什么是超融合?与传统架构有什么区别?.

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所谓的超融合其实指代的是超融合基础架构,是指在同一套单元设备中不仅仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术,而且还包括备份软件、快照技术、重复数据删除、在线数据压缩等元素,而多套单元设备可以通过网络聚合起来,实现模块化的无缝横向扩展,形成统一的资源池。简单的来说,超融合就是将虚拟化计算和存储整合到一个系统平台,可以更好的优化资源,节省企业的成本。
  那么,超融合与传统的架构有什么区别呢?我们从主机架构与存储架构两方面来谈谈区别。传统架构的主机架构需要一个专门存储维护人员,一个专业的维护系统,这无疑是增加了更多的成本,也增加了管理的难度和成本。而使用超融合则没有这方面的问题。再来说说存储架构,超融合的扩展性更强,电源能耗更低,节约了大量的支出成本。

一、架构和资源管理模式对比

如下以SmartX 超融合产品为例,分别给出了下超融合架构和传统架构的部署区别和资源管理模式区别。
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相比传统FC SAN架构,超融合架构有了如下显著的变化:在这里插入图片描述
1.不再使用专有的存储硬件和网络,而是使用标准和易于维护的 x86 服务器与万兆以太网交换机;2.核心是分布式存储,每个服务器就是一个存储控制器,需要说明的是,其中每个节点都需要配置SSD盘作为缓存,缓存容量远大于传统存储的易失性内存,且多节点并发带来更强的聚合性能;3.逻辑上看,存储不再是由RAID构成的不同存储空间,而是一个统一可弹性扩展的存储池,并且具备更强的扩展能力;4.分布式存储带来的另一个好处就是在统一的资源池内性能和容量都可以按需配置,而且数据可以自动均衡;5.计算虚拟化和存储部署于同一服务器节点。二、分布式存储 + 虚拟化融合部署才是超融合架构本质对于超融合架构,由于其独特的名称,让很多用户存在一种误解:超融合架构的核心在于融合,因此融合的功能越多越好。但通过以上架构的对比我们看到,超融合架构的变革首先是分布式存储对传统存储的替代,其他更多的优势(例如基于x86服务器构建、并发与易于扩展)都是基于这种替代而带来的。当然,分布式存储和虚拟化这种独有的部署模式,进一步简化了用户的 IT 架构,降低了使用成本和运维难度,这些价值也大大的加速了用户对分布式存储模式的接受。

