Nutanix超融合基础架构解决方案：可支援三大虚拟化平台

以自身獨有的分散式檔案系統為基礎，結合虛擬化平臺，Nutanix將企業IT環境所需的運算與儲存資源，凝縮在NX-3050這臺2U、4節點的應用伺服器中，用戶可選擇搭配VMware、微軟Hyper-V或KVM等3種虛擬平臺，以VM為核心來配置與運用硬體資源，並能藉由Scale-Out擴充能力，一次以一個節點為單位逐步擴展效能與容量。可快速完成IT基礎設施的建置Nutanix稱NX系列應用伺服器是虛擬計算平臺（VirtualComputingPlatform）產品，我們可以理解為這是在一個設備平臺上，提供了IT應用所需的計算與儲存資源，並且是透過虛擬平臺Hypervisor以VM的型式來配置與運用硬體資源。這種將計算、儲存等基礎設施功能融合於一臺設備、並以VM為中心來提供應用需求的產品，便是典型的超融合基礎架構（Hyper-ConvergedInfrastructure）。NX應用伺服器出廠時，可按用戶需求由Nutanix原廠或經銷商協助完成基本的叢集設定與Hypervisor部署，用戶端只需花費少許時間進行基本環境參數設定，很快便可開始使用NX系列應用伺服器，以VM型式向前端使用者交付需要的資源。除了以VM型式提供資源外，Nutanix應用伺服器還可透過底層的分散式檔案系統，提供跨節點資料鏡像、分層儲存，以及壓縮、重複資料刪除、快照、Clone與遠端複製等功能，用戶無需另外尋找第三方解決方案，依靠Nutanix應用伺服器本身，便能提供企業儲存必要的資料保護、I/O加速與資料服務功能。提供多樣化的產品組合Nutanix提供了多種軟、硬體組態產品組合，硬體部份包括NX-1000、NX-3000、NX-6000、NX-7000、NX-8000與NX-9000等一共6個應用伺服器系列，所有機型都是採用2U高度機箱，其中1000與3000系列是2U/4節點的高密度組態，6000與9000系列是2U/雙節點，至於7000與8000系列則是2U/單節點的組態。無論哪一個NX應用伺服器系列，核心都採用相似的二路伺服器節點組態、SSD+硬碟的混合儲存配置，以及用於管理與資料傳輸的GbE或10GbE網路埠，但各系列分別針對了不同的應用面向，而有不同的組態配置。如1000與3000列是高運算密度型，在一個2U機箱中可提供4個節點、一共24～80個處理器核心；6000系列是採用4TB硬碟的高儲存容量型，可提供比其他系列高出2～4倍的容量密度；採用全固態儲存配置的9000系列是高I/O效能導向型；採用每組機箱單節點設計的7000系列擁有安裝擴充介面卡的充分空間，可選配GPU卡，是針對高效能運算應用的款式；同樣是每個機箱單節點的8000系列，則是兼具高規格處理器與大儲存容量組態，強調郵件應用的款式。透過底層的分散式檔案系統，用戶可在一個叢集中混用不同系列的NX伺服器。軟體方面則分為入門版（Starter）、專業版（Pro）與旗艦版（Ultimate）等3個等級的授權，入門版是針對沒有跨遠端多站點應用需求的小規模機房環境，叢集規模有12個節點的上限，只提供VMware與Hyper-V兩種Hypervisor的選擇，省略了幾項分散式資料處理與資料保護功能，也沒有可跨叢集的中央管理平臺。專業版與旗艦版的叢集規模沒有限制，Hypervisor部份增加了KVM平臺的選擇，還多了跨節點分散式壓縮與重複資料刪除功能、更完整的資料保護機制，以及可管理多個叢集環境的中央管理平臺。至於專業版與旗艦版間的區別，在於後者有更高階的資料保護與高可用性功能（如多站點災難備援、跨遠端高可用性），以及更完整的資安防護（叢集群組登入保護、結合實體安全卡的雙重身分認證）。採用無SAN、無RAID的叢集架構在傳統IT架構中，無論是實體或虛擬環境的應用，後端都必須透過SAN架構來提供必要的儲存擴展性與共享應用能力，並透過RAID來提供資料可用性，然而面對新的應用趨勢，SAN與RAID架構都日漸顯得力不從心，於是Nutanix另闢蹊徑，改為透過分散式檔案系統跨多個節點組成叢集，既能提供擴展能力與資料保護能力，又沒有傳統SAN與RAID架構的問題。