چالش های فضای ذخیره سازی در مجازی سازی دسکتاپ

چالش انتخاب فضای ذخیره سازی در مجازی سازی دسکتاپ (VDI) یکی از مهمترین و اصلی‌ترین چالش‌هایی می‌باشد که مدیران و کارشناسان انفورماتیک با آن درگیر می‌باشند، چرا که تاثیر مستقیم بر روی عملکرد نرم‌افزارها و سرویس‌ها در مجازی سازی دسکتاپ دارد و می‌تواند موجبات نارضایتی کاربران را به همراه داشته باشد، یکی از فاکتورهای حیاتی در بحث فضای ذخیره سازی در مجازی سازی دسکتاپ انتخاب هارد دیسک مناسب و همچنین تعداد هارد دیسک‌ها می‌باشد. بدون شک انتخاب نادرست فضای ذخیره سازی و فاکتورهای تاثیر گذار آن، کل پروژه مجازی سازی دسکتاپ (VDI) را با شکست مواجه خواهد نمود.

برای درک بهتر چالش فضای ذخیره سازی در مجازی سازی دسکتاپ بهتر است گام به گام جلو رفته و با تعاریف پایه و اولیه‌ای از انواع هارد دیسک، درگاه‌ یا پورت‌های ارتباطی هارد دیسک‌ها و انواع فضای ذخیره سازی آشنائی داشته باشیم:

انواع هارد دیسک

هارد دیسک، برای نگهداری و ذخیره داده‌ها بکار برده می‌شود؛ این داده‌ها می‌تواند داده‌های سیستم عامل، نرم افزار، انواع فایل و اطلاعات سازمانی باشد. نماد هارد دیسک در انگلیسی HDD می‌باشد که مخفف hard disk drive است.

در ادامه به بررسی انواع هارد دیسک می‌پردازیم:

الف) هارد دیسک‌های مکانیکی

هارد دیسک مکانیکی از دیسک، بازو و موتور در یک پوشش فلزی ساخته شده و دارای برد کنترل می‌باشد. این نوع از هاردها در دو سایز مختلف 2.5 و 3.5 اینچی ساخته می‌شوند. سرعت خواندن و نوشتن داده‌ها در هارد دیسک‌های مکانیکی بستگی به سرعت حرکت موتور آن دارد که نامگذاری هارد دیسک‌های مکانیکی نیز بر اساس میزان سرعت دور موتور در دقیقه می‌باشد:

1) هارد دیسک 7200RPM: این نوع هاردها در کامپیوتر و لپ‌تاپ‌های شخصی کاربرد دارند.

2) هارد دیسک 10K (10.000 دور در دقیقه): این نوع از هارد دیسک‌ها بیشتر در سرورها و فضای ذخیره سازی SAN و NAS کاربرد دارند.

3) هارد دیسک 15K (15.000 دور در دقیقه): این نوع از هارد دیسک‌ها بیشتر در سرورها و فضای ذخیره سازی SAN و NAS کاربرد دارند.

ب) هارد دیسک‌های SSD

هارد دیسک SSD (Solid State Drive): این نوع هاردها برخلاف هارد مکانیکی، فاقد ساختار مکانیکی مانند موتور، بازو و دیسک می‌باشند و برای ذخیره‌سازی داده‌ها از تکنولوژی IC (Integrated Circuit) در ساختار خود استفاده می‌نمایند. حذف ساختار مکانیکی باعث کاهش وزن و اندازه هارد دیسک‌های SSD شده است. تفاوت اصلی هارد دیسک‌های HDD و SSD در همین ساختار مکانیکی و الکترونیکی بودن آنهاست، بدین معنی که هارد دیسک‌های HDD ساختار الکترومکانیکی دارند و در مقابل هارد دیسک‌های SSD از ساختار الکترونیکی بهره می‌برند. در هارد دیسک‌های SSD، اطلاعات برروی Flash NaND ذخیره می‌‌شوند.

