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浅谈超融合架构——VmwareEVO、路坦力和SimpliVity的横向对比运算、储存、网络三合一,超融合基础架构结合了虚拟化、软件定义化、丛集分布式架构于一身,可以标准化通用硬件构成的基本节点,建构出便于灵活扩展、完全依靠软件驱动的IT环境文/张明德|2014-11-27发表兴起中的超融合基础架构(Hyper-ConvergedInfrastructure),将改变企业IT机房建置型态。无论规模大或小,典型企业IT机房都是由各自独立的运算、储存、网络硬设备组成,包括提供运算资源的服务器,提供储存资源的磁盘阵列或NAS,以及提供网络连接的局域网络(LAN)与储存局域网络(SAN)设备等。不过以Google、Amazon、Facebook为代表的网络服务巨头厂商,却针对「网络规模(Web-Scale)」应用带来的极大量数据处理需求,引进了异于传统的「云端化」机房架构,展现了机房建置思维新方向。云端化的机房架构为了因应Web-Scale层级的极大量存取、储存与数据处理需求,Google这类大型网络服务商另辟蹊径,引进一种基于软件定义式设计的大规模丛集架构。面对巨量数据处理需求,传统做法是以采购更高性能的服务器主机与储存设备来因应,但这些大型网络服务商却反其道而行,改为使用相对低价的现成商品化(Commodity)通用服务器硬件,藉由运行这些厂商自行发展的分布式系统(分布式文件系统与分布式数据处理软件等),将大量通用服务器设备组成极大规模的数据处理丛集环境,利用这种超大型丛集来处理来自全球网络用户发出的存取需求。相比于传统架构,这种以软件核心、基于通用硬件的云端式架构,拥有远为低廉的建置成本、更弹性的扩充能力、更灵活的资源分配,以及几无上限的扩展能力,更能胜任必需因应数据迅速增长断调整与扩充处理资源的环境。藉由超融合基础架构,现在,这种云端化的机房架构,也被带到一般企业IT环境中。超融合基础架构的特性超融合基础架构取法于大型网络服务商的云端IT架构,拥有许多类似的特性,同样都是使用通用硬件服务器为基础,将多台服务器组成含有跨节点统一储存池的丛集,来获得IT环境需要的效能、容量扩展性与数据可用性,可透过增加丛集中的节点数量,来扩充整个丛集的运算效能与储存空间,并透过丛集各节点间的彼此数据复制与备援,提供服务高可用性与数据保护能力。而为能灵活地调配资源,超融合架构也采用了以虚拟机(VM)为核心、软件定义式的资源运用型式,资源调派均不涉及底层实体硬件的组态设定调整,纯粹以软件定义方式来规画与运用底层硬件资源,然后向终端用户交付需要的资源。所以说,超融合基础架构中的「融合」,可以理解为这两个层次的融合:运算单元与储存单元的融合传统IT架构使用分离的运算与储存单元,如以服务器搭配外接SAN储存设备等,超融合架构则将运算与储存单元合而为一,每个服务器节点单元同时兼有提供运算资源与储存空间的角色,也就是一种「Infrastructureinabox」的概念,每一台超融合架构的服务器节点,都是自身拥有完整基础设施的单元。这也意味着,超融合架构是使用服务器节点本机的磁盘驱动器,来提供需要的储存空间。这种做法的一个疑虑,是单一服务器本身的磁盘驱动器不能满足容量需求,也不能提供足够的扩充性与可靠性。相较下,传统的企业级SAN磁盘阵列,不仅拥有双控制器设计带来的高可用性能力,还能透过串接扩充磁盘柜提供强大扩充性,并能藉由RAID确保基本的数据保护能力。于是超融合架构采取将多个节点组成丛集的方式,既能透过增加丛集节点的方式提供扩充能力,也能透过丛集节点间的失效切换功能,来提供高可用性能力,并藉由丛集节点间的写入I/O镜像复制功能,来提供数据保护能力。所以藉由组成丛集,让超融合架构摆脱了SAN与RAID的需要,借助构成丛集核心的分布式文件系统,直接使用服务器主机本身就能满足运算与储存需求。