啟用vSphere FT容錯機制 享受VM超高可用性運行

vSphere FT高可用性機制能夠協助企業保護VM虛擬主機的服務和應用程式,讓服務不中斷、重要資料不遺失。本文將先介紹vSphere FT的運作架構,然後提供最佳作法,並進行相關的效能測試。

事實上,vSphere FT的運作機制,就是在VMware vSphere Cluster當中的兩台ESXi主機內,分別運作受到vSphere FT機制保護的VM虛擬主機,稱之為「主要VM虛擬主機(Primary VM)」以及「次要VM虛擬主機(Secondary VM)」。

這兩台啟用vSphere FT機制的VM虛擬主機,一定會運作在叢集中「不同台」ESXi虛擬化平台上。基本上,雖然次要VM虛擬主機是獨立的執行個體,有自己的VM虛擬主機檔案(包括VMX組態設定檔案、VMDK虛擬硬碟檔案等等),但是它的運作狀態以及網路識別皆與主要VM虛擬主機相同。

值得注意的是,倘若企業或組織採用的是舊版vSphere 4.x及5.x虛擬化平台的話,當VM虛擬主機啟用vSphere FT機制之後,在主要及次要VM虛擬主機之間將透過VMware vLockstep技術,採用「Record-Replay」資料同步方式,如圖2所示。


▲圖2 舊版vSphere FT(Record-Replay)運作示意圖。(圖片來源:VMware Blogs - Comparing Fault Tolerance Performance & Overhead Utilizing VMmark v1.1.1)

在最新版本vSphere 6.0虛擬化平台中,vSphere FT的資料同步機制則改採「Fast Checkpointing」方式,其運作機制是藉由XvMotion(Cross-vCenter vMotion),透過持續執行Checkpoints(Multiple/Sec)的動作,以達成主要及次要VM虛擬主機之間儲存資源、運作狀態、網路等等的資料同步作業,進而達到「透明容錯移轉(Transparent Failover)」的目的,如圖3所示。


▲圖3 新版vSphere FT(Fast Checkpointing)運作示意圖。(圖片來源:VMware白皮書 - VMware vSphere 6 Fault Tolerance: Architecture and Performance)

運算資源(Compute)

首先,針對受vSphere FT機制保護的VM虛擬主機,在運算資源的部分倘若是採用舊版vSphere 4.x和5.x虛擬化平台,那麼啟用vSphere FT機制的VM虛擬主機,便僅能配置「1 vCPU」的虛擬處理器運算資源。

但是,最新版本的vSphere 6.0啟用FT功能的VM虛擬主機,則可以配置「1、2、4 vCPU」虛擬處理器運算資源。


儲存資源(Storage)

在VM虛擬主機的儲存資源部分,若採用舊版vSphere 4.x和5.x虛擬化平台時,那麼啟用vSphere FT機制的VM虛擬主機,除了不能有任何快照(Snapshot)之外,虛擬磁碟也僅能使用EZT(Eager Zeroed Thick)格式。

但是,最新版本的vSphere 6.0啟用vSphere FT功能的VM虛擬主機,除了VM虛擬主機能夠建立快照外,在VMDK虛擬磁碟的部分則支援所有磁碟格式,也就是Thin、Thick、EZT三種格式都支援。

當VM虛擬主機啟用vSphere FT機制進行保護後,那麼系統便會自動在兩台VM虛擬主機之間,啟用VMware vSphere Storage vMotion機制,針對VMDKs虛擬磁碟進行資料初始化和同步作業,確保主要與次要VM虛擬主機擁有「相同」的資料內容及磁碟狀態。

值得注意的是,協同vSphere FT運作的vSphere Storage vMotion機制,僅在下列三種情境時才會觸發其運作機制:

1.當VM虛擬主機啟用vSphere FT機制時。

2.當受到vSphere FT機制保護的主要VM虛擬主機,其底層的ESXi虛擬化平台發生故障事件。這個時候,服務和應用程式由次要VM虛擬主機接手,並且轉換身分為主要VM虛擬主機,並且同時在另外存活的ESXi主機上建立次要VM虛擬主機時。

3.當啟用vSphere FT機制的VM虛擬主機,其運作狀 態由Powered-Off轉變成Power-On時。

當vSphere FT機制觸發vSphere Storage vMotion機制,將主要及次要VM虛擬主機進行資料同步作業完成後,那麼系統便會確認主要與次要VM虛擬主機已經受到vSphere FT機制保護。

此外,當資料同步作業完成後,後續主要和次要VM虛擬主機之間的資料同步機制,將會改為採用「鏡像VMDK寫入(Mirror VMDK Write)」的方式,以確保兩造之間資料仍維持同步狀態,如圖4所示。


▲圖4 vSphere FT機制保護VM虛擬主機服務及應用程式示意圖。 (圖片來源:VMware白皮書 – VMware vCenter Server 6.0 Availability Guide)

運作狀態(Runtime State)

受到vSphere FT機制保護的VM虛擬主機,首先必須確保在vSphere Cluster運作架構中,所有的ESXi主機都已經規劃專屬且高速的FT Network(建議採用10Gbps網路環境),以便vSphere FT運作機制能夠將主要VM虛擬主機的運作狀態(包括記憶體狀態、執行程序狀態等等),透過專屬且高速的FT Network傳送至次要VM虛擬主機。

因此,當主要VM虛擬主機所處的底層ESXi主機發生故障事件的時候,次要VM虛擬主機能夠瞬間接手原有主要VM虛擬主機提供的所有服務和應用程式。

網路資源(Network)

在網路資源方面,受到vSphere FT機制保護的VM虛擬主機,也會結合底層ESXi主機的網路虛擬化機制,以便次要VM虛擬主機接手原有主要VM虛擬主機服務或應用程式時,不會發生資料遺失或連線遺失的情況。

當ESXi主機發生故障事件觸發vSphere FT機制後,系統將會以類似vSphere vMotion遷移技術,保留主要VM虛擬主機的MAC位址,並且當次要VM虛擬主機接手主要VM虛擬主機所有服務及應用程式時,此時次要VM虛擬主機除了轉換角色為主要VM虛擬主機外,也會發送「ARP」封包通知實體網路交換器更新MAC位址。


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