VMware vSphere 4.1新特性之二：VAAI

阵列集成存储API（The vStorage API for Array Integration，简称VAAI）是提供给存储设备厂商使用的API。在存储方面，如果把VMware基础架构的某些功能委托给存储阵列去实现，将有助于极大提升VMware基础架构的性能。这相当于把VMware基础架构的一部分工作“卸载”(offload)给底层的存储设备，VAAI定义了“卸载”工作的标准操作接口，这个API目前已被多家存储设备合作伙伴所支持，他们发布了各自设备固件(firmware)的新版本以便支持VAAI。在vSphere 4.1中，阵列卸载能力主要体现在以下三个基本方面：

1. 全复制(Full copy)，这个特性使得存储阵列能够在阵列内部直接完成全体复制，不再需要ESX服务器参与读取和写回数据的过程。

2. 块清零(Block zeroing)，这个特性使得存储阵列能够快速清零产生大量的存储块，从而加速虚拟机的部署和供给(provisioning)。

3. 硬件辅助锁定(Hardware-assisted locking)，这个特性提供了一种替代性的保护VMFS集群文件系统元数据(metadata)的方法，可以改善共享同一数据存储的ESX服务器大集群的可伸缩性(scalability)。

Full Copy

通过Full Copy技术，部署虚拟机的能力将得到极大提升，因为相应的处理工作可以在存储阵列内部，或者在存储阵列之间（有些存储厂商的阵列支持xcopy功能）完成，过去花费几分钟的处理工作现在已变成几秒钟的事情，同时ESX服务器的CPU负载也会减少（因为其参与的数据流量减少）。该特性的好处对于桌面基础架构环境更有意义，这种环境下很可能涉及到基于模板部署数百个虚拟机之类的工作。

对于Storage vMotion，迁移虚拟机寄居地的过程用时也将得到类似缩减，因为复制过程不再需要上传给ESX服务器再下达到阵列设备，这将极大释放存储I/O和服务器CPU周期的占用。

Full Copy不仅可以节省处理时间，还可以节省服务器的CPU、内存资源以及网络带宽和存储前端控制器I/O。对于上述的大多数度量指标，Full copy最多可达到95%的减幅。

Block Zeroing

让阵列对磁盘完成大片清零(bulk zeroing)将加速标准初始化过程。block zeroing的一个用途是创建急性清零厚模式(eager-zero thick)格式的虚拟磁盘。如果不使用block zeroing技术，创建命令必须要等到磁盘阵列清零任务全部完成后才能结束。对于大容量磁盘，这可能会持续较长时间。block zeroing（也称为copy same）会让磁盘阵列立即把游标(cursor)返回给发出请求的服务（仿佛写零过程已经被完成），然后再完成清零生成存储块的工作，这时不再需要全程持有游标直至工作结束。

Hardware-assisted locking

这一特性提供了一个比以前使用的 SCSI预留(SCSI reservations)技术更加粒度化的方法来保护VMFS元数据。hardware-assisted locking利用存储阵列的原子级检测设置(atomic test and set)能力，实现了一种更细粒度的块级锁定机制。一些简单操作，诸如移动虚机，启动虚机，根据模板创建新虚机，生成快照，甚至停止虚机，都将造成 VMFS把存储空间分配给共享的自由空间池，或者从自由空间池中返回存储空间。虽然VMFS使用SCSI reservation锁定LUN的技术并不经常导致性能降低，但hardware-assisted locking提供了一种更高效方式，可以避免当许多ESX服务器共享同一数据存储时会出现的重复尝试获取锁的情况。

hardware-assisted locking技术可以将锁定机制“卸载”到阵列设备上，并且使用了比整个LUN小得多的粒度，因此VMware集群可以获得显著的可伸缩性(scalability)，不再受到VMFS共享存储池的元数据完整性的制约。

激活VAAI

缺省情况下，上述三个特性在安装时并未被激活，如需使用，必须在ESX服务器高级设置中加以激活，同时，还必须有正确的阵列固件(firmware)被加载。

ESX服务器高级设置中对应的三项设置为：

DataMover.HardwareAcceleratedMove -- full copy
DataMover.HardwareAcceleratedInit -- block zeroing
VMFS3.HarwareAccelerated Locking -- hardware-assisted locking

关于VAAI的更多信息可以参考《ESX Server Configuration Guide》第9章，目录名称为：存储硬件加速(storage hardware acceleration)。

4.1版本中，VAAI只在块存储设备上被支持，同时需要支持它的6家存储设备合作伙伴更新相应固件。

查看《VMware存储硬件兼容列表》可以获知所有支持VAAI的存储设备供应商及型号。

深入阅读：

[1] eager-zero thick是一种虚拟磁盘格式化类型，与之对应的类型是lazy-zero thick，VMware社区有专门介绍：
http://communities.vmware.com/docs/DOC-10854

另有一篇帖子介绍了如何区分这两种磁盘类型的经验
http://communities.vmware.com/message/1402715

[2] atomic test and set属于并行处理/锁保护范畴，概念上是指在给变量赋值前先检查变量当前值，以提供必要的互斥保护。具体可参考内核级编程方面资料。