淺談超融合基礎(chǔ)架構(gòu)

錢朝陽　陸明勝

摘要：據(jù)調(diào)查，2015年底虛擬化用戶已達(dá)65%，目前虛擬化用戶已增至84%。海量增加的應(yīng)用對I/O的需求日益提高，以虛擬化為基礎(chǔ)，實現(xiàn)管理以及業(yè)務(wù)的集中，對數(shù)據(jù)中心資源進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和分配，重點滿足企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用。對于資源高性能、高可靠、安全性和高可適應(yīng)性上的要求，超融合這一技術(shù)應(yīng)用而生。本文從超融合的定義、特性與傳統(tǒng)架構(gòu)對比的優(yōu)點等方面對超融合作了簡明闡釋。

關(guān)鍵詞：超融合 云計算 虛擬化

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0216-02

1 什么是VSAN

VSAN是超融合的過渡，是在2013年的VMware大會上提出的。它是一種可擴(kuò)展的分布式存儲架構(gòu)。VSAN在虛擬化集群主機(jī)當(dāng)中安裝閃存和硬盤來構(gòu)建VSAN存儲層，這些設(shè)備由VSAN進(jìn)行控制和管理。在新建或現(xiàn)有虛擬化集群中都可以使用VSAN架構(gòu)，條件是有足夠的磁盤插槽和支持存儲控制器的VSAN主機(jī)。VSAN提供了一種支持各種類型負(fù)載并且易于管理共享存儲源。

2 超融合的定義

超融合就是在vsan的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它是將CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)、虛擬化整合在一臺設(shè)備上，克服傳統(tǒng)的I/O瓶頸。超融合架構(gòu)打破了傳統(tǒng)的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲的孤立界線，實現(xiàn)一個統(tǒng)一的HCI形態(tài)。

超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（Hyper-Converged Infrastructure，或簡稱“HCI”）是指在同一套單元設(shè)備中不僅具備計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲和服務(wù)器虛擬化等資源和技術(shù)，而且還包括緩存加速、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮、備份軟件、快照技術(shù)等元素，而多節(jié)點可以通過網(wǎng)絡(luò)聚合起來，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴(kuò)展，形成統(tǒng)一的資源池。

3 超融合架構(gòu)的特性

超融合基礎(chǔ)架構(gòu)繼承了融合式架構(gòu)的一些特性，同樣都是使用通用硬件服務(wù)器為基礎(chǔ)，將多臺服務(wù)器組成含有跨節(jié)點統(tǒng)一儲存池的群集，來獲得整個虛擬化環(huán)境需要的效能、容量擴(kuò)展性與數(shù)據(jù)可用性，可透過增加群集中的節(jié)點數(shù)量，來擴(kuò)充整個群集的運算效能與儲存空間，并透過群集各節(jié)點間的彼此數(shù)據(jù)復(fù)制與備份，提供服務(wù)高可用性與數(shù)據(jù)保護(hù)能力。而為能靈活地調(diào)配資源，超融合架構(gòu)也采用了以虛擬機(jī)（VM）為核心，軟件定義方式來規(guī)畫與運用底層硬件資源，然后向終端用戶交付需要的資源。

3.1 運算單元與儲存單元的融合

傳統(tǒng)的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使用的運算和儲存單元是分離的。傳統(tǒng)的服務(wù)器外接SAN交換機(jī)、儲存設(shè)備等，超融合架構(gòu)則將運算和儲存單元合二為一。這樣每個服務(wù)器節(jié)點單元同時可提供運算資源和儲存空間，每一臺超融合架構(gòu)的服務(wù)器節(jié)點就相當(dāng)于傳統(tǒng)服務(wù)器外接SAN交換機(jī)和儲存設(shè)備，即使用服務(wù)器節(jié)點的磁盤驅(qū)動器來提供需要的儲存空間。

3.2 實際的硬件資源與虛擬化平臺的完整融合

超融合架構(gòu)是通過虛擬化平臺軟件來合理硬件資源的，運算資源和儲存資源都是通過虛擬機(jī)來合理調(diào)配使用，是一種以虛擬機(jī)為核心的虛擬化應(yīng)用。另外，超融合架構(gòu)的運算資源和儲存資源都是軟件定義化的，硬件部份只是一臺普通的通用硬件服務(wù)器，用戶使用的虛擬機(jī)與儲存空間完全依靠Hypervisor等軟件所構(gòu)建，隔絕了用戶與底層的物理設(shè)備。

3.3 更易于管理的超融合架構(gòu)

在融合式架構(gòu)中，由于運算與儲存資源是由各自獨立的服務(wù)器與儲存設(shè)備來提供，操作管理也是獨立的，管理者必須分別透過不同的管理工具來管理這兩種設(shè)備。管理者須在儲存設(shè)備上從LUN、連接映像等這些設(shè)定著手，然后再將設(shè)定好的儲存裝置掛載到服務(wù)器主機(jī)上，通過Hypervisor提供給VM使用。超融合架構(gòu)，運算與儲存二合一，只需單一的平臺就可同時管理運算和儲存資源的設(shè)定。用戶可根據(jù)自身需要來設(shè)定運算與儲存資源的服務(wù)等級，實際資源的分配可由管理平臺自動完成，管理變得輕松而簡單。