Nutanix應用伺服器硬體方面採用的是標準的x86伺服器，每套應用伺服器本身就是一臺獨立、完整的系統，後端並不需要介接任何外部儲存設備，而是藉由底層的Nutanix分散式檔案系統（NutanixDistributedFilesystem，NDFS）將伺服器節點組成叢集，提供必要的擴展性與資料保護能力。分散式檔案系統的特性，在於可協調叢集中的多個節點共同執行讀寫作業，藉此提供高效能、可用性或負載平衡等功能。NDFS是基於ApacheCassandra分散式資料庫管理系統所建構的分散式檔案系統，核心元件是部署在每個節點上的控制器虛擬機（ControllerVM，CVM）軟體元件，每個Nutanix叢集中的節點都部署了Hypervisor與1臺CVM，Hypervisor上所有前端VM對底層儲存裝置的存取，以及各節點間的通信，都是透過CVM來執行。Nutanix提供了3種版本的CVM，分別對應vSphere、Hyper-V與KVM等3種Hypervisor。每個節點上的CVM元件，是以直通（passt-hrough）方式來控制底層的磁碟控制器與磁碟裝置，不透過任何硬體RAID或軟體RAID的中介，而是藉由NDFS檔案系統，來提供資料可用性與失效回復功能，還能提供快照、Clone、遠端複製等各式各樣的資料服務。這也就是說，透過NDFS，Nutanix直接利用伺服器節點的本機磁碟，便能建構出滿足企業IT儲存所需可用性、效能、擴充性與資料服務的儲存空間，因而免除了在後端介接SAN儲存設備的需求，藉此把儲存功能「融合」到伺服器節點之內，從而實現基礎架構的「超融合」。透過叢集提供充份擴充能力NDFS允許的最小叢集是3個節點，各節點的儲存裝置共同組成一個儲存池，可以一次一個節點的方式來擴充節點數量，藉此線性地提高運算效能與儲存容量，最大節點數沒有上限，建議的最大叢集規模是64節點。藉由叢集方式，可利用每個節點的本機儲存裝置組成PB等級的儲存空間，而無需使用外部SAN儲存設備。這種由各節點本機磁碟裝置組成的叢集儲存池，不僅能提供充分的容量擴充能力，也可節省成本，也因少了SAN網路這個環節，與VM間存取延遲也更短，再結合NDFS內含的SSD分層儲存與快取機制，仍可提供相當不錯的I/O效能。利用叢集實現高可用性透過NDFS檔案系統將多個伺服器節點組成叢集，一個重要目的是提供資料保護能力，在Nutanix叢集中建立供VM使用的儲存區時，可透過設定複製因子（replicationfactor，RF）來確保資料可用性，系統預設的複製因子數值是2，這代表前端VM對儲存區的所有寫入I/O，都會被CVM複製2份，一份寫入該VM所在的節點，另一份則分散寫入到叢集另一節點中。若叢集中有5個以上節點，便可使用RF3設定，將每筆寫入I/O複製3份分散到3個節點中存放。所以，若發生單一節點失效，不會影響到Nutanix叢集的資料可用性，NDFS會從剩餘完好的節點中重新複製回資料。NDFS能藉此提供類似RAID的資料保護能力—RF2可容許叢集損壞1個節點，RF3則容許損壞2個節點，但又能避免傳統RAID資料重建負載過重、導致效能低落與耗時過長問題—NDFS的寫入I/O複製作業是分散式，除VM所在節點會有一份完整的寫入I/O外，其餘寫入I/O的複本會自動分散複製到其餘各節點上，而不會集中在某個節點上。當VM所在A節點損壞時，先透過Hypervisor的HA機制在叢集另一臺B節點上重啟該VM，接下來NDFS將自動從叢集剩餘完好節點C、D、E…中，將該VM的複本資料複製到節點B位置，資料重建複製作業是分攤給所有完好的節點來進行，因而大幅減輕了資料重建的負載問題。具有豐富的進階功能除了擴充性與可用性外，NDFS另外一大特色，是內含了多種進階資料服務，包括用於提高資料存放空間效率的ThinProvisioning、即時壓縮與重複資料刪除，用於為VM建立複本的快照與Clone，以及用於資料保護的遠端複製等功能。