实体硬件与虚拟化平台的完整融合超融合架构是透过虚拟化平台软件来运用硬件资源,用户需要的运算资源是透过Hypervisor以VM的型式来提供,储存资源亦是透过与Hypervisor结合的分布式文件系统来提供给VM使用,是一种以VM为核心、更完全整合的虚拟化应用。从另一个角度来说,超融合架构不仅运算资源是「软件定义化」的,储存资源也同样是「软件定义化」,硬件部份只是一台普通的通用硬件服务器,用户使用的VM与储存空间完全依靠Hypervisor等软件所建构,隔绝了用户与底层的物理设备。融合式架构vs.超融合架构以VM为核心提供运用、预先整合了运算与储存的基础设施的套件类型产品并不稀有,几乎所有一线服务器与储存供货商都能提供这样的产品。这些产品将包括服务器、网络、储存等硬件单元,搭配VMware之类的虚拟化软件平台,预先整合成为一个「融合式基础架构」(ConvergedInfrastructure)套件,与超融合架构产品同样都以一次购足所有基础设施必要组件、套件已预先完成组装、测试与调校,开机后即可快速部署运用,且由单一供货商窗口提供服务为要求。这类「融合式架构」与「超融合式架构」相比,差别在于是否将储存设备融合到服务器中。典型的融合式架构套件,产品如VCEVblock、NetAppFlexPod等,储存资源仍是由独立的储存设备来提供。而超融合架构则没有独立储存设备的存在,由服务器来同时提供运算与储存资源。相较于运算与储存各自独立的融合式架构,藉由将运算与储存融合在单一设备上,超融合架构可带来两项效益:更简易的管理在传统架构或融合式架构中,由于运算与储存资源是由各自独立的服务器与储存设备来提供,组态设定与操作管理也是各自独立,管理者必须分别透过不同的管理工具来管理这两种设备。管理者须在储存设备上从LUN、Volume与连接映像这些设定着手,然后再将设定好的储存装置挂载到服务器主机上,透过Hypervisor提供给VM使用。在超融合架构中,运算与储存合而为一,只需单一管理平台就能同时管理运算与储存资源的设定,并能藉此实现完全的「政策驱动式」管理,用户只需透过政策设定自身需要的运算与储存资源服务等级,实际资源分配都可由管理平台自动完成,可大幅减轻管理负担。积木式堆栈扩充超融合架构由于把运算与储存融合在一台设备,每台超融合设备都含有独立、完整的运算、储存硬件资源,所以每台设备也就构成了一个独立的基础「积木(BuildBlock)」单元。透过丛集架构,用户可以一台超融合设备为单位,以堆栈积木的方式将更多节点加入到丛集中,来扩展整个超融合架构丛集的效能与容量。每台超融合设备的规格都是确定的,效能与服务能力也是固定、可预测的,这也让超融合架构的扩充变得十分单纯明确、且可预测,就像堆积木一样,向丛集中堆栈节点,即可构筑出拥有不同效能与容量服务能力的IT基础环境。从超融合架构迈向Web-ScaleIT超融合架构以通用硬件服务器构成的丛集为基础、以VM为核心,具备管理简单、便于以积木堆栈方式扩充等特性,也为企业IT基础架构的型态迈向「网络规模(Web-Scale)」的IT架构奠定了基础。Web-ScaleIT拥有结合成千上万台电脑而成的庞大运算与储存能力,可以承载很高的用户存取量,藉由丛集架构可容忍部份节点故障,而且管理只需少许人员,还便于弹性地扩充、并迅速地调整配置。使用超融合架构,可以很容易的满足Web-ScaleIT的需求,让一般企业打造出类似Google、Facebook等网络巨头的云端化IT环境,达到提高IT营运效率、降低成本、利于因应创新服务迅速调整配置的目的。超融合基础架构主流产品规格特性对比基于超融合架构的发展潜力,投入这领域的厂商也日渐增加,继Nutanix、SimpliVity、ScaleComputing、Pivot3等新创厂商之后,领导虚拟化平台市场的VMware也加入了这个领域。超融合基础架构还是一个非常新颖的产品领域,就连身为先驱者的Nutanix,也是在2011年8月才发表首款产品,其他主要厂商如Simplity、VMware等,更是迟至2013与2014年才推出产品。