超融合技术的发展和应用场景

超融合技术的发展和应用场景

1、超融合架构的基本概念

超融合基础架构（简称“HCI”），是指在同一套单元设备（x86服务器）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，而且还包括缓存加速、重复数据删除、在线数据压缩、备份软件、快照技术等元素，而多节点可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展（scale-out），形成统一的资源池。

超融合基础架构中的H指的是“Hyper”即虚拟化，对应虚拟化计算架构，比如VMware的EXSI、KVM和Hyper-V等。融合“Converged”指的是将计算和存储部署在同一个节点上，相当于多个组件部署在一个系统中，同时提供计算和存储能力。

如下图所示，超融合架构中最根本的变化是存储，由原先的集中共享式存储（SAN/NAS）变为软件定义存储。利用软件定义的方式将互连的x86服务器的本地硬盘（SSD和HDD）形成存储资源池，组建分布式存储架构，在此基础上实现了企业级的数据服务（如：弹性副本、快照、容灾等）供上层虚拟化平台使用。

其实，超融合架构要达到的目的之一，就是现实软件与硬件的解耦。使用通用的服务器实现，传统架构下使用专用硬件才能达到的功能。

2、超融合架构的发展起源

HCI起初是受到Google、Facebook等大型互联网公司通过软件定义技术构建大规模数据中心的启发，采用计算存储融合架构用于虚拟化环境，为企业客户提供一种基于X86硬件平台的计算存储融合产品或解决方案，为企业实现可扩展的IT基础架构。可以为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和数据保护。

以GOOGLE的技术架构为例：

Google的核心技术架构为GFS分布式文件系统、BigTable分布式数据存储系统和Mapreduce计算框架。Gfs 分布式文件系统可以使用廉价的磁盘，存储海量的数据，并提供快速的查询与高安全性，并能自动扩展海量数据规模的限制。GFS分布式文件系统性能随着客户端的数量几乎线性增加，是一个低成本，高收益的解决方案。采用类似Google基于x86服务器的分布式架构的解决方案，可有效降低投资成本，非常具有借鉴意义。3、超融合架构是未来数据中心的发展趋势

数据中心发展到现在主要经历了4个阶段，基于传统IT架构的数据中心，虚拟化数据中心，云数据中心和基于超融合架构的云数据中心。

3.1、基于传统IT架构的数据中心

传统数据中心所采用的基础架构，是一个包含孤立存储、X86或小型机服务器、网络、高可用软件和管理软件的复杂系统架构，需要很多集成商和不同硬件厂商提供技术服务团队。包括需要不的存储、技术和网络团队负责采购、扩充和对设备的支持，维护生产系统，和不同的厂商打交道。这种传统IT架构需要庞大的专业技术服务团队来支撑，不仅成本高，维护复杂，而且容易让企业对厂商形成过度依赖。再加上多厂商合作存在兼容性和管理上的问题，使数据中心缺乏灵活性，部署周期也往往长达几个月，严重制约了企业数据中心的发展。这种架构适应了当时的数据大集中趋势，直到现在仍然还被很多企业采用，它是数据中心进入初始发展阶段的标志。

传统IT硬件厂商在这一阶段得到了飞速的发展。因为集中的部署方式必然会带来对硬件产品的性能、可靠性及扩展性需求的增加，促进了高端设备的销售。特别是存储设备厂商，由于数据大集中的需要，集中式的SAN/NAS 存储得到了快速的发展。

所谓传统存储，是相对于现在兴起的分布式存储而言，传统存储是集中式的，由控制器（处理器、内存、系统、软件）、IO控制卡、IO总线、磁盘阵列组成，按照能力特性又分为低端、中端和高端。其主要的差别还是在控制器的能力的不同，目前大部分企业采用的SAN存储或网络存储。由于存储的硬盘技术在很长一段时间内没有技术和工艺的突破，传统存储厂商只能在其他的特性寻找突破，包括：双控制器、多控制器、镜像、双活、自动分层、重删、快照、精简配置和数据复制等。

由于传统数据中心的架构制约，这种存储孤岛式的数据中心弊端也随之产生，目前正受到严重的挑战：

无法满足对云计算、大数据等新兴业务的需要，缺乏灵活性

容易形成数据孤岛，资源利用率很低，运维和管理成本高

系统结构复杂、设备部署周期长，采购成本高、性价比低

随着企业应用的增加，传统存储无法适应快速增长的性能和容量需求

3.2、基于虚拟化技术的数据中心

服务器虚拟化技术的出现代表数据中心进入了虚拟化的时代。以VMware为代表的软件厂商带领数据中心由物理硬件数据中心向虚拟化数据中心转变。

虚拟花技术就是将物理服务器、操作系统、及其应用程序打为一个可移动的虚拟机(VM)。在一个物理服务器上运行多个虚拟机，这些虚拟机共享底层硬件，从应用的角度看就象是一个物理服务器，有自己的操作系统，cpu、内存和存储等虚拟资源。虚拟机是可移动的，可以提高服务器的利用率；同虚拟机支持操作系统的和数据的备份、实施更加灵活。

虚拟化技术提高了服务器的资源利用率，并通过VMware的Vmotion/HA/FT等高可靠性技术极大的提高数据中心的业务系统的连续性。服务器虚拟化技术的大规模应用直接导致了业务应用由传统IBM/HP等小型机服务器平台迁移至X86服务器、VMware虚拟化软件和集中SAN存储平台。虚拟化技术所带来的好处是显而易见的，大部分企业由传统IT架构逐步转向基于虚拟化技术的数据中心架构。

服务器虚拟化的应用对数据中心带来的好处主要有：

1、传统IT架构数据中心的硬件的成本非常高，利用虚拟化技术，可以减少硬件的需求的数量，从而降低硬件采购成本。除了节省成本，虚拟机技术和还能使数据中心更加易维护、用电少，随着时间的推移，虚拟化带来的成本降低是非常明显的。

2、应用部署的灵活性得到了极大的改善，随着虚拟化技术的发展，重新部署应用可以通过虚拟机的快照技术在几分钟之内就能够完成。同时，应用的备份和迁移同样也变得简单、方便。

随着企业业务的不断发展，越来越多的业务需要互联网化，基于虚拟化技术的数据中心也不能完全适应业务发展带来的变化。因为基于虚拟化技术的数据中心仅仅解决了服务器资源利用率和高可用性的问题，但是计算与存储分离，只能通过专用的SAN/NAS的存储访问方式。VMware服务器虚拟化的Vmotion/HA等高可用特性极度依赖于集中存储，如果没有集中存储设备，这些特性都无法实现。所以基于虚拟化的数据中心又带来了新的存储问题：