VMware vSAN 9

VMware vSAN 9 ist die aktuelle Generation von VMwares softwarebasiertem SDS‑Stack in VMware Cloud Foundation 9 und bildet das zentrale Storage‑Subsystem für moderne HCI‑Cluster. Der Fokus liegt auf Express Storage Architecture (ESA), globaler Deduplizierung, nativer vSAN‑Replikation, HCI Mesh und optimierter Unterstützung für AI‑/High‑IO‑Workloads.

Grundlagen: Was ist VMware vSAN 9?

vSAN 9 ist ein verteilter Storage‑Layer, der lokale NVMe/SSD‑ oder HDD‑Ressourcen der ESXi‑Hosts zu einem gemeinsamen Datastore zusammenfasst. VMs sehen diesen vSAN‑Datastore wie ein klassisches Shared‑Storage‑System, tatsächlich liegen die Daten jedoch als verteilte Objekte über alle Cluster‑Knoten hinweg.

Kernprinzipien:

• Hyperkonvergente Architektur: Compute und Storage laufen auf denselben ESXi‑Hosts, Kapazität und Performance skalieren mit jedem zusätzlichen Host.
• Policy‑Based Management: Verfügbarkeit, Performance und Data‑Services werden per Storage‑Policy pro VM bzw. VMDK definiert (z. B. FTT, RAID‑Level, Kompression).
• Tiefe Integration in vSphere/VCF: Konfiguration, Monitoring und Automatisierung erfolgen über vCenter und VMware Cloud Foundation.

Mit vSAN 9 werden diese Prinzipien um globale Deduplizierung, vSAN‑zu‑vSAN‑Replikation und Performance‑Optimierungen erweitert, insbesondere in ESA‑Clustern.

Speicherarchitektur: OSA vs. ESA

vSAN kennt zwei Speicherarchitekturen: die klassische Original Storage Architecture (OSA) und die neuere Express Storage Architecture (ESA).

Original Storage Architecture (OSA)

OSA basiert auf Disk‑Groups mit Cache‑ und Capacity‑Devices.

• Jede Disk‑Group besteht typischerweise aus einer SSD als Cache‑Layer (Write‑Buffer, Read‑Cache) und mehreren Kapazitätslaufwerken (SSD/HDD).
• Datenobjekte werden in Komponenten zerlegt und gemäß Storage‑Policy repliziert oder erasure‑codiert über OSA‑Disk‑Groups verteilt.
• OSA‑Cluster eignen sich für gemischte Flash/HDD‑Konfigurationen und bieten Migrationspfade aus älteren vSAN‑Versionen.

In vSAN 9 wird OSA weitergeführt, u. a. mit vergrößerter Buffer‑Device‑Kapazität und optimiertem Boot‑Verhalten.

Express Storage Architecture (ESA)

ESA wurde für All‑Flash‑Cluster mit NVMe/SSD optimiert und ist seit vSAN 8 die präferierte Architektur für neue Deployments, in vSAN 9 weiter ausgebaut.blogs.Charakteristika:

• Single‑Tier‑Design: Alle Devices in einem Host gehören zu einem flachen, gemeinsamen Storage‑Tier; es gibt keine Disk‑Groups mit dediziertem Cache‑Device mehr.
• Inline‑Kompression & Data‑Services im optimierten Datenpfad: Kompression erfolgt vor dem Senden über das Netzwerk; Datenpfad und Metadaten‑Handling sind auf niedrige Latenz und hohe IOPS ausgelegt.
• Lineare Skalierung: vSAN ESA erreicht bis zu 300.000 IOPS pro Node mit konsistenten sub‑Millisekunden‑Latenzen und skaliert Performance und Kapazität mit der Clustergröße.

ESA ist klar auf moderne NVMe‑Hardware und Workloads mit hohen IO‑Anforderungen (Datenbanken, AI/ML, In‑Memory‑Workloads) ausgerichtet.

Objekte, Komponenten und Storage Policies

vSAN speichert VM‑Dateien als Objekte auf dem vSAN‑Datastore.

Objektmodell

• Jede VMDK, jede VM‑Konfiguration und jeder Snapshot wird als Objekt abgebildet.
• Objekte werden in Komponenten gesplittet, wenn sie bestimmte Größen oder Failover‑Anforderungen überschreiten, und über mehrere Hosts verteilt.