NDFS的即時壓縮分為單一節點上的Inline壓縮，以及可跨多節點的MapReduce兩種；重複資料刪除也分為單一節點的Elastic重複資料刪除，與跨節點的MapReduce重複資料刪除兩種，要擁有Pro版以上軟體授權，才能使用MapReduce壓縮與重複資料刪除。NDFS的快照與Clone是一體兩面，Clone就是可允許讀寫的快照，值得ㄧ提的是NDFS的快照與Clone都是VM層級的，不像一般儲存端的快照是LUN層級的。NDFS另外還提供一種利用叢集間分散式快取建立的ShadowClone，可以改善VDI之類環境、以同一來源VM的多個Clone複本提供前端用戶存取的效能。透過專屬工具執行初始安裝與管理Nutanix應用伺服器的本體是一臺標準的x86伺服器，需透過專屬的NutanixFoundation部署工具，為伺服器各節點安裝NOS作業系統與Hypervisor軟體、並設定叢集，才成為完整的Nutanix應用伺服器，應用伺服器交付到客戶環境時，用戶只需設定基本環境參數便可開始使用。一般情況下，NutanixFoundation部署程序是由原廠或經銷商認證過的工程師來執行，無需用戶介入，Nutanix也提供了認證培訓，可讓客戶自行執行NutanixFoundation部署程序。NutanixFoundation是一個在OracleVirtualBox中執行的CentOS虛擬機器，搭配預先備妥的NutanixNOS作業系統ISO檔，以及Hypervisor的ISO檔，來進行Nutanix伺服器的建置。安裝前先找一臺PC作為部署平臺，在這臺PC上以VirtualBox執行NutanixFoundation這臺VM，設這臺VM的IP位址與磁碟空間，然後把NOS作業系統與HypervisorISO檔匯給這臺VM，便可開始部署程序（KVM已內含在NOSISO檔中，只有vSphere與Hyper-V需另行準備ISO檔）。接下來，我們需先透過瀏覽器，登入NutanixFoundation的網頁式入口介面，系統會自動從網路上找到尚未初始設定的NX應用伺服器節點。利用NutanixFoundation網頁入口介面為每個節點設好IP位址、要安裝的ISO檔類型後，系統便會自動為每個節點安裝好Hypervisor與Nutanix的CVM，並在這些節點上建立叢集。完成系統安裝後，接下來便可登入NX應用伺服器的Prism網頁控制臺介面，依照選用的Hypervisor型式，在叢集的儲存池中建立容納VM的儲存區（如vSphere是NFSdatastore、Hyper-V是SMBdatastore）。設好供Hypervisor使用的儲存區後，用戶便可透過Hypervisor管理工具開始在NX伺服器上建立VM，也能透過Prism管理控制臺監控系統狀態或執行快照、Clone等進階資料服務功能。透過NutanixFoundation工具，迅速完成系統部署NX系列應用伺服器的部署，是透過NutanixFoundation工具來進行，透過預先備妥的NOS作業系統與Hypervisor的ISO檔，便可一次向多個節點自動部署Hypervisor與執行NOS作業系統的CVM，同時也會設好各節點的IP位址，並把這些節點組成叢集。提供Prism網頁控制臺介面Prism是一個HTML5網頁控制臺，分為管理單一叢集的PrismElement，與管理多叢集環境的PrismCentral兩種版本，不僅可監控、設定NX伺服器的硬體組態，也可深入到VM層級，監控個別VM的運行狀況與效能，還能透過這個介面，執行NDFS檔案系統內含的各式進階資料服務功能。結合重複資料刪除與即時壓縮，提高儲存效率Nutanix伺服器所基於的虛擬化環境，存在著大比例的重複資料現象，因此Nutanix的NDFS檔案系統特別整合了壓縮與重複資料刪除兩種類型的資料縮減技術，可大幅