VPLEX 运维及异构存储双活使用实例技术手册 | 资料
【作者】陈萍春，现就职于某省农信社信息科技部，主要负责行内小型机及存储系统的管理与规划工作，拥有多年的系统、存储以及数据备份等运维工作经验。
1. VPLEX技术概述
DellEMC VPLEX是一种基于存储网络的联合解决方案，提供了异构存储卷管理的功能以及存储双活的技术。本文将着重介绍VPLEX运维相关技术以及分享银行异构存储双活案例。
1.1 VPLEX高可用的硬件架构
如上图所示，VPLEX一般只能集中到同一个机柜内部部署，可以分为小型（1引擎2控制器），中型（2引擎4控制器）以及大型（4引擎8控制器）这三种集群配置。
VPLEX集群组件都会预安装在DellEMC机架上，其硬件架构的高可用性体现在以下的方面：
1）引擎：每个引擎都包含两个独立的控制器。
2）I/O模块：每个控制器安装了四个FC I/O模块，分为两个前端模块（连接主机）和两个后端模块（连接存储）；另外还有两个I/O扩展模块，用于控制器间的数据路径和通信
3）备用电源：每个引擎由一个SPS提供后备电源，在电源故障时允许进行写缓存，防止数据丢失。
4）SAN交换机：配置了两个SAN交换机用于集群内部控制器之间的连接。
5）UPS：配备了UPS以避免短暂断电带来的业务停顿风险
1.2 VPLEX的逻辑对象配置
有别于一般的存储管理，VPLEX的逻辑管理过程是：先将后端的存储进行多层的逻辑封装，再将封装的虚拟卷分配给已注册的主机。逻辑关系如下图所示：
在VPLEX管理流程中，涉及了多个逻辑对象，下面将逐一介绍：
1）Storage Volume：其是通过claim存储阵列中的LUN生成的。
2）Extent：Extent可以对Storage Volume进行裁剪划分，也可以直接将Storage Volume封装为Extent。
3）Device：Device是通过Extent封装而来，可以选择1:1封装，也可以根据需要将多个Extent按照不同RAID方式组成更复杂的Device。另外Device 还有一种Distributed方式，它是由不同集群的Device组成的。
4）Virtual Volume：Virtual Volume是从Device创建的，属于VPLEX存储结构的顶层。只有Virtual Volume才可以被给前端主机访问。
5）Port：Port对应的是VPLEX连接主机HBA的前端口
6）Initiator：Initiator对应的则是主机的HBA。
7）Storage View：Storage View翻译为存储视图，它是上面提到的Port，Initiator以及Virtual Volume这些逻辑元素的集合，用于描述前端主机与VPLEX的映射关系。
1.3 VPLEX双活技术
VPLEX的存储虚拟化包括了Local、Metro和Geo三种不同应用场景的方案，Local对应可以实现本地站点的存储双活，Metro则实现的是同城双站点的存储双活，而Geo则是实现了远距离的存储异步复制。本节将重点介绍VPLEX的本地与同城双活技术。
1.3.1 VPLEX缓存技术概述
VPLEX的缓存技术可以总结为两点：分布式缓存一致性和缓存透写模式。
如上图所示为VPLEX分布式缓存一致性的技术原理图。依靠其缓存一致性技术，VPLEX所有引擎当做一个统一的引擎来对外服务，所有引擎的缓存可以整合成一个统一的内存，所以单一控制器或引擎出现故障时，其负载会转移到其他引擎和控制器中。
无论是同城双活还是本地双活，VPLEX都是采用了“write-through”（透写）的缓存模式，即VPLEX并没有实际意义上的写缓存，数据不并在VPLEX缓存，而是写到后端存储。只有后端存储返回写确认后，主机端的本次写操作才算完成。
1.3.2 本地双活
VPLEXLocal 集群最多扩展到4个引擎8个控制器的配置，Local Mirror技术是在Local集群下对异构存储卷进行虚拟化封装并实施镜像的技术，可以有效防范存储单点故障的风险。Local 镜像卷的创建有两种方式，可以通过使用两个extent来创建镜像的device，也可以先创建一个device，然后再附加一个extent。
主机对VPLEX Local 镜像卷的访问过程是：读操作是先访问VPLEX的缓存，如果缓存未命中，则会随机访问底层存储；写操作则是缓存透写模式，需要底层双活存储都返回写确认后才完成写操作。
1.3.3 同城双活