انواع هارد‌های SSD

• SATA SSD: این نوع هارد دیسک‌ها جزو اولین نسل هاردهای SSD می‌باشند. سرعت خواندن اطلاعات در آنها پنج برابر بیشتر از هارد دیسک‌های مکانیکی است. سرعت آن‌ها ۵۷۰ مگابایت در ثانیه می‌باشد.
• NVMe SSD: این نوع هارد دیسک‌ها از سال 2013 روانه بازار شده است. NVMe مخفف Nonflatile Memory Express می‌باشد. این هارد از نظر دسته‌بندی در گروه هارد‌های SSD قرار می‌گیرد. هارد دیسک NVMe SSD به اسلات PCI روی مادربرد، متصل می‌شود‌.

مزایای هارد دیسک‌های SSD

از جمله مزایای هارد دیسک‌های SSD حفظ حالت شارژ و دشارژ بدون منبع انرژی می‌باشد، در نتیجه در گروه حافظه‌های غیرفرار جای می‌گیرد. علاوه بر آن، این نوع از هارد دیسک‌ها بدلیل عدم استفاده از ساختار مکانیکی از سرعت انتقال داده بالاتر، سر و صدای کمتر و مقاومت بالاتری در برابر ضربه برخوردار می‌باشند. از طرف دیگر کاهش مصرف انرژی و تولید گرمای کمتر نه تنها به افزایش سرعت سیستم کمک کرده بلکه باعث صرفه‌جوئی در مصرف باتری لپ‌تاپ و افزایش طول عمر مادربرد آن شده است.

معایب هارد دیسک‌های SSD

در کنار تمام مزایای این نوع از هارد دیسک‌ها، نقاط ضعفی نیز دارند که به ویژگی الکترونیکی آن ها بر می‌گردد. هارد دیسک‌های SSD قابلیت حذف اطلاعات سلول به سلول را ندارند و تمام اطلاعات آن بصورت بلوک حذف می‌شود؛ چرا که ولتاژ زیادی برای این امر لازم است و علاوه بر آن اطلاعات فایل‌های مجاور را نیز تحت تاثیر قرار می‌دهد. عیب دوم هارد دیسک‌های SSD قیمت آن‌ها می‌باشد که از هارد دیسک‌های معمولی HDD گران‌تر می‌باشد. از دیگر معایب هارد دیسک‌های SSD می‌توان به عدم بازیابی اطلاعات اشاره کرد، البته این مورد به میزان آسیب هارد بستگی دارد.

نکته آخر اینکه هارد دیسک‌های SSD امکان Raid بندی را دارند ولی هارد دیسک‌های NVMe SSD را نمی‌توان Raid بندی نمود. لذا در تهیه هارد دیسک فضای مجازی سازی باید به این نکته دقت کرد که نباید اطلاعات حساس و سازمانی در این نوع از هارد دیسک‌ها ذخیره گردد و صرفا برای نرم‌افزارهای محاسباتی یا سرویس‌هایی که نیاز به سرعت Read/write بالائی دارند مناسب می‌باشند.

انواع پورت یا درگاه هارد دیسک‌ها

پورت PATA

PATA مخفف عبارت Parallel advanced technology attachment می‌باشد که در سال 1986 اولین هارد دیسک‌های PATA به بازار عرضه شدند. کابل‌های پورت PATA دارای دو کانال می‌باشند که امکان اتصال به مادربرد را فراهم می‌نمودند. در پورت PATA هر کامپیوتر ظرفیت اتصال حداکثر 4 هارد دیسک را داشت.

پورت ساتا SATA

SATA مخفف عبارت Serial Advanced Technology Attachment است. این پورت جایگزین پورت PATA شد. هاردهای  SATA از کابل‌های بسیار نازک برای اتصال به مادربرد استفاده می‌کنند. در این هارد دیسک‌ها همان طور که از اسم آن نیز مشخص است اطلاعات به صورت سریالی انتقال می‌یابد.

