. Utan någon metod för att hantera filer skulle data på en lagringsenhet vara en obegriplig massa, utan någon indikation på var en uppsättning data slutade och nästa började. Du kan föreställa dig hur förvirrande det skulle vara om de 70 000 låtarna på din 1-tums hårddisk var alla klumpade ihop, utan namn och spårinformation. Det är först när data separeras i enskilda delar som de kan identifieras och hämtas.

Dessa separata delar av data grupperas i filer, som i sin tur grupperas i kataloger (som kan innehålla underkataloger – kataloger inom kataloger). Detta hierarkiska arrangemang gör det möjligt för användarna att navigera mellan de olika nivåerna i ett filsystem efter behov. Filsystemen tillhandahåller ”metadata” för varje fil (t.ex. filnamn, tidsstämplar, behörigheter) och index som låter operativsystemet veta vilka filer som finns på en enhet och var de befinner sig.

Det finns många olika typer av filsystem, bland annat filsystem för diskar, för databaser och för nätverk. Exempel på filsystem som du kanske har hört talas om är NTFS ( stöds av Windows), ext (t.ex. ext2, ext3 och ext4) och ReiserFS (båda stöds av Linux), HFS+ och APFS (båda stöds av Apples macOS) samt UDF och ISO 9660 för optiska diskar. På en hårddisk skapas filsystemet när disken initieras (om den är ny) eller formateras (oavsett om den är ny eller inte).

Virtualiserad lagring är utformad för att ge virtuella maskiner den lagring de behöver för att vara värd för sina operativsystem och program. I en virtualiserad miljö lagras en virtuell maskins virtuella diskar på en ”datastore”. (I virtualiseringsprocessen skapas en partition på en fysisk enhet för att bilda ett utrymme som kallas ”Logical Unit Number” eller LUN; en eller flera LUN:er utgör en ”volym”; ett antal volymer utgör en datastore). En datastore behöver vanligtvis ha ett filsystem installerat på den för att den ska kunna nås. Med VMwares virtualiseringsplattform för molntjänster, vSphere, konfigureras datalagren med ett av två filsystemformat: ”Virtual Machine File System” (VMFS) eller ”Network File System” (NFS). NFS kommer att diskuteras i nästa avsnitt.

VMware var pionjär inom virtualiseringsteknik och utvecklade sitt eget filsystem, VMFS, för att fungera med dem. Konventionella filsystem tillåter endast en server att ha läs- och skrivåtkomst till en viss fil vid en viss tidpunkt. VMFS däremot gör det möjligt för flera servrar att ha läs- och skrivåtkomst till samma lagringsresurser samtidigt. Detta beror på att VMFS är ett högpresterande klustrade filsystem (CFS), ”kluster” betyder att det samtidigt monteras (görs tillgängligt) på flera servrar.

VMwares virtualiseringsteknik gör det möjligt för VMFS att upprätta och allokera virtualiserad lagring för virtuella maskiner och servrar. VMFS gör det också möjligt för flera virtuella maskiner att dela ett enda filsystem. I en enkel konfiguration lagras de virtuella maskinernas diskar som filer i VMFS. För att VMFS ska förstå begärda filoperationer från en SCSI-enhet översätter virtualiseringslagret de SCSI-kommandon som utfärdas från ett gästoperativsystem.

En virtuell maskin ”ser” en virtuell disk som är lagrad på en VMFS-datastore som en monterad SCSI-enhet. Det operativsystem som körs i den virtuella maskinen ”ser” inte VMFS – det ”ser” istället sitt eget filsystem.

En VMFS-datalagring kan kopplas till en enda SAN LUN eller sträcka sig över flera SAN LUNs. Du kan till och med utöka en datalagring medan virtuella maskiner körs på den, antingen genom att utöka datalagringen eller genom att lägga till ett nytt lagringsområde. VMFS-datalagret kan utökas över 32 fysiska lagringsområden av samma lagringstyp. (VMFS kan användas på en mängd olika blocklagringsenheter, inklusive Fibre Channel SANs, iSCSI SANs, lokal lagring och Fibre Channel över Ethernet.)

Med flera ESXi-servrar i ett kluster är virtuella maskiner påslagna, funktionen för VMFS-låsmekanismen säkerställer att de virtuella maskinerna inte är påslagna av alla ESXi-servrar i ett kluster. Flera ESXi-värdar kan få tillgång till samma VMFS-datalagring i en delad lagringsmiljö, vilket är anledningen till att det finns en låsning på disken. Med VMware High Availability är dock mekanismen för låsning på disk inaktiverad så att ESXi-värdarna i klustret kan växla om framgångsrikt i ett försök att sätta igång den virtuella datorn på en annan fungerande fysisk server. Liksom alla hypervisorer skapar och kör ESXi (förkortning för ”Elastic Sky X Integrated”) virtuella maskiner. Det är en hypervisor av typ 1, vilket innebär att den inte förlitar sig på värdens operativsystem, utan körs direkt på värdens maskinvara och innehåller ett grundläggande operativsystem (OS) med en kärna. (Kärnan är kärnan i ett operativsystem och hanterar systemresurser.) VMware HA (eller ”High Availability”) samlar virtuella maskiner och värdarna som de ligger på i ett kluster. Värdarna i klustret övervakas, och i händelse av ett fel startas de virtuella maskinerna på en misslyckad värd om på andra värdar. VMware HA gör det möjligt för företag att tillhandahålla hög tillgänglighet för alla program som körs i en virtuell maskin.

Varje virtuell maskin är inkapslad i en liten uppsättning filer i en enda katalog. Katastrofåterställning förenklas därför avsevärt; hela den virtuella maskinen kan speglas på distans och lätt återställas i händelse av en katastrof.