VPLEX同城双活是采用分布式镜像技术来实现的，相比于本地双活，Metro Mirror组建了跨站点的VPLEX集群，能有效防范站点失效风险。VPLEX同城双活有一定的距离限制，要求网络往返延迟（RTT）小于5ms，站点之间约小于100km。类似于Local镜像卷的创建，Metro Mirror卷也有两种创建方式：可以通过两个不同cluster的device创建镜像device，也可以先创建一个device，然后再附加一个device作为镜像。
VPLEX Metro镜像卷是跨站点的，不管哪个站点的主机访问VPLEX Metro镜像卷的方式都是一样的：读操作是先访问VPLEX的缓存，如果缓存未命中，则会访问底层存储，再返回数据给读缓存；写操作还是透写模式，需要底层的双活存储都返回写操作确认后才完成写操作。
2. VPLEX运维管理
2.1 管理工具
2.1.1 Web界面
VPLEX可以通过Web界面来管理。Web页面已经可以完成大部分的功能，包括：VPLEX状态信息、监控、存储配置、数据迁移以及监控。
2.1.2 CLI命令行
VPLEX还提供了命令行的管理方式，通过SSH登录到管理服务器上，并执行vplexcli命令可以进入CLI界面。如下图所示：
VPLEX的命令行依赖于树状层次的目录结构，除了一些全局命令外，很多命令都需要进入到特定的目录中去执行。CLI命令行可以完成所有的配置和管理工作，而且通过CLI可以完成大多数的跨集群的配置。常用的CLI命令参考如下：
巡检与状态监控命令：health-check(用于检查vplex软硬件健康状态信息)，rebuild status（用于查看数据拷贝速度）
配置信息查看：VPLEX的大部分配置信息都依赖于树状层次的目录，通过ls或者ll结合目录就可以查看配置信息，如llclusters/*/exports/storage-views/*可以查看所有storage view的信息，ll clusters/*/virtual-volumes/*可以用来查看所有虚拟卷的信息，
VPLEX逻辑配置命令：这部分的命令较多，比如extentcreate，local-device create等用于逻辑元素的创建；export storage-view命令可以用来配置storage view中的元素信息；device attach-mirror或者detach-mirror用来添加或者去除镜像。
2.1.3 管理API接口
VPLEX提供了RESTful规范的API，可以通过该API接口去调用CLI命令，并且API支持所有的CLI命令。
2.1.4 其他方式
VPLEX还支持SNMP协议，通过导入VPLEX的MIB库，可以从管理服务器上获取设备的硬件信息和性能数据。另外VPLEX还提供轻量级目录访问协议（LDAP）。
2.2 逻辑配置管理
由于VPLEX做了多层抽象和封装，基于VPLEX的存储管理的复杂性要更加复杂。VPLEX的逻辑配置管理工作主要需要完成三部分的工作：数据建模、数据抽取和数据展示
2.2.1 配置数据建模
定义数据对象：主机（storageview），HBA卡（initiator），虚拟存储卷（virtualvolume），存储卷（storagevolume），存储阵列（array）
定义对象关系：主机和HBA卡之间的从属关系（belong），主机和虚拟存储卷之间的映射关系（map），虚拟存储卷和存储卷之间的支撑关系（support），存储卷和存储阵列之间的包含关系（contain），模型图如下图所示：
2.2.2 配置数据抽取
VPLEX的配置数据可以通过调用CLI命令来获取，比如在VPLEXCLI的特定目下，通过ll命令就可以获取这些配置信息，也可以借助于编程语言通过VPLEX提供的RESTful API来获取相关配置数据。
2.2.3 配置数据展示
配置数据展示方式主要是配置表，可以尝试通过Neo4J为代表的图数据库来实现。实现效果图如下：
其中橙色点代表存储阵列，蓝色点代表存储卷，红色点代表虚拟存储器，灰色点代表主机，绿色点代表HBA卡
2.3 性能与状态监控
VPLEX性能和状态监控在Web界面中就有集成，如下图所示：
另外可以通过配置SNMP的方式来实现，另外通过API方式可以更好地定制化开发。
3.VPLEX异构存储双活案例
3.1 案例背景介绍
本案例采用双台VPLEX组成VPLEX-Metro集群配置，每台VPLEX包含2个引擎4个控制器。本案例重点介绍异构存储双活的配置，不再赘述VPLEX-Metro集群配置工作。
在本案例中涉及到了IBM DS8870、HDS VSP_F1500以及EMC VMAX三种品牌型号的存储，其中VMAX接入VPLEX cluster1，而DS8870、VSP_F1500则接入VPLEXcluster2中。存储阵列间的双活关系是：DS8870与VSP_F1500的存储卷组成VPLEX Local Mirror，VSP_F1500与VMAX的存储卷组成跨集群的VPLEX Metro Mirror。
