FusionCube数据库超融合平台技术白皮书

FusionCube数据库超融合平台技术白皮书目录2.1系统架构 (2)2.1.1统一管理 (3)2.1.2深度融合 (4)2.1.3弹性扩容 (5)2.1.4预集成 (5)2.2分布式存储软件 (5)2.2.1分布式机头 (6)2.2.2分布式缓存 (6)2.2.3精简配置 (7)2.3高性能SSD存储 (8)2.4高速IB交换网络 (9)2.5可靠网络设计 (9)3.1 E9000机框 (10)3.2 E9000刀片 (11)3.3 10GE交换 (14)3.4 InfiniBand交换 (15)4.1数据库基础设施配置规格指标 (17)4.2 HANA一体机配置规格指标 (18)1 引言当今世界，越来越多的企业采用虚拟化与云计算技术来构建IT系统，提升IT系统的资源利用率，但同时面临如下挑战：●基础设施平台部署和管理复杂，运维费用仍然维持增长趋势●安装部署复杂，硬软件来自多厂商，规划、部署、调优需要丰富的经验支撑●多厂商设备，售后支持界面多，解决问题慢●维护体系庞大（不同厂商硬件设备维护、虚拟平台管理）●小规模数据中心优势不明显（人员要求高，上规模才有优势）●扩充不灵活，业界数据库一体机大多采用固定规格配置，不能按业务需求灵活部署计算和存储资源，不能支持多种数据库。

客户越来越关注成本控制、业务敏捷、风险管控几方面，希望能拥有总成本低、新业务的上线时间快、资源可弹性伸缩、安全可靠、高性能的IT系统。

华为公司全力打造的华为FusionCube数据库超融合基础设施（HuaweiFusionCubeHyper-Converged Infrastructure for Database）正是以计算/存储/网络融合、预集成、高性能、高可靠、高安全、业务快捷部署、统一运维管理、资源水平扩展为其设计理念，充分满足企业未来业务需求，帮助其IT系统转型以更快更好地应对日益激烈的竞争环境，实现与客户的共同成长。

本文档描述了FusionCube数据库超融合基础设施的架构、软硬件及其配置形态。

本文档供销售工程师，渠道商，高级业务经理以及希望用FusionCube部署数据库相关IT设施的客户。

2 FusionCube数据库超融合基础设施2.1 系统架构如下是FusionCube数据库超融合基础设施的总体架构图：E9000华为FusionCube数据库基础设施是华为公司IT产品线的旗舰产品。

FusionCube遵循开放架构标准，于12U机框中融合刀片服务器、分布式存储及网络交换机为一体，无需外置存储、交换机等设备，并集成了分布式存储引擎和管理软件，资源可线性扩展、平滑扩容。

FusionCube Center：负责FusionCube的资源管理及操作维护等综合管理功能，提供Web方式的统一维护界面；整个系统的业务集中呈现，提供用户管理、统一硬件监控、告警，存储资源配置等功能。

FusionStorage：使用分布式云存储技术，将多个刀片服务器的本地硬盘虚拟成共享存储池，Scale-Out 架构水平扩展，提供高性能高可靠的块存储业务。

硬件平台：使用E9000硬件平台，支持计算、存储、交换、电源模块化设计，都在E9000框内部署完成，计算和存储节点按需混配，支持SAS硬盘和PCIe SSD卡，支持10GE和InfiniBand交换网络。

华为FusionCube基于华为自研的硬件平台，自研的分布式存储软件，并进行了深度的集成和优化，具有如下特点：●高性能◆硬件平台：提供高密度计算节点与框内高速交换板，12U支持32CPU/8T内存计算能力，背板交换能力达15.6Tbps，单框出口带宽可达160Gbps。

◆高速InfiniBand网络：计算和存储节点之间可通过56 Gbps 高速InfiniBand网络交互，保证了数据库节点之间的高速Cache同步和存储面网络的高速IO访问。

◆高性能SSD存储：存储节点支持使用SSD卡替代传统的机械硬盘做为存储设备，获得比硬盘高30倍以上的IOPS能力。

◆分布式存储：华为自研FusionStorage分布式存储软件，Scale-Out架构水平扩展，采用NVDIMM 或SSDCache加速，消除系统磁盘IO瓶颈。

●高可靠◆计算可靠性：数据库应用组成集群，单个计算节点故障不影响业务的正常使用。

◆存储可靠性：数据支持两副本或三副本，任意节点故障都不影响系统中存储数据的访问。

节点或存储磁盘故障后后系统会进行数据重构，恢复成多副本，1T数据重构时间<30分钟。

强一致性协议，确保副本数据完全相同，支持数据掉电保护。

◆网络可靠性：10GE网络和IB网络均采用双平面冗余架构。

●统一管理◆计算、存储、网络资源统一管理，单一用户界面。

◆自动监控IT资源和系统运行状态，告警统一呈现，支持告警转Email。

◆支持计算和存储节点按需扩容，支持扩盘，扩刀片，扩框。

2.1.1 统一管理FusionCube数据库基础设施的统一运维管理系统是通过FusionCube Center实现。

FusionCube Center 提供硬件管理、用户管理等功能。

作为数据库基础设施的统一Portal，完成全系统各种资源的生命周期维护。

FusionCube Center提供了如下主要功能：统一资源管理：通过将不同系统的资源对象采集到一起，建立统一的资源管理模型对使用者提供统一的、一体化的资源管理体验，包括各种资源的监控和告警。

