超融合区别于传统架构的特性及收益深度分析

超融合区别于传统架构的特性及收益深度分析新IT浪潮已经到来，超融合便是诸多风口之一，在近年来成为了IT业界备受关注的话题。当下超融合架构已成为许多厂商发力的主要方向，市场竞争日益激烈。虽然超融合的概念已经被热炒了至少两年，但市场上依旧存在着不少模糊的定义与理解，超融合与传统IT架构在性能和收益方面究竟有哪些差别？此文将详细盘点超融合与传统IT架构的差异，并通过厂商实例来进行深入对比分析。一．超融合的核心特征是什么？Nutanix是最早推广超融合（HCI：HyperConvergeInfrastructure）概念的厂商。Nutanix起步的核心技术是分布式存储，只是在部署架构上有了进一步创新，采用了这种融合的方式。这很大程度上推进了分布式存储的市场落地。所以分布式存储是超融合1.0的核心，但市场上很多厂商在弱化最具挑战及技术难度的存储部分，单纯去调“融合”，把一些无关痛痒的内容集成起来，而这并非真正的“超融合”。真正撬动传统IT市场的超融合1.0的特征是两点：一是，基于X86服务器架构的分布式存储；二是，分布式存储和计算虚拟化部署在同一服务器硬件内。下面在对比中会看到，给用户带来价值的重要特性中，大概70%是来自于分布式存储，30%是超融合架构带来的好处（比如管理简化，使用成本的降低），但恰恰是这30%，让用户更愿意从传统架构切换到分布式架构上来。二．超融合是革命性架构吗？任何称之为革命性的架构一般应具备至少以下三个特征：一是，对用户的使用习惯会有巨大的改变；二是，为用户带来巨大的价值；三是，新的厂商可以撬动传统老牌厂商的市场。以上三点，超融合产品都具备，前两点在后面分别介绍，第三个可以通过国外的Nutanix、VMware（vSAN），中国的SmartX等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。即便目前Nutanix自己也在开发和推出服务器虚拟化产品，但最初的Nutanix产品核心就是超融合架构的分布式存储。用户采购Nutanix并不需要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。三．为什么超融合的架构会在近几年才出现？一个革命性的技术架构出现、成熟需要至少两个核心因素：一是，客户的强烈需求；二是，相关技术的成熟。超融合架构的客户需求来自于商业数字化和互联网化对IT资源的使用速度和使用要求有了大幅提升。而以下相关技术对架构的市场落地有很大关系。1.分布式存储架构这是互联网公司用了多年的技术，分布式存储可以很好地基于X86服务器构建易扩展、高可靠的存储资源池，是超融合的基础。2.SSDSSD对存储架构的影响是巨大的，传统机械硬盘的4K随机性能只有300左右，而类似intel3710这样的SSD则可以达到超过7万IOPS，高出两个数量级。但同时双控制器架构就会成为瓶颈，比如EMC的Unity650可以支持一千块硬盘或SSD，但31块SSD的时候就到达瓶颈，此时8:2读写混合最大只能达到27万IOPS。同样，SSD大大减少了事务型存储系统的机架空间，使存储和计算节点的数量比较匹配，这是超融合架构成立的一个重要条件。3.虚拟化超融合架构成立的另一个重要条件就是虚拟化已经被广泛接受，否则分布式存储不可能和应用共存在一个物理节点上，除非是一个厂商的一体机产品。4.CPU最后就是大家常说的CPU更强大更廉价，可以同时解决计算和存储的要求。四．超融合就是分布式存储和计算虚拟化简单地安装在一起吗？答案是否定的。因为要以超融合的形态去做虚拟化的存储，还应该具备以下特征：一是，对系统资源消耗应该少，并且可控，合理的方案不应该超过10%；二是，支持VM数据访问本地化，这个是超融合架构另一大优势；三是，既然是重点支持虚拟化平台存储，就应该对不同的虚拟化平台有比较好的支持，类似VMware、KVM等。所以，现在中国市场真正算得上超融合架构的也就是Nutanix、VMware和SmartX。国内很多厂商用Ceph来包装超融合产品，以上三点都没有满足。主要的问题包括：1.哈希算法不能实现数据存放的精准控制，所以I/O本地化无法实现；2.软件I/O路径比较长，CPU资源消耗比较多，进一步增加了延迟。五．超融合架构和传统架构有哪些区别？这里挑选了SmartX的架构图用来做对比说明，更清晰一些（以下若干图都取自SmartX产品胶片）。对于真正的超融合产品，以下特性都是一致的的。如果有少量的特性差异，会专门描述。六．为什么超融合架构的可靠性能比传统双控架构更好？用服务器构建存储，客户顾虑最多的首先是可靠性，如果需要衡量可靠性：系统的冗余度？通俗的说就是允许硬件坏多少？出现故障后是否完全自动恢复？恢复速度和时间？因为系统处于降级状态下是比较危险的状态，故障窗口越小，出现整体故障的可能性就越小。以下给出详细的系统冗余与恢复机制对比。上表需要进一步说明的是：三副本可以带来比双控更好的冗余度，代价是损耗更多的容量。管理的粒度部分，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。热备盘的处理方面，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。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。七．为什么超融合架构的随机性能比传统架构更高？超融合在性能方面的架构优势也非常明显，代价是消耗计算资源，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。以下给出详细的性能机制对比。性能相关的特性中，多节点并发和性能扩展依旧是分布式存储带来的。而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。SSD是即使传统架构存储都会使用的，但双控无法发挥SSD的性能。比如EMCUnity650F，8:28K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8:28K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EMCUnity650F的最大性能。而10个节点只是非常小的用户规模。八．为什么超融合架构的可扩展性比传统架构更好？可扩展性是分布式架构的最大优势之一，当然扩容后的数据自动负载均衡效果并不是必然的，要看厂家的产品化程度。以下给出详细的系统可扩展性对比。扩展性方面的优势，依旧是分布式存储架构带来的。九．为什么超融合架构的部署运维更简单？超融合架构运维的简化效果是非常显著的，以下从几个角度进行部署与运维对比。其中部分优势是分布式架构带来的，比如只维护标准商用服务硬件，而使用超融合后，可以进一步减少硬件的需求量。十．超融合到底如何为用户省钱？说法在网上很多了，但以下这个实例可能更精准和量化一些，可以对比使用成本。这里不包括人员维护成本，续保等费用的成本等。人力成本方面，去掉专业存储运维就可以节省很大一部分人员开销。根据实际经验值，采用超融合在人员投入至少减少50%。采购成本，超融合产品一般可以做到传统架构70%。以下给出使用成本与收益对比实例。十一．超融合不适合什么场景？传统意义上的超融合是适合于各种虚拟化的场景，对于裸金属服务器就不适合了。所以有一些重负载的应用，在虚拟化都不用的情况下，自然不会考虑超融合。另外，超融合的架构模式决定了计算和存储资源应该均衡增长，否则就不是非常适合，比如海量的非结构化数据。不过，近期的一个趋势是，超融合厂商开始对外提供存储接口，可以以类似ServerSAN或者NAS的方式访问，所以裸金属的场景也可以适用了。