3.4 縱向構(gòu)建和橫向擴(kuò)展

超融合架構(gòu)由于把運算與儲存融合在一臺設(shè)備，每臺超融合設(shè)備都含有獨立、完整的運算、儲存硬件資源，所以每臺設(shè)備也就構(gòu)成了一個獨立的基礎(chǔ)單元。通過叢集架構(gòu)，用戶可以以一臺超融合設(shè)備為單元，以堆疊的方式將更多的節(jié)點加入到叢集中，來擴(kuò)展整個超融合架構(gòu)叢集的容量。

4 傳統(tǒng)架構(gòu)存在的弊端

性能上的下降，I/O在存儲控制器上存在瓶頸。將閃存放置在陣列中，未充分利用更快的媒介；擴(kuò)展不靈活，比如在需要之前購買容量，擴(kuò)容升級過程繁瑣；需要iscsi，F(xiàn)C，NFS等專業(yè)技能，管理工具各自為政，不能整齊劃一，統(tǒng)一管理。

5 軟件定義數(shù)據(jù)中心的超融合架構(gòu)的優(yōu)勢

軟件定義數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢在于滿足新一代數(shù)據(jù)中心要求：商用化，商用硬件與操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心不再需要構(gòu)建定制架構(gòu)；橫向擴(kuò)展和縱向構(gòu)建，面向云時代的架構(gòu)：簡單、部署快速、敏捷；高性能，節(jié)點標(biāo)配SSD磁盤，自動熱點數(shù)據(jù)遷移、集群內(nèi)SSD空間統(tǒng)一管理使用；軟件中心在服務(wù)器中融合虛擬控制器和融合軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）。

另外，超融合的優(yōu)勢在于封裝Server SAN相關(guān)網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜性的降低，簡化初始化配置、增加/刪除節(jié)點、更換組件，簡化運維和管理。在控制成本和風(fēng)險方面也有明顯優(yōu)勢：無需單獨采購服務(wù)器、存儲和VMware License，摒棄FC SAN架構(gòu)，機(jī)柜空間、電源消耗、運維和管理成本明顯降低；解決傳統(tǒng)Server SAN技術(shù)對VMware虛擬化環(huán)境的資源爭搶（Noisy Neighbours），系統(tǒng)所有硬件和軟件統(tǒng)一技術(shù)接口，避免扯皮。

6 下面以超融合產(chǎn)品為例，來分析一下超融合架構(gòu)的特點

如圖1，超融合產(chǎn)品的VSAN會池化與服務(wù)器連接的閃存設(shè)備和硬盤，以便為vSphere虛擬機(jī)創(chuàng)建一個彈性的高性能共享數(shù)據(jù)存儲。vsan無縫嵌入在vSphere內(nèi)核中，數(shù)據(jù)I/O路徑更短，提供最高級別的性能，減少額外CPU和內(nèi)存開銷；提供VM級別服務(wù)質(zhì)量管理 （QoS）；供VM級別連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)（RP4VM）；提供RPO為零的跨站點延伸集群實現(xiàn)“雙活”；與vSphere Web Client集成管理。

如圖2，超融合產(chǎn)品內(nèi)置完整的數(shù)據(jù)保護(hù)——容災(zāi)和備份：超融合架構(gòu)內(nèi)置就提供本地備份，同城數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)實時復(fù)制，異地數(shù)據(jù)中心多模式容災(zāi)，還可以向公有云延伸；同城容災(zāi)方案簡單，IP可達(dá)，無需存儲網(wǎng)絡(luò)，響應(yīng)時間小于5毫秒即可；所有功能無需額外付費，在管理界面中簡單配置，一鍵自動化恢復(fù)。

表1，表2是某保險公司POC性能數(shù)據(jù)展示，由表分析可知：超融合架構(gòu)比傳統(tǒng)架構(gòu)桌面環(huán)境性能提升4-7倍，數(shù)據(jù)庫高IO操作性能提升3-5倍。

7 面向企業(yè)級的超融合架構(gòu)

（1）改變采購模式，無需一次性大規(guī)模采購，按需采購；保護(hù)現(xiàn)有投資，延伸到云計算架構(gòu)。

（2）從上機(jī)架開始30分鐘內(nèi)即可交付使用，部署快速。

（3）單一界面，統(tǒng)一管理計算、存儲、虛擬化等資源，運維管理簡單化。

（4）分布式架構(gòu)，線性擴(kuò)展，無節(jié)點數(shù)限制，無單點故障，內(nèi)置本地備份、同城和異地容災(zāi)能力。

（5）單一廠商保障所有軟硬件，包括計算、存儲和虛擬化的支持。

8 結(jié)語

項目規(guī)劃通常會包含多種超融合基礎(chǔ)架構(gòu)內(nèi)容，但是虛擬化、云計算和存儲應(yīng)該成為討論的核心。企業(yè)希望預(yù)測這些領(lǐng)域未來將會發(fā)生怎樣的變化，所以實際上，企業(yè)是在選擇一種面向未來的超融合基礎(chǔ)架構(gòu)，也就是現(xiàn)在做出的選擇需要為以后留出適應(yīng)空間。

參考文獻(xiàn)

[1]趙小凡.對“軟件定義一切”的思考和理解[J].軟件和信息服務(wù)，2014（1）：16.

[2]張廣彬，盤駿，曾智強(qiáng).數(shù)據(jù)中心2013：硬件重構(gòu)與軟件定義[R].2014.