淺談超融合基礎架構

錢朝陽　陸明勝

摘要：據調查，2015年底虛擬化用戶已達65%，目前虛擬化用戶已增至84%。海量增加的應用對I/O的需求日益提高，以虛擬化為基礎，實現管理以及業務的集中，對數據中心資源進行動態調整和分配，重點滿足企業關鍵應用。對于資源高性能、高可靠、安全性和高可適應性上的要求，超融合這一技術應用而生。本文從超融合的定義、特性與傳統架構對比的優點等方面對超融合作了簡明闡釋。

關鍵詞：超融合 云計算 虛擬化

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：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。它是一種可擴展的分布式存儲架構。VSAN在虛擬化集群主機當中安裝閃存和硬盤來構建VSAN存儲層，這些設備由VSAN進行控制和管理。在新建或現有虛擬化集群中都可以使用VSAN架構，條件是有足夠的磁盤插槽和支持存儲控制器的VSAN主機。VSAN提供了一種支持各種類型負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的基礎上發展而來的，它是將CPU、內存、存儲、網絡、虛擬化整合在一臺設備上，克服傳統的I/O瓶頸。超融合架構打破了傳統的服務器、網絡和存儲的孤立界線，實現一個統一的HCI形態。

超融合基礎架構（Hyper-Converged Infrastructure，或簡稱“HCI”）是指在同一套單元設備中不僅具備計算、網絡、存儲和服務器虛擬化等資源和技術，而且還包括緩存加速、重復數據刪除、在線數據壓縮、備份軟件、快照技術等元素，而多節點可以通過網絡聚合起來，實現模塊化的無縫橫向擴展，形成統一的資源池。

3 超融合架構的特性

超融合基礎架構繼承了融合式架構的一些特性，同樣都是使用通用硬件服務器為基礎，將多臺服務器組成含有跨節點統一儲存池的群集，來獲得整個虛擬化環境需要的效能、容量擴展性與數據可用性，可透過增加群集中的節點數量，來擴充整個群集的運算效能與儲存空間，并透過群集各節點間的彼此數據復制與備份，提供服務高可用性與數據保護能力。而為能靈活地調配資源，超融合架構也采用了以虛擬機（VM）為核心，軟件定義方式來規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

傳統的存儲區域網絡架構使用的運算和儲存單元是分離的。傳統的服務器外接SAN交換機、儲存設備等，超融合架構則將運算和儲存單元合二為一。這樣每個服務器節點單元同時可提供運算資源和儲存空間，每一臺超融合架構的服務器節點就相當于傳統服務器外接SAN交換機和儲存設備，即使用服務器節點的磁盤驅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來合理調配使用，是一種以虛擬機為核心的虛擬化應用。另外，超融合架構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器，用戶使用的虛擬機與儲存空間完全依靠Hypervisor等軟件所構建，隔絕了用戶與底層的物理設備。

3.3 更易于管理的超融合架構

在融合式架構中，由于運算與儲存資源是由各自獨立的服務器與儲存設備來提供，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備。管理者須在儲存設備上從LUN、連接映像等這些設定著手，然后再將設定好的儲存裝置掛載到服務器主機上，通過Hypervisor提供給VM使用。超融合架構，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定。用戶可根據自身需要來設定運算與儲存資源的服務等級，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 縱向構建和橫向擴展

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

4 傳統架構存在的弊端

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；擴展不靈活，比如在需要之前購買容量，擴容升級過程繁瑣；需要iscsi，FC，NFS等專業技能，管理工具各自為政，不能整齊劃一，統一管理。

5 軟件定義數據中心的超融合架構的優勢

軟件定義數據中心的優勢在于滿足新一代數據中心要求：商用化，商用硬件與操作系統，數據中心不再需要構建定制架構；橫向擴展和縱向構建，面向云時代的架構：簡單、部署快速、敏捷；高性能，節點標配SSD磁盤，自動熱點數據遷移、集群內SSD空間統一管理使用；軟件中心在服務器中融合虛擬控制器和融合軟件定義網絡（SDN）。

另外，超融合的優勢在于封裝Server SAN相關網絡管理復雜性的降低，簡化初始化配置、增加/刪除節點、更換組件，簡化運維和管理。在控制成本和風險方面也有明顯優勢：無需單獨采購服務器、存儲和VMware License，摒棄FC SAN架構，機柜空間、電源消耗、運維和管理成本明顯降低；解決傳統Server SAN技術對VMware虛擬化環境的資源爭搶（Noisy Neighbours），系統所有硬件和軟件統一技術接口，避免扯皮。

6 下面以超融合產品為例，來分析一下超融合架構的特點

如圖1，超融合產品的VSAN會池化與服務器連接的閃存設備和硬盤，以便為vSphere虛擬機創建一個彈性的高性能共享數據存儲。vsan無縫嵌入在vSphere內核中，數據I/O路徑更短，提供最高級別的性能，減少額外CPU和內存開銷；提供VM級別服務質量管理 （QoS）；供VM級別連續數據保護（RP4VM）；提供RPO為零的跨站點延伸集群實現“雙活”；與vSphere Web Client集成管理。

如圖2，超融合產品內置完整的數據保護——容災和備份：超融合架構內置就提供本地備份，同城數據中心數據實時復制，異地數據中心多模式容災，還可以向公有云延伸；同城容災方案簡單，IP可達，無需存儲網絡，響應時間小于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。

表1，表2是某保險公司POC性能數據展示，由表分析可知：超融合架構比傳統架構桌面環境性能提升4-7倍，數據庫高IO操作性能提升3-5倍。

7 面向企業級的超融合架構

（1）改變采購模式，無需一次性大規模采購，按需采購；保護現有投資，延伸到云計算架構。

（2）從上機架開始30分鐘內即可交付使用，部署快速。

（3）單一界面，統一管理計算、存儲、虛擬化等資源，運維管理簡單化。

（4）分布式架構，線性擴展，無節點數限制，無單點故障，內置本地備份、同城和異地容災能力。

（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 結語

項目規劃通常會包含多種超融合基礎架構內容，但是虛擬化、云計算和存儲應該成為討論的核心。企業希望預測這些領域未來將會發生怎樣的變化，所以實際上，企業是在選擇一種面向未來的超融合基礎架構，也就是現在做出的選擇需要為以后留出適應空間。

參考文獻

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