超融合的英文“Hyper-Converged”中的“超級”,意思就是虛擬化,因此超融合架構天然具備虛擬化的基因。存儲技術的改變是超融合架構中最根本的變化,原先的集中共享式存儲轉變成了軟件定義存儲,特別是分佈式存儲。超融合架構的核心是分佈式存儲,分佈式存儲離不開軟件定義存儲,軟件定義存儲作爲一種數據存儲方式,是利用相對於物理存儲硬件的外部軟件進行所有存儲相關的控制工作,這個軟件是操作系統或虛擬層的一部分。
數據中心發展經歷
1 .數據中心的傳統架構階段
傳統數據中心所採用的基礎架構,是以大型服務器,小型服務器,x86服務器,集中式存儲,網絡,大型數據庫,高可用軟件和管理軟件的複雜系統架構,需要很多集成商和不同硬件廠商提供技術服務團隊。這種架構適合了數據大集中的發展趨勢。隨着企業應用的不斷增加以及互聯網應用發展帶來的爆發性增長的數據,數據中心架構孤島式的弊端也日益顯露。
首先,應用的可靠性,嚴重依賴於硬件提供的可靠性,可用性和可維護性特性,硬件採購成本極爲高昂。其次,煙囪式建設,離散式管理,設備種類繁多,運維難度大,運維的成本也隨之增長。最後,由於系統結構複雜導致部署週期長,系統上線進度嚴重影響;資源調度靈活性不足,系統資源得不到充分利用。
超融合架構在數據中心應用探究
2 .數據中心的虛擬化階段
隨着服務器虛擬化技術的出現,數據中心開始逐步向虛擬化數據中心轉變,數據中心進入了虛擬化數據中心階段。虛擬化技術就是在一個物理服務器上運行多個可移動的虛擬機,這些虛擬機共享底層硬件,擁有自己的虛擬資源如操作系統,計算,內存和存儲等。虛擬機可以提高服務器的利用率,並且虛擬機支持操作系統的和數據的備份,實施更加靈活。數據中心應用服務器虛擬化技術的好處主要有以下幾點。
一是由於利用虛擬化技術,可以減少對硬件數量需求的,從而使硬件採購成本大大降低。虛擬機技術使數據中心的硬件設備大幅度減少,從而使數據中心能耗降低,更加易於維護,隨着時間的推移,虛擬化帶來的成本降低是非常明顯的。
二是應用部署的靈活性得到了極大的改善。隨着虛擬化技術的發展,重新部署應用可以通過虛擬機的快照技術在幾分鐘之內就能夠完成。同時,應用的備份和遷移同樣也變得簡單,方便。虛擬化技術提高了服務器的資源利用率,利用虛擬機在線遷移技術數據中心對服務器可靠性,可用性和可維護性的依賴大大降低。
數據中心的服務器資源利用率和高可用性的問題通過虛擬化技術得到解決,隨着虛擬機數量的快速增長,對存儲I / O的需求也隨之大幅提升,在這種情況下傳統FCSAN存儲網絡方式又引發了新的問題:第一是可靠性問題。由於集中存儲非常依賴於存儲設備的可靠性,可用性和可維護性,所以當存儲設備發生故障時將會危及整個虛擬機資源池第。二是擴展性問題。存儲設備之間的數據遷移非常困難,無法解決存儲設備的性能孤島和數據孤島問題。第三是性能問題。虛擬機的I / O性能完全取決於後端存儲的能力,而單一存儲的I / O性能現在已經出現了明顯的瓶頸。第四是運維問題。各個廠家的存儲設備是互不兼容的,IP網絡與FCSAN也是完全孤立的,加大了運維的工作量。第五是成本問題。對專用設備的依賴顯著地增加了基礎設施的成本。
軟件定義數據中心階段
超融合架構替代傳統架構的變革,帶來了數據中心開始向軟件定義數據中心發展。傳統服務器虛擬化技術的資源的虛擬化和管理是通過專用的硬件設備得以實現,並沒有徹底實現硬件資源與虛擬化管理軟件之間的分離。這使得這類技術並不適用於大規模的虛擬數據中心環境。而軟件定義的技術實現了存儲,計算,網絡與專用硬件的分離,從而實現了它的基礎架構的真正融合。