پورت SCSI

پورت SCSI برای اتصال هارد دیسک‌ها و سایر دستگاه‌ها به کامپیوتر استفاده می‌شود. SCSI بر اساس تکنولوژی Shugart Associates System Interface یا SASI ساخته شده است که بعدا به تکنولوژی SCSI تکامل یافت. به طور کلی انواع پورت‌ها و رابط‌های فیزیکیِ رسانه‌های ذخیره سازی مثل هارد درایوها و همچنین درایوهای نوری از تکنولوژی SCSI پشتیبانی می‌کنند. SCSI به طور کلی عملکرد بهتری را نسبت به PATA ارائه می‌دهد اما استفاده از SCSI در سیستم‌های خانگی چندان مرسوم نمی‌باشد و علاوه بر آن رسانه‌های ذخیره ساز پشتیبانی کننده SCSI گران قیمت هستند.

رابط‌های SCSI همانند سایر رابط‌ها به طور مستقیم دستگاه‌های ذخیره سازی را به ماردبورد سیستم متصل می‌نمایند، کابل رابط‌های SCSI با نام کابل Ribbon شناخته می‌شوند.

نسخه‌های مختلفی از SCSI وجود دارد که بر اساس طول کابل، سرعت انتقال داده و تعداد دستگاه‌های قابل اتصال تعریف شده‌اند. در سال 1986 نسخه‌های اولیه از SCSI از اتصال همزمان 8 عدد دستگاه SCSI پشتیبانی می‌کردند که سرعتی معادل با 5MB/s را فراهم می‌کردند.

SCSI-1

این نوع SCSI به narrow SCSI معروف است که دارای 50 عدد پین می‌باشد. این نسخه از SCSI از سرعتی معادل 5 مگابایت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. Narrow SCSI از 8 بیت Bus استفاده می‌کند که قابلیت پشتیبانی از 8 عدد دستگاه SCSI را دارد.

SCSI-2

این نسخه از SCSI دارای کابل‌های 25، 50 و یا 68 پینی می‌باشد که به fast SCSI معروف بود، چرا که توان انتقال داده‌ با سرعت 10MBps را داشت. (دو برابر سریعتر از SCSI-1) اما همچنان مانند SCSI-1 از 8 دستگاه SCSI پشتیبانی می‌کند.

Fast wide SCSI نسخه بروز شده‌ی Fast SCSI می‌باشد که از 16 دستگاه SCSI پشتیبانی می‌کند و سرعتی معادل 16MBps دارد.

SCSI-3

این نسخه از SCSI از کابل‌های 50، 68 و یا 80 پینی استفاده می‌کند که رایج‌ترین آنها کابل 80 پینی بوده و Single Connector Attachment یا SCA می‌باشند. این نسخه از SCSI به نام Ultra SCSI نیز معروف است.

آخرین نسخه SCSI،  SCSI-16 بیتی (Ultra-640)Fast-320  است. این نسخه در سال 2003 با سرعت انتقال 640 Mbps به بازار عرضه شد. SCSI-16 امکان اتصال به 16 دستگاه با استفاده از کابل حداکثر تا 12 متر را دارد.

شاخص IOPS

IOPS مخفف عبارت Input/output Operations per Second به معنای تعداد ورودی و خروجی داده در هر ثانیه می‌باشد که یک واحد استاندارد و رایج برای ارزیابی عملکرد انواع تجهیزات ذخیره‌ساز مانند هارد دیسک مکانیکی (HDD)، درایوهای حالت جامد (SSD) و… استفاده می‌شود. IOPS میزان خواندن و نوشتن اطلاعات در انواع رسانه‌های ذخیره‌ساز را مشخص می‌کند.

اندازه‌ی IOPS به ورودی I/O یا بلاک دیتا، عملکرد نوشتن و خواندن یا I/O stream در ذخیره‌ساز بستگی دارد. به ‌عنوان مثال دور موتور در ماشین بسیار به حالت رانندگی، تعویض دنده و سرعت بستگی دارد.