3.2 SAN 组网
3.2.1 SAN 规划原则
VPLEX的端口规划原则最重要的是要高可用方面，需要满足如下的规则：
所有VPLEX端口（前端、后端、内部级联）都需要均分到两台SAN交换机
主机的HBA需要与VPLEX不同引擎和控制器的前端端口相连接，且不能全部连接控制器A或者控制器B
存储的HBA需要连接到VPLEX上的所有引擎和控制器
无论是lun到单个VPLEX控制器的路径，还是主机访问VPLEX分配的存储路径，4条访问路径都是优化后的选择。
3.2.1 SAN 端口规划
每台VPLEX共有4个控制器，每个控制器分别使用四个前端口和四个后端口接入SAN交换机，共计32个SAN端口；另外每个控制器还需要两个WAN口，用于内部互联，共计8个端口。这样每台VPLEX有40个端口平均接入两台SAN交换机。
考虑到VPLEX单个控制器到存储端4条路径的原则，即每个控制器提供两个端口连接存储上的两个端口。以单台SAN交换机来计算：
VPLEX：20个端口（8个前端，8个后端，4个内部链接），
存储：考虑到VPLEX是四控制器的配置，每台存储也只需要8个端口与VPLEX的后端口连接。
3.3 存储映射VPLEX的配置
3.3.1 DS8870配置
按照VPLEX的最佳实践，DS8870上创建映射关系时，hostconnect需要选择“Intel-Window 2003”profile，volgrp需要设置为“scsi map 256”类型，如下所示：
尤其需要注意的是volgrp作为卷组的集合，“scsi map 256”类型会限制该volgrp中存储卷数量最大只能255个。针对这种情况，只能通过增加存储端口与VPLEX的映射并且再新建一个volgrp来应对。
3.3.2 VMAX配置
为应用性能考虑，采用VP冗余方式划分磁盘，通过VP方式分配可用LUN，LUN Size根据应用系统需求划分大小，然后创建磁盘组（SG），创建主机端口（IG）和存储端口（PG），最后创建masking view。实现如图：
3.3.3 VSP_F1500配置
VSP_F1500采用端口映射方式，将lun映射给VPLEX的后端口。实现如图：
3.4 VPLEX上异构存储纳管
在完成SAN配置和存储映射之后，就可以在VPLEX上扫描识别到存储。首先是storage-volume claim。由于VPLEX对于异构存储uuid的识别能力不同，除了EMC的VMAX存储可以通过Web界面直接完成配置外，DS8870和VSP_F1500都需要通过命令行来完成。配置命令参考如下：
3.4.1 逻辑封装操作流程
在VPLEX存储纳管之后，还需要需要按照特定的逻辑封装流程来完成：
1）第一步是创建extent。extent是VPLEX对存储卷的第一层封装，具有由于需要实现存储双活镜像，在这一步就需要确保镜像卷的大小要保持一致。本案例中的三种存储虽然都是划分了63G的lun，但是底层大小并不完全一致，其中VMAX存储的lun略大一些，而DS8870C和VSP_F1500的lun比较标准是67645734912，这就需要在extent层裁减VMAX的存储卷大小。配置命令参考如下：
2）第二步是创建device。这里只是对extent卷做一个1:1的封装，后续可以在这个层次添加镜像。配置命令参考如下：
3）第三步是创建virtual volume。这里也是在之前device基础上直接创建，配置命令参考如下：
3.4.2 本地双活配置
上文已将DS8870C上的210B这个lun的虚拟化封装为虚拟卷，按照本地双活规划，还需要配置VSP_F1500上的一个lun，来组成本地双活卷。本地双活卷是在由两个相同大小的extent组成了device，所有只需要再创建一个extent_HDS_F1500_10bd，并将该extent添加为device层的镜像卷。配置命令参考如下：
可以通过web页面查看该存储卷的map信息如下：
3.4.3 同城双活配置
同城双活的配置也需要添加镜像卷，不同的是通过两个device组成了distributed device。以VMAX与VSP_F1500组成的分布式镜像卷为例，需要分别将这两台阵列的lun封装为device，再添加mirror，参考配置命令如下：
通过web页面查看该存储卷的map信息如下：
3.4.4 一致性组的创建
除了镜像卷的配置外，还需要完成一致性组的策略（consistency-group）的策略配置，并将该镜像卷添加到一致性组中。其配置步骤如下：
1）创建一致性组