Dieses Objektmodell erlaubt granulares Rebuild‑Verhalten und flexible Platzierung gemäß Policies.

Storage Policy Based Management (SPBM)

SPBM ist das zentrale Steuerungsinstrument für vSAN‑Verhalten.

Typische Policy‑Parameter:

• Failures to Tolerate (FTT): Anzahl der Host‑/Disk‑Group‑Ausfälle, die ohne Datenverlust toleriert werden sollen (z. B. FTT=1,2).
• Failure Tolerance Method (FTM): RAID‑1 (Mirroring), RAID‑5/6 (Erasure Coding) oder Kombinationen.
• Checksum, Kompression, Deduplizierung: Aktivierung von Data‑Services pro VM/Volume, insbesondere in vSAN 9 mit globaler Dedup‑Option (ESA).

Policies werden VMs oder einzelnen VMDKs zugewiesen; vSAN sorgt im Hintergrund dafür, dass Objekte entsprechend aufgebaut und bei Konfigurationsänderungen neu balanciert werden.

Neue Funktionen in vSAN 9

vSAN 9 bringt mehrere markante Neuerungen, vor allem in ESA‑Clustern und im VCF‑Kontext.

Clusterweite globale Deduplizierung

Mit VCF 9.0 führt VMware eine softwarebasierte globale Deduplizierung für vSAN ein.

Merkmale:

• Post‑Process‑Dedup: Die Deduplizierung läuft asynchron im Hintergrund, wenn CPU‑Ressourcen verfügbar sind, um Auswirkungen auf Latenzen zu minimieren.
• Clusterweiter Deduplizierungs‑Scope: Anders als traditionelle Arrays mit dedup‑Domänen hinter einem Controller gilt die vSAN‑Dedup‑Domäne für den gesamten vSAN‑Cluster.
• Reduzierung des Speicherbedarfs um bis zu Faktor 8: Besonders effizient bei stark redundanten Daten (z. B. viele ähnliche VMs, VDI, Templates).

Diese Funktion adressiert explodierende Datenvolumen und hilft, die Kosten pro TB in All‑Flash‑Clustern zu senken.

vSAN‑zu‑vSAN‑Replikation (vSAN Data Protection)

In VCF 9.0 wird vSAN‑zu‑vSAN‑Replikation als native, asynchrone Replikationslösung eingeführt.

• Baut auf vSAN Data Protection und Snapshots auf.
• Repliziert Snapshots von einem vSAN‑ESA‑Datastore zu einem anderen vSAN‑ESA‑Datastore (HCI‑ oder disaggregierte Cluster).
• Unterstützt immutable, crash‑konsistente „Deep Snapshots“ für Ransomware‑Resilienz und schnelle Wiederherstellung.

Damit steht eine kostengünstige, vSAN‑native Alternative zu arraybasierten Replikationslösungen zur Verfügung, ideal für DR‑Standorte und Remote‑Cluster.

Performance‑Optimierungen & Traffic Separation

vSAN 9 optimiert den Datenpfad und ermöglicht eine Trennung von Compute‑ und Storage‑Traffic.

• Verbesserter interner I/O‑Pfad und Metadaten‑Handling, insbesondere für vSAN File Services.
• Traffic Separation: Separate Netzwerke für Compute‑ und Storage‑Ressourcen ermöglichen Bump‑in‑Performance von bis zu 25 % in Speicherclustern.
• Dies erlaubt, compute‑seitig kleinere/ günstigere Netzwerke zu nutzen, während vSAN weiterhin auf hochbandbreitigen Links laufen kann.

In ESA‑Clustern profitieren vor allem AI‑ und latenzkritische Workloads von diesen Optimierungen.

vSAN 9 für AI‑ und moderne Workloads

AI‑Workloads, In‑Memory‑Datenbanken und analytische Anwendungen stellen hohe Anforderungen an Storage‑Latenz und Durchsatz.

vSAN ESA in vSAN 9 bietet hierfür:

• Bis zu 300.000 IOPS pro Node bei konsistenten sub‑Millisekunden‑Latenzen in AI‑typischen Lastprofilen.
• Lineare Skalierung von Performance und Kapazität mit der Clustergröße.
• Verbesserte „Advanced Memory Tiering“ in Kombination mit vSphere, die über DRAM–NVMe‑Tiering effektiv nutzbare Speicherkapazität auf Host‑Ebene erhöht und VM‑Dichte steigert.