就目前来看,Nutanix的NX系列应用服务器与VMware的EVO:RAIL,是超融合架构领域最重要的两个产品,SimpliVity的OmniCube/Omnistack则略次一些。Nutanix在这个领域是先驱者,产品技术最为成熟完整,SimpliVity的功能也颇为完整,不过安装部署与升级便利性较为不如;EVO:RAIL则有VMware身为最重要虚拟平台供货商的优势。至于其他供货商如ScaleComputing、Pivot3等,目前的产品功能尚不如Nutanix成熟完整,影响力又远不如VMware。另一主要虚拟平台供货商微软,虽然也与服务器厂商合作推出类似的Clusterinbox产品,不过这些产品不完全符合超融合架构的概念,而是介于过去的融合式架构与超融合架构之间。此外,各厂商的产品虽然都提供了「超融合」,但架构、管理与部署上仍存在许多维妙的差异,因此藉由对比Nutanix、SimpliVity与VMware等三大超融合架构供货商的产品,我们将能对这类型架构的特性有更深入的理解。产品基本型态Nutanix的产品有6个款式,全都是2U机箱服务器,涵盖单机箱/单节点、单机箱/双节点与单机箱/4节点等类型,服务器硬件是由Supermicro与Dell提供。SimpliVity的OmniCube/Omnistack也是2U机箱的服务器,但都是单机箱/单节点的款式,OmniCube系列采用Dell服务器,有3种款式;OmniStack则使用CiscoUCS服务器,有1种款式。VMware的EVO:RAIL同样采用2U机箱,只有1种单机箱/4节点款式,不过硬件供货商多达8家,括Dell、EMC、富士通、netone、Supermicro、浪潮(inspur)、HP与HDS等。丛集规模Nutanix是透过丛集节点间的写入I/O复制来提供基本数据保护,所以要求最小丛集规模是3个节点,每次扩充以1个节点为单位,最大丛集规模没有限制。EVO:RAIL同样透过丛集节点间的写入I/O复制来提供数据保护,最小丛集是一个4节点单元,每次扩充是以4节点单元为单位扩充,最大丛集规模则是16节点。至于SimpliVity的由于个别节点拥有RAID控制器提供的RAID保护,允许单节点的组态,每次扩充以1个节点为单位,最大丛集规模没有限制。Hypervisor支援Nutanix支持vSphere、Hyper-V与KVM三种Hypervisor,分别透过NFS、SMB3与iSCSI协议,将丛集储存区空间挂载给三种Hypervisor使用。SimpliVity与EVO:RAIL都只支持vSphere,并且是透过NFS协议将储存空间提供给Hypervisor。系统管理超融合架构产品的管理大致可以分为3种方式:(1)专属网页控制台(2)vSpherevCenter的Plug-in。(3)vCenterWebClient的Plug-in。Nutanix透过专属的Prism控制台来管理丛集与Hypervisor,又分为管理单一丛集用的PrismElement与管理多丛集环境用的PrismCentral两种版本。不过他们没有搭配VMwarevCenter或WebClient的Plug-in管理接口。SimpliVity是透过嵌在vCenter中的Plug-in接口来管理,搭配WebClient的Plug-in也很快会推出。EVO:RAIL可以透过称作EVO:RAIL引擎的网页式控制台提供基本管理,也可透WebClient接口来管理底层的VSAN等组件。储存架构透过分布式架构来组成丛集,是超融合架构的核心功能,Nutanix与SimpliVity都是透过在每台节点上运行的虚拟化控制器,来将所有节点的储存空间构筑为一个丛集,虚拟化控制器本体是在Hypervisor上运行的一台VM。EVO:RAIL则是藉由VSAN来提供丛集储存空间,而VSAN是vSphere核心的一个功能,架构堆栈要比其他产品更简洁。Nutanix与EVO:RAIL都是
本文标题:超融合架构
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