一致性组给组内的虚拟卷提供了相同的公共属性集，一般将相同数据库或服务器使用的虚拟卷单独放入一致性组，其创建命令参考如下：
2）配置一致性组集群属性
配置一致性组的属性，需要先进入到新创建的一致性组的目录中，再设置一致性组集群相关属性。参考配置命令如下：
3）配置分离规则
分离规则是VPLEX的远距离集群间出现中断时，确保一致性组I/O处理的预定义规则。VPLEX中可以设置winner:cluster-1，winner:cluster-2，或者No Automatic Winner等规则，即定义哪个集群是优先站点。而且将一般分离计时器设为5秒，参考配置命令如下：
另外还需要设置“auto-resume-at-loser”属性，即失效后的自动恢复，参考配置命令如下：
4）一致性组中添加创建的双活虚拟卷
配置完一致性组策略后，就可以在一致性组中添加已创建的虚拟卷，参考配置命令如下：
3.5 VPLEX上主机映射
完成了上述的异构存储纳管的配置后，就可以将虚拟存储卷分配给主机。VPLEX主机映射分为三个步骤：
1）VPLEX上注册主机HBA卡(注册initiator)
查看主机HBA卡的WWN信息，在确认SAN配置完成后，在VPLEX上通过exportinitiator-port命令可以完成注册，参考配置命令如下：
2）VPLEX上创建Storage View
每个主机可创建一个Storage View，分别添加对应的VPLEX前端Port和主机的initiator。参考配置命令如下：
3）Storage View添加虚拟卷
再将之前创建的双活虚拟卷，分配给新创建的Storage View，参考配置命令如下：
3.6 异构存储双活方案总结
上文详细的介绍了三种异构存储阵列实施双活的步骤，可以很明显的看出，该方案最关键的还是在于VPLEX对于异构的存储的纳管的过程。而异构存储被封装成extent之后，VPLEX即能无差别化的管理这些存储卷。
异构存储双活方案解决了两个方面的问题：一是满足了存储双活的需求，而是对于双活存储避免了同一品牌的限制。但是凡事有利有弊，异构存储的存储双活方案本身也存在着一些弊端，比如说存储层面的复杂度变高，比如是异构存储的兼容性问题，比如说异构存储间的性能差异导致的木桶效应等等。
4.VPLEX相关故障场景及异常处理
4.1 双活架构下存储故障场景
存储双活架构能有效防范存储单点故障风险，单存储节点失效依然能保证主机访问存储的可用性。但依然会有一些极端场景，比如笔者遇到过单台存储触发bug，存储控制器不停出现warm start。在这种场景下，VPLEX会持续去判定存储的失效情况，造成主机业务系统无法正常运行。VPLEX会不停地重建镜像卷设备，这种情况也是无法实施断开镜像的操作。最简单有效的解决方法只有断开存储的SAN连接。
4.2 VPLEX故障场景
VPLEXMetro镜像卷都会设置优先站点，如果是非优先站点失效，则优先站点可以访问镜像卷；而如果是优先站点的VPLEX失效，非优先站点是无法访问镜像卷，需要修改镜像卷的优先站点属性。当站点恢复后，镜像卷会开始自动重建。一般来说，VPLEX集群的高可用程度较高，即使发生VPLEX集群整体失效的情况，也可以通过将存储卷重新映射给主机来恢复生产。
4.3 同城链路故障场景
同城之间存储链路的故障包括闪断、部分中断、中断等场景，一般来说链路故障场景都不会影响到主站点的主机层应用的运行，但也可能在链路故障后的极短时间内出现存储写延迟较高的情况，这是因为VPLEX对于故障有个判定时间。对于同城链路完全中断的情况，VPLEX会在链路恢复后自动开始同城镜像卷的重建。当然镜像卷的重建也会一定程度地消耗前端的I/O，增加存储的响应时间。
4.4 LUNZ盘的影响及处理
LUNZ盘又戏称为“鬼盘”，在VPLEX里提前默认分配给主机的lun ID为0的设备。在VPLEX给主机映射了存储卷之前，需要先删除LUNZ盘。如果没有即使删除LUNZ盘，AIX系统中会出现第一块存储卷的存储路径缺失，Linux系统则可能会无法访问第一块存储卷。LUNZ盘需要删除，但是lun ID为0的盘也是需要的,特别是VPLEX移除磁盘的映射关系的过程中容易丢失lun 0盘。lun 0盘缺失会使得VPLEX微码升级过程中存在数据丢失风险。
参考资料
h7139 EMC VPLEX实施和规划最佳做法技术说明 h7113 EMC VPLEX Metro Witness Technology and HighAvailability h8232 EMC VPLEX 5.0体系结构指南
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