通过国外的Nutanix、VMware(vSAN),中国的SmartX等超融合厂商的案例描述中看到,他们所替代的产品大量的是老牌存储厂商EMC、HDS等公司的存储产品。所以,用户采购超融合并不必须替换原有的服务器品牌(比如Dell)或者虚拟化品牌(比如VMware),只有存储(比如EMC)是一定需要替换的。所以最重大的区别是存储架构不同,超融合使用的是分布式存储,它可以很好地基于X86服务器构建一个易扩展、高可靠的存储资源池,这是超融合的基础,也是核心技术点。具体而言有以下几方面的区别:1. 物理融合及管理融合:超融合架构把服务器、网络及存储进行了融合,并且搭载在统一管理平台上进行维护;而传统架构则是全部分离的。2. 存储架构:超融合采用分布式存储,传统架构使用集中式存储。3. 网络:超融合使用万兆以太网,而传统架构多使用光纤交换机。4. 可靠性方面:可以看出可靠性方面,超融合架构的优势非常大,但其实这里的优势都是分布式存储本身应该具备的。1) 数据冗余模式:超融合拥有跨节点2/3副本,而传统架构则是RAID5/6。2) 冗余度:超融合最多可坏两个节点(3副本),三副本可以带来比双控更好的冗余度;而传统架构则是一个控制器。3) 管理的粒度:各家实现不同,有的是基于资源池设置两副本或三副本,有的厂商,比如SmartX,是以卷为单位,这样的好处就是可以在一个资源池上分配不同副本策略的卷,用于不同安全级别的VM。4) 热备:其实大部分分布式存储都没有了,而是利用已有空间进行恢复。但需要强调的是现在GlusterFS还是使用热备盘机制。5) 数据恢复量:超融合仅恢复已写入数据,传统架构是全盘恢复。6) 恢复速度:超融合是多节点读出、多节点写入,速度取决于节点数,每节点100MBps。传统架构是多硬盘读出、单硬盘写入SAS盘最高60MBps。5. 性能方面:超融合在性能方面的架构优势非常明显,当然代价就是消耗计算资源,所以计算资源的消耗是检验超融合专业性的一个重要因素。1) 性能节点:超融合是根据服务器节点数量多节点并发,传统架构是以双控为主;2) 性能扩展与最大性能:超融合的性能可扩展最大百万级,这是分布式存储带来的,而传统架构是一般在十万级别不易扩展,高端且非常昂贵。比如EMC Unity 650F,8:2 8K混合随机读写性能最大27万IOPS,而对于类似Nutanix、SmartX等性能比较好的超融合产品,一个节点8:2 8K混合随机读写很容易达到3万以上IOPS,通过线性扩展,10个左右节点就可以达到EMC Unity 650F的最大性能。而10个节点只是非常小的用户规模。3) 是否占用计算资源:超融合需要占用计算资源,传统架构则不需要。4) 数据路径:超融合是读本地化,有更高的IOPS和更低的延迟,写是通过存储网络,而传统架构的读写都要通过存储网络。所以,超融合数据本地化是超融合架构独有的,分离式的架构无法实现,当然代价就是计算资源的占用。 5) SSD缓存:SSD是超融合的必选,是传统架构的可选支持。但即使传统架构存储会使用,双控也无法充分发挥SSD的性能。6. 扩展性方面:超融合的架构是扩展能力强,扩容简单快速,系统复杂度不会随扩容增加而增加。1) 扩展模式:超融合是可扩展的硬盘和节点,在同一存储下扩展,而传统架构是需要增加RAID扩展柜,从而形成新的存储池。2) 容量和性能扩展:超融合皆可在线线性扩展,而传统架构则性能扩展能力有限。3) 数据自动负载均衡:超融合可支持数据自动负载均衡,传统架构是不可以的。7. 部署运维方面:1) 存储网配置:超融合的存储网配置很简单,而传统架构则需要划Zone等复杂操作。2) 规划和划分RAID:超融合无需规划和划分RAID、RAID初始化,传统架构则至少花一天时间来进行RAID初始化。3) 硬件:超融合使用X86标准硬件,简单易操作;传统架构则是需要专用设备,更加复杂。4) 部署、故障及扩容:超融合的部署时间仅需半天,扩容简单快速,硬盘和节点故障可自动恢复;而传统架构则要至少一周时间来进行部署,扩容复杂、手动均衡,还需要及时更换盘或控制器才能恢复硬盘和节点故障。

超融合:超融合大量采用软件定义的技术,将计算、存储、网络与专用硬件实现解耦,实现IT基础架构的真正融合。超融合基础架构的技术核心是存储,存储的扩展能力直接限制了超融合产品的扩展规模,存储的自身的可管理性也制约了平台的灵活性。超融合架构(Hyper-convergedInfrastructure,HCI)是一种全新的云计算架构解决方案。基于一套标准的服务器,以软件定义的方式将网络、存储、计算全部虚拟化。超融合借助软件定义和分布式存储技术,底层采用标准化X86硬件平台,上层采用软件定义,实现软件与硬件的解耦。超融合架构的形成和发展,主要基于近几年网络和存储技术的发展。从硬件角度,超融合将网络、计算和存储融合在一个一体机内,扩展时,通过增加一体机节点等比例扩展。从软件角度,超融合架构中所有的系统资源通过一个统一共享的软件管理接口来管理并给上层应用分享。对于超融合的理解,1)超融合是一个统一管理的平台,将SAN(Storage areanetwork,区域存储网络)/DAS(Directedattachedstorage,直接连接存储)/NAS(Networkattachedstorage,网络附属存储)变为存储资源池,去除了存储阵列存在的必要性,一般来说,数据中心级存储市场分为ESS(通俗来讲的存储阵列)、SDS(软件定义存储)、HCI(超融合架构),根据IDC,按厂家收入统计,2018年存储硬件市场中三者占比分别为61%、22%、17%。2)超融合架构的主要目标是简化数据中心的管理,消除数据中心分立管理问题,消除存储阵列只是超融合架构的一个显著特点。