برای آشنائی بیشتر با شاخص IOPS می توانید مقاله زیر را مطالعه بفرمائید.

انواع فضای ذخیره سازی

الف) DAS

فضای ذخیره سازی است که به صورت مستقیم به بورد اصلی سیستم متصل می‌شود و می‌توان از آن استفاده نمود. به عنوان مثال به هارد دیسک های مکانیکی (HDD) و SSD اشاره کرد که مستقیما به مادربرد سیستم کامپیوتری متصل می شوند.

ب) NAS

NAS فضای ذخیره سازی  است که از طریق IP می‌توان به آن متصل شد. بدین معنی که اگر شما دارای یک سرور فیزیکی هستید که بر روی آن ویندوز، لینوکس یا  Hypervisor (که بر روی Hypervisor، VMهای ویندوز یا لینوکس وجود دارد) نصب شده باشد، می‌توانید از طریق پروتکل‌های مختلف مانند NFS یا SMB به NAS Storage متصل شوید. به عبارت دیگر، NAS یک فایل سرور است که از طریق شبکه می‌توانید به آن متصل شوید. در واقع NAS فایل سیستم مخصوص به خود را دارد و شما نمی‌توانید بر روی آن یک NTFS، EXT4، EXT3 یا یک VMFS (فایل سیستم شرکت VMware) پیاده سازی یا راه اندازی نمایید.

ج) SAN

SAN از لحاظ نوع استفاده مانند DAS می‌باشد، با این تفاوت که می‌توان با پروتکل های مختلفی از راه دور به آن متصل شد. مثلا شما دارای یک سرور هستید که سوئیچ های مخصوص به خود یعنی SAN Switch را داراست و از طریق آن می‌توانید به SAN Storage متصل شوید و از آن فضای ذخیره سازی همانند فضای ذخیره سازی که DAS در اختیار شما قرار می‌دهد، استفاده کنید و فایل سیستم مخصوص به خود را بر روی آن پیاده سازی کنید.

در اصطلاح گفته می‌شود، NAS ها، File-level ولی SAN ها Block-level هستند؛ یعنی به Block های دیسک هایی که داخل SAN Storage قرار دارند می‌توان وصل شد و استفاده نمود. پروتکل های مختلفی وجود دارند که از طریق آن ها می‌توانیم به فضاهای ذخیره سازی که به صورت SAN هستند متصل شویم؛ مانند FC، FC over Ethernet، حتی پروتکل IP (البته اگر SAN Storage شما آن را پشتیبانی کند). تمامی این موارد با جزئیات در طول دوره VMware Mega Course بررسی و راه اندازی خواهد شد.

https://nessom.net/aam#43

فضای ذخیره سازی در مجازی سازی دسکتاپ

 

اولین نکته‌ای که باید در مجازی سازی بدانیم: مقایسه‌ی عملکرد هارد دیسک در مجازی سازی با یک سیستم معمولی خانگی اشتباه محض می‌باشد.

اکثر مواقع فاکتورهای تاثیر گذار در انتخاب هارد دیسک برای کامپیوترهای شخصی یا سازمانی و لپ‌تاپ، نوع هارد دیسک از نظر HDD یا SSD بودن و فضای مورد نیاز می‌باشند و دیگر فاکتورها نادیده گرفته می‌شود. ولی در بحث مجازی سازی بخصوص مجازی سازی دسکتاپ (VDI) بایستی فاکتور دیگری را که بسیار مهم بوده و اغلب نادیده گرفته می شود را در اولیت قرار دهیم و آن شاخص IOPS می‌باشد. امروزه RAM و CPUها به اندازه کافی سریع و قدرتمند می‌باشند ولی سرعت خواندم /نوشتن (R/W) هارد دیسک‌ها همواره کمتر از RAM، CPU و حتی کارت شبکه می‌باشد. در نتیجه چالش اصلی افزایش سرعت خواندن و نوشتن هارد دیسک‌ها و نزدیک کردن آن به سرعت RAM و CPU می‌باشد.