告警统一监控：有别于传统的参考架构，服务器，存储，交换机的告警是各自厂家的监控系统分别呈现，FusionCube统一监控所有部件的状态和告警，简化运维，并且告警支持转邮件。

基于角色的访问控制：基于角色的访问控制（RBAC）是实施面向企业安全策略的一种有效的访问控制方式。

其基本思想是，对系统操作的各种权限不是直接授予具体的用户，而是在用户集合与权限集合之间建立一个角色集合。

每一种角色对应一组相应的权限。

一旦用户被分配了适当的角色后，该用户就拥有此角色的所有操作权限。

这样做的好处是，不必在每次创建用户时都进行分配权限的操作，只要分配用户相应的角色即可，而且角色的权限变更比用户的权限变更要少得多，这样将简化用户的权限管理，减少系统的开销。

硬件自动发现与扩容：系统会自动发现一体机内部的所有硬件并扫描硬件的规格信息。

用户可以在创建资源池的时候直接选择系统发现的硬件，系统自动完成这些硬件的软件安装、网络配置并将硬件加入资源池。

系统扩容的时候也可以自动发现新加入的硬件，并且用户将硬件加入资源池的时候自动化完成所有的配置工作。

2.1.2 深度融合以下示例说明了FusionCube数据库基础设施的融合硬件形态：华为FusionCube数据库基础设施采用业界一流的模块化设计的组件，提供多种产品规模的组合，并提供单一厂家服务，满足各种业务范围的需求。

华为FusionCube使用的计算/存储/网络都是华为自身的设备，使用计算，存储，网络垂直整合的融合架构硬件平台，高带宽低时延多协议交换能力，NoSAN，内置分布式存储软件，提升应用性能。

华为FusionCube实现软硬件深度的整合，是真正的一体化的数据库基础设施。

2.1.3 弹性扩容FusionCubes数据库基础设施可按全网容量设计一次性方案规划，在局点交付上线后可根据业务需要实现弹性扩容、按需扩容，不影响已有业务的连续性。

●当服务器资源不足时，可增加集群内计算刀片。

●当存储资源不足时，可以增加计算存储刀片或单独增加存储硬盘。

●当一框资源不够时，简单叠加机框和布线即可。

FusionCube集群的扩展是线性扩展，在线扩容，各个集群计算、存储资源独立，运维管理仍然通过同一套管理系统来实现。

2.1.4 预集成华为FusionCube依托华为高效的端对端交付能力，能从用户报价开始，根据用户业务需求，直接交付给用户预集成的产品，极大地简化了用户的安装、调测时间，从几周甚至数月的调测时间缩减到几天之内。

预集成包括的内容：●硬件预安装：设备上柜、线缆预绑●带柜运输：立柜运输●自动化配置部署：上电硬件自动发现，快速初始化，存储集群自动创建以及自动配置基础网络等。

2.2 分布式存储软件高性能是企业级存储系统需要满足的关键需求。

但是，在最近几年，持续为所有的应用长期提供高性能支持变成了尤其艰巨的挑战。

这是因为屡经证实，传统的存储系统架构无法通过成功扩展性能来跟上前所未有的存储数据增长步伐。

另外高端存储作为独立网元，不但需要专门管理和维护，而且价格昂贵，让一般企业望而却步。

分布式存储FusionStorage作为一种与计算融合的存储软件，通过在FusionCube上部署该软件，可以将所有服务器或刀片的本机磁盘组织成一个虚拟存储资源池，在某些使用场景下完全替换外置SAN。

FusionStorage使计算和存储高度融合，达到高性能、高可靠、高性价比。

●领先的分布式架构：FusionStorage存储软件的创新设计采用全分布式的架构：分布式管理集群，分布式哈希数据路由算法，分布式无状态机头、分布式智能Cache等，这种架构使得整个存储系统没有单点故障。

●高性能和高可靠性：FusionStorage存储软件在所有磁盘中实现负载的均衡，数据打散存放，不会出现热点，高效的路由算法和分布式Cache技术（可以将服务器内存用作读写Cache）保证了高性能。

FusionStorage支持多个数据副本，每个副本分配在不同服务器/不同磁盘上，单个硬件设备的故障不影响业务，3副本情况下数据可用性达到11个9。

同时FusionStorage的强一致性复制协议确保各个数据副本的一致性，一个副本写入，多个副本读取，写数据采用掉电保护Cache。

●并行快速故障重建：数据分片在资源池内打散，硬盘故障后，可在全资源池范围内自动并行重建，1TB数据重建< 30分钟，CPU占用率小于10％。

●易扩展和超大容量：FusionStorage的分布式无状态机头可横向扩展，存储与计算同步平滑扩容，支持非烟囱式超大容量扩展。

●计算存储深度融合：FusionStorage存储软件部署在挂载本地硬盘的服务器上，把各服务器的本地硬盘组织成一个虚拟的资源池，替代外置的存储设备，天然支持计算和存储设备的高度融合，节省外置存储的购置成本并且统一维护。

2.2.1 分布式机头FusionStorage采用无状态的分布式软件机头，机头程序部署在各个服务器上，无集中式机头的性能瓶颈。

单个服务器上软件机头只占用较少的CPU资源，提供比集中式机头更高的IO处理能力，当扩充存储刀片资源时，机头随之也扩充，彻底消除IO瓶颈。

2.2.2 分布式缓存FusionStorage实现了计算和存储的融合，缓存和带宽都均匀分布到各个服务器节点上。