軟件定義數據中心讓數據中心的存儲設備,服務器和網絡等重要基礎設施減少了對基礎物理硬件的依賴,變得更爲靈活,更自動化。由於傳統的DAS,NAS和SAN具有技術要求高,成本高,靈活性差等缺陷,所以軟件定義技術取代專用硬件逐步成爲數據中心基礎架構的發展趨勢。此外,超融合架構優點還包括以下幾個方面。
一是功能豐富。超融合架構不單純是一個分佈式存儲系統,還可以通過緩存加速,備份,快照,重複數據刪除,數據壓縮等強大的功能,來保證數據對存儲的高效利用,保證系統的穩定運行,並能降低能源消耗。
二是建設費用低。超融合架構通過軟件定義使用X86服務器自身的硬盤,從而使存儲的硬件成本極大降低。
三是部署便捷。相對於傳統存儲解放方案的複雜性,超融合平臺部署相對簡單。對於LUN,RAID,FC交換機,分區,掩碼,註冊表狀態變更通知或複雜的存儲多路徑等問題不必面對。
四是橫向擴展能力靈活。超融合架構在需要性能擴展時可以通過增加不同功能節點的方式進行,按照需求擴展所需要資源,分別獨自擴展如CPU運算節點,內存節點,GPU節點,存儲容量節點,提升所需要的性能。系統建設時期的設計和預算壓力得到了極大的減輕。
五是提高了I / O性能。超融合架構技術採用了分佈式存儲技術,配置的SSD硬盤來提高性能,利用本機的機械硬盤來擴充容量,極大提高了存儲的I / O性能。
超融合架構的具體應用場景
1 .提升數據中心的存儲性能
超融合架構存儲系統採用的軟件定義技術,傳統集中存儲的性能問題得到了很好的解決。傳統架構的存儲設備已無法滿足對存儲性能和靈活性的需求,超融合架構存儲是分佈式的,可以徹底擺脫傳統這架構對存儲系統的性能約束。超融合存儲通過完全去掉傳統存儲,利用分佈式文件系統來提供按線性增長的性能和容量,並且可以通過SSDCache進行加速,甚至可以全部使用SSD來構建整個分佈式存儲系統。
2 .業務快速部署,降低成本
超融合基礎架構首先給用戶帶來的價值是加快業務部署。傳統的項目要經過一個非常長的項目設計,規劃,然後到整個採購,之後要去進行集成,部署,測試等相關工作,而超融合架構一般都預集成封裝虛擬化平臺,雲平臺管理軟件,SDN網絡和分佈式存儲,集成整個存儲,計算和網絡以及應用軟件讓整個這架構的搭建簡化了很多。超融合架構大部分都是基於X86硬件設備,可以顯著降低,採購成本,運維成本也會降低。
3 .大數據分析平臺
超融合架構具備橫向擴展的特性,針對海量數據存儲應用,可以實現大規模通用集羣存儲。超融合架構存儲系統通過網絡技術將大量基本X86存儲單元整合起來協同工作,對外提供統一數據存儲服務,替代傳統集中式的存儲設備。
4 .支撐虛擬桌面,私有云等虛擬化計算應用
超融合架構可以將計算,存儲和網絡資源整合到一起,提供軟硬一體的解決方案。在虛擬桌面(VDI)應用方面,由於各種應用部署在單一的共享資源池裏,可以不需要擔心存儲系統的I / O影響虛擬機性能。此外,超融合架構的大容量分佈式存儲環境爲系統靈活掌控隨機和順序負載提供可能。而且採用SSD加速的分佈式存儲集羣可以保障足夠的IOPS應對VDI啓動和登入風暴等嚴峻的負載挑戰。在虛擬化應用方面,包括存儲,備份,複製,負載均衡在內所有策略的制定,都會圍繞支持虛擬機進行。例如數據保護策略,超融合架構就將其集成在虛擬機層。管理員只需在虛擬機層操作,就可以在不同數據中心之間或不同應用間(備份,複製等)進行負載遷移。
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