 

 

در انواع مجازی سازی از جمله مجازی سازی سرور، مجازی سازی دسکتاپ و مجازی سازی فضای ذخیره سازی همواره باید در نظر داشته باشیم که هاردهای ما از لحاظ فیزیکی مشترک می‌باشند. بدین معنی که به صورت اشتراکی و همزمان توسط چندین کاربر مورد استفاده قرار می‌گیرند و عمل خواندن و نوشتن آنها را همزمان انجام می‌دهند. میزان فضای ذخیره سازی مورد نیاز عددی است که همواره می توان راحت در مورد آن صحبت کرد. ولی موضوع مهمی که ما در مجازی سازی دسکتاپ راجع به آن صحبت می‌کنیم، توانایی خواندن و نوشتن هارد دیسک‌ها می‌باشد.

در دنیای مجازی سازی بخصوص مجازی سازی دسکتاپ ابتدا باید در مورد توانائی دیسک در خواندن و نوشتن صحبت کنیم. سپس در مورد ظرفیت

و در نهایت در مورد فضای ذخیره سازی NAS, SAN, DAS و در ادامه در مورد Raid بندی.

شاخصی که برای ما در دنیای مجازی سازی دسکتاپ مهم می‌باشد شاخص IOPS می‌باشد. شاخص IOPS یکی از حیاتی‌ترین مقادیری است که می‌تواند پروژه VDI را به چالش کشانده و حتی منجر به شکست پروژه گردد.

در مجازی سازی دسکتاپ (VDI) بایستی مقدار IOPS هر کاربر را بدرستی محاسبه نمود. چرا که تمامی فعالیت‌های کاربر اعم از کلیک بر روی صفحه دسکتاپ، حرکت دادن ماوس و نرم افزارهای مورد استفاده کاربر مانند Excel، مرورگرها بر روی مقدار شاخص IOPS تاثیر مستقیم دارد.

دنیای مجازی سازی امکان رزرو کردن RAM و CPU برای ماشین‌های مجازی وجود دارد. ولی در موضوع هارد دیسک این امکان وجود نداشته و هارد دیسک‌ها کاملا بصورت اشتراکی استفاده می‌شوند. در نتیجه نمی‌توان گفت که هر کاربر از یک هارد دیسک بخصوص استفاده کند. چرا که در این صورت مباحثی مانند Raidبندی، SAN یا DAS بودن فضای ذخیره سازی و قابلیت‌هایی همچون HA و FT وجود نخواهد داشت.

پس اولین قدم در دنیای مجازی سازی بخصوص مجازی سازی دسکتاپ (VDI) محاسبه شاخص IOPS برای هر کاربر می‌باشد. به عنوان مثال کاربری می‌تواند شاخص IOPS برابر با 700  داشته باشد که برابر است با 8 هارد دیسک 10k!!!!

در حالیکه می‌توان نیاز همچنین کاربرانی را با یک هارد دیسک SSD معمولی پوشش داد.

نکته دوم اینکه

توصیه می‌شود در مجازی سازی دسکتاپ (VDI) از هارد دیسک‌های 10K به هیچ عنوان استفاده نشده و از هارد دیسک‌های 15K بنابه شرایطی که در ادامه توضیح داده می‌شود، استفاده گردد.

همانطور که می دانید در سیستم عامل ویندوز محل ذخیره‌سازی بخش پروفایل و بخش رجیتسری ویندوز کاربران کاملا از هم جدا هستند. در مجازی سازی دسکتاپ (VDI) این بخش رجیستری ویندوز کاربران هست که برای ما چالش برانگیز بوده و بایستی بر روی هارد دیسک‌های SSD ذخیره گردند. پروفایل کاربران همانند FileServer می‌تواند بر روی هارد دیسک های 15K قرار گیرد. باز توصیه اکید می‌شود حتی پروفایل کاربران و فایل سرور بر روی هارد دیسک‌های 10K ذخیره نگردند.