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强大的IT基础架构是企业信息化、云端化和智能化的基石。在传统的IT基础架构中,计算资源(服务器)与存储资源(存储阵列)分离,各司其职,仅通过SAN存储网络连接。在这里插入图片描述

这种分离式架构的优点在于集中式计算对算力提升较大,然而在云计算、大数据时代,企业数据量呈爆发式增长,分离式架构暴露出诸多问题。其中最核心的两个问题,也是企业考虑更换IT架构的主要驱动因素。驱动之一:扩容复杂且价格昂贵随着信息化程度提升,企业定期有存储设备扩容的需求。根据麦肯锡数据,企业数据量每年增加40%。对于传统架构来说,存储扩容需要购买存储设备、RAID磁盘阵列、交换机等十多种硬件设备;一套中高端配置的存储集群,采购成本在100-200万以上,外加昂贵的IT运维成本。驱动之二:存储与计算性能不匹配在计算过程中,系统需要将数据从存储资源,通过SAN存储网络,传输到服务器上,才能进行计算,然而SAN存储网络的I/O数据读写速度太慢。传统存储的容量和性能不具备与计算能力匹配的可扩展性,难以满足企业进行高速数据访问的需求。超融合架构是性价比最高的解决方案。为了解决SAN存储瓶颈问题,Google、Nutanix最早利用服务器的本地硬盘和软件构建了一个可以不断扩展容量和性能的分布式存储系统,并在该系统上构建了计算引擎,这就是超融合架构。当计算和存储融合之后,I/O数据读写速度、可靠性和可扩展性得到大幅提升,且不再需要购买十多种专用硬件,只需要X86服务器,因此成本仅为传统架构的50%。

相比传统架构,超融合架构在五个方面优势明显:可靠性、I/O性能、可扩展性、部署运维难度,同时采购成本更低。1)可靠性更高:存储架构的可靠程度主要从冗余程度和数据恢复能力考量,冗余程度指的是在多少台硬件损坏的情况下,依然能正常运行。超融合基于分布式存储,因此能在多台服务器上生成多副本,把数据丢失的风险降至最低。在恢复数据时,超融合能智能判断出错数据是存量还是增量,并采用不同的恢复方式。

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2)I/O性能更强:性能主要通过IOPS(每秒读写操作的次数Input/Output OperationsPer Second)来衡量,超融合可通过横向增加服务器节点的数量,将性能扩展到百万级的IOPS,而传统架构只能达到十万级,且扩容成本很高。超融合唯一的缺陷就是在运行超融合架构时需要占用一定的计算资源,如SSD内存。

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3)可扩展性更高:超融合基于分布式存储,用户可以根据自己的实际需求进行横向扩展(Sacle Out),形成一个更大的资源池,而传统架构通过横向扩展只能形成多个集中式的存储集群。数据在集群间不相同,必须额外建设传输网络才能实现互联。

4)部署运维更简单:超融合将存储和计算融合在一个资源池中,不再需要将磁盘阵列(RAID)作为存储设备,因此与RAID相关的各种繁琐部署都可以省去。同时,超融合用标准硬件代替传统架构的专用硬件,大幅降低运维的复杂程度。5)降低企业成本:从两个方面衡量成本:采购成本和运营成本。传统架构需要采购十几种不同的专用硬件,如外置存储设备、SAN交换机、运维管理软件等。而超融合仅需采购标准的X86服务器和超融合软件即可。相对于传统的数据中心架构,超融合架构节省60%的采购成本;相对于存储和计算分离的私有云架构,节省40%的采购成本;超融合的运营成本仅为传统架构的50%。在运营时,超融合可完全通过软件管理,无需专业运维团队,且耗电量仅为传统架构的33%。根据SmartX测算,在3年数据中心机房租用场景下,8个节点的超融合架构可节省7.2万元;如果自建机房,可节省5.9万元。

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