Damit wird vSAN 9 zu einer relevanten Option für AI/ML‑Workloads in On‑Prem‑VCF‑Umgebungen, insbesondere wenn GPU‑Hosts über vSAN‑Datastores versorgt werden.

vSAN Storage Cluster, HCI Mesh und Desaggregation

vSAN Storage Cluster

vSAN‑Speichercluster werden über vCenter/VCF verwaltet und bieten integriertes Health‑Monitoring und Guided Remediation.

• VCF 9.0 stellt einen einheitlichen Storage‑View über vSAN, VMFS und NFS bereit.​
• Health‑Alerts und geführte Fehlerbehebung helfen, Konfigurations‑ und Kapazitätsprobleme cluster‑ und site‑übergreifend zu adressieren.

HCI Mesh (Datastore Sharing)

HCI Mesh (vSAN Datastore Sharing) ermöglicht es, vSAN‑Kapazität über Clustergrenzen hinweg freizugeben.

• Ein vSAN‑Cluster kann als Storage‑Server für bis zu 10 Client‑Cluster fungieren (Stand 7.x; HCI Mesh‑Skalierung wird in neueren Versionen erweitert).
• Nutzung von vSAN‑Kapazität durch ESXi‑Cluster ohne eigene vSAN‑Konfiguration.

Einschränkung: ESA‑ und OSA‑Cluster verwenden unterschiedliche RDT‑Protokollversionen und können derzeit nicht per HCI Mesh gemischt werden (kein OSA‑↔‑ESA‑Sharing).

vSAN File Services und Mehrprotokoll‑Zugriff

vSAN File Services bietet NFS/SMB‑File‑Shares direkt aus dem vSAN‑Cluster heraus.

• Implementiert als verteilte File‑Services über ein internes, Container‑basiertes Dateisystem auf dem vSAN‑Datastore.
• In vSAN 9 wurden I/O‑Pfad und Metadaten‑Verarbeitung optimiert, um Performance, Skalierung und Speicherverbrauch zu verbessern.

Damit lassen sich klassische File‑Server‑Workloads oder Persistent Volumes für Container‑Plattformen ohne externes NAS abbilden.

Design‑ und Betriebsaspekte

Netzwerkdesign

• vSAN erfordert ein dediziertes Storage‑Netzwerk mit ausreichender Bandbreite (10/25/40GbE, je nach Workload).
• vSAN 9 mit Traffic Separation ermöglicht separate Netze für vSAN‑Storage‑Traffic und Compute‑Traffic, was Kapazitätsplanung erleichtert.

Für Stretched‑Cluster‑Szenarien gelten strenge Latenzanforderungen und Witness‑Designs, die in aktualisierten vSAN‑Stretched‑Cluster‑Guides für VCF 9 beschrieben sind.

Kapazitäts‑ und Policy‑Design

• Auswahl von FTT/FTM (z. B. RAID‑1 vs. RAID‑5/6) beeinflusst nutzbare Kapazität und Wiederaufbauzeiten signifikant.
• In ESA‑Clustern lohnen sich erasure‑codierte Policies (RAID‑5/6) besonders, da die Inline‑Data‑Services effizienter implementiert sind.
• Mit globaler Dedup muss das Design auch Schreib‑Profile und CPU‑Budget berücksichtigen, trotz post‑process‑Ansatz.

vSAN 9 im Kontext von VMware Cloud Foundation 9

vSAN 9 ist eng in VMware Cloud Foundation (VCF) 9.0 eingebettet.

Vorteile:

• Einheitliche Plattform für Automatisierung, Skalierung und Lifecycle‑Management von Compute, Storage und Netzwerk.
• Storage‑Operationen (Deploy, Scale, Update) werden über VCF automatisiert; Multi‑Site‑Fähigkeiten vereinheitlichen Monitoring und Health‑Management über alle Standorte.
• vSAN, VMFS und NFS‑Storages werden in einer gemeinsamen Konsole visualisiert.

Damit wird vSAN 9 insbesondere für größere Umgebungen interessant, die eine standardisierte Private‑Cloud‑Plattform betreiben möchten.