 

در مجازی سازی دسکتاپ (VDI) تعداد هارد دیسک تاثیر مستقیمی بر روی پروژه دارد، چرا که IOPS بیشتری را می‌تواند به ما بدهد. از طرف دیگر می‌تواند تا حدی تاثیر منفی نیز داشته باشد ولی مزیت آن به مراتب بیشتر از تاثیر منفی آن می‌باشد، برای مثال برای ظرفیت 6TB بهتر است به جای استفاده از 2 هارد دیسک 3TB از 6 عدد هارد دیسک 1TB استفاده شود.

 

دیگر فاکتورهای تاثیر گذار هارد دیسک‌ها در مجازی سازی دسکتاپ (VDI)

نوع Raidبندی، نوع فضای ذخیره سازی (SanStorage, NasStorage, DAS-Storage)، نحوه دسترسی به فضای ذخیره سازی (به عنوان مثال جهت دسترسی به NasStorage از پروتکل TCP/IP و برای دسترسی به SanStorage از STORAGE NETWORKING استفاده می‌شود.

فاکتور «نحوه دسترسی به فضای ذخیره سازی»

شاید شاخص IOPS یک هارد دیسک مقدار خوبی داشته باشد ولی ممکن است در فضای ذخیره سازی SanStorage یا DasStorage از اینترفیس‌های 4G استفاده شده باشد. یا اینکه در NasStorage از کارت شبکه 1G استفاده شده باشد در نتیجه تاثیر منفی بر روی IOPS خواهد داشت. همانطور که اشاره شد داده‌های رجیستری ویندوز کاربران و پروفایل کاربران بر روی هارد دیسک‌های فضای ذخیره سازی ذخیره گردیده و از طریق شبکه در اختیار کاربران قرار داده می‌شود. در نتیجه هر نوع اختلال شبکه‌ای مابین ماشین‌های مجازی کاربران و پروفایل آنها می‌تواند باعث کندی و بروز Bluescreen و Freeze شدن دسکتاپ کاربران شود.

فاکتور «Raidبندی فضای ذخیره سازی»

از آنجائیکه داده‌های پروفایل و FileServer می‌تواند بر روی هارد دیسک‌های 15K باشد. توصیه می‌شود این هارد دیسک‌ها از لحاظ فیزیکی RAIDبندی کاملا متفاوتی با هارد دیسک‌های ویندوز کاربران داشته باشند. چرا که داده‌های اصلی کاربران در پروفایل و FileServer قرار داشته و لازم است در انتخاب نوع هارد دیسک دقت بیشتری نمود. ولی در مورد هارد دیسک‌های درنظر گرفته شده برای فایل‌های ویندوز کاربران می‌توان از هارد دیسک‌های SSD معمولی استفاده نمود.

مورد دیگری هم باید در نظر داشت: لاگین کاربران که بر روی پروفایل می‌باشد می‌تواند سرعت را بسیار پائین آورده و چه از لحاظ باز کردن فایل و چه از لحاظ ورود کاربر تاثیر نامطلوب بر روی کارکرد کاربران در مجازی سازی دسکتاپ داشته باشد. لذا برای تمام این موارد نوع دیسک و شاخص IOPS می‌تواند تاثیر گذار باشد.

نتیجه گیری کلی

در دنیای مجازی سازی دسکتاپ (VDI) ما باید فاکتورهای زیر را در فضای ذخیره سازی در نظر بگیریم:

الف) برآورد شاخص IOPS مورد نیاز کاربران و انتخاب هارد دیسک‌های متناسب با شاخص IOPS

ب) پرهیز از استفاده از هارد دیسک‌های 10K در پروژه‌های مجازی سازی دسکتاپ

ج) تمایز قائل شدن بین هارد دیسک‌های پروفایل کاربران و رجیستری ویندوز کاربران و انتخاب هارد دیسک ها و Raidبندی اختصاصی برای هر کدام از آنها.

د) دقت در انتخاب Interface فضای ذخیره سازی