浅谈超融合基础架构

钱朝阳　陆明胜

摘要：据调查，2015年底虚拟化用户已达65%，目前虚拟化用户已增至84%。海量增加的应用对I/O的需求日益提高，以虚拟化为基础，实现管理以及业务的集中，对数据中心资源进行动态调整和分配，重点满足企业关键应用。对于资源高性能、高可靠、安全性和高可适应性上的要求，超融合这一技术应用而生。本文从超融合的定义、特性与传统架构对比的优点等方面对超融合作了简明阐释。

关键词：超融合 云计算 虚拟化

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0216-02

1 什么是VSAN

VSAN是超融合的过渡，是在2013年的VMware大会上提出的。它是一种可扩展的分布式存储架构。VSAN在虚拟化集群主机当中安装闪存和硬盘来构建VSAN存储层，这些设备由VSAN进行控制和管理。在新建或现有虚拟化集群中都可以使用VSAN架构，条件是有足够的磁盘插槽和支持存储控制器的VSAN主机。VSAN提供了一种支持各种类型负载并且易于管理共享存储源。

2 超融合的定义

超融合就是在vsan的基础上发展而来的，它是将CPU、内存、存储、网络、虚拟化整合在一台设备上，克服传统的I/O瓶颈。超融合架构打破了传统的服务器、网络和存储的孤立界线，实现一个统一的HCI形态。

超融合基础架构（Hyper-Converged Infrastructure，或简称“HCI”）是指在同一套单元设备中不仅具备计算、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，形成统一的资源池。

3 超融合架构的特性

超融合基础架构继承了融合式架构的一些特性，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群集，来获得整个虚拟化环境需要的效能、容量扩展性与数据可用性，可透过增加群集中的节点数量，来扩充整个群集的运算效能与储存空间，并透过群集各节点间的彼此数据复制与备份，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。

3.1 运算单元与储存单元的融合

传统的存储区域网络架构使用的运算和储存单元是分离的。传统的服务器外接SAN交换机、储存设备等，超融合架构则将运算和储存单元合二为一。这样每个服务器节点单元同时可提供运算资源和储存空间，每一台超融合架构的服务器节点就相当于传统服务器外接SAN交换机和储存设备，即使用服务器节点的磁盘驱动器来提供需要的储存空间。

3.2 实际的硬件资源与虚拟化平台的完整融合

超融合架构是通过虚拟化平台软件来合理硬件资源的，运算资源和储存资源都是通过虚拟机来合理调配使用，是一种以虚拟机为核心的虚拟化应用。另外，超融合架构的运算资源和储存资源都是软件定义化的，硬件部份只是一台普通的通用硬件服务器，用户使用的虚拟机与储存空间完全依靠Hypervisor等软件所构建，隔绝了用户与底层的物理设备。

3.3 更易于管理的超融合架构

在融合式架构中，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，操作管理也是独立的，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、连接映像等这些设定着手，然后再将设定好的储存装置挂载到服务器主机上，通过Hypervisor提供给VM使用。超融合架构，运算与储存二合一，只需单一的平台就可同时管理运算和储存资源的设定。用户可根据自身需要来设定运算与储存资源的服务等级，实际资源的分配可由管理平台自动完成，管理变得轻松而简单。

3.4 纵向构建和横向扩展

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单元。通过丛集架构，用户可以以一台超融合设备为单元，以堆叠的方式将更多的节点加入到丛集中，来扩展整个超融合架构丛集的容量。

4 传统架构存在的弊端

性能上的下降，I/O在存储控制器上存在瓶颈。将闪存放置在阵列中，未充分利用更快的媒介；扩展不灵活，比如在需要之前购买容量，扩容升级过程繁琐；需要iscsi，FC，NFS等专业技能，管理工具各自为政，不能整齐划一，统一管理。

5 软件定义数据中心的超融合架构的优势

软件定义数据中心的优势在于满足新一代数据中心要求：商用化，商用硬件与操作系统，数据中心不再需要构建定制架构；横向扩展和纵向构建，面向云时代的架构：简单、部署快速、敏捷；高性能，节点标配SSD磁盘，自动热点数据迁移、集群内SSD空间统一管理使用；软件中心在服务器中融合虚拟控制器和融合软件定义网络（SDN）。

另外，超融合的优势在于封装Server SAN相关网络管理复杂性的降低，简化初始化配置、增加/删除节点、更换组件，简化运维和管理。在控制成本和风险方面也有明显优势：无需单独采购服务器、存储和VMware License，摒弃FC SAN架构，机柜空间、电源消耗、运维和管理成本明显降低；解决传统Server SAN技术对VMware虚拟化环境的资源争抢（Noisy Neighbours），系统所有硬件和软件统一技术接口，避免扯皮。

6 下面以超融合产品为例，来分析一下超融合架构的特点

如图1，超融合产品的VSAN会池化与服务器连接的闪存设备和硬盘，以便为vSphere虚拟机创建一个弹性的高性能共享数据存储。vsan无缝嵌入在vSphere内核中，数据I/O路径更短，提供最高级别的性能，减少额外CPU和内存开销；提供VM级别服务质量管理 （QoS）；供VM级别连续数据保护（RP4VM）；提供RPO为零的跨站点延伸集群实现“双活”；与vSphere Web Client集成管理。

如图2，超融合产品内置完整的数据保护——容灾和备份：超融合架构内置就提供本地备份，同城数据中心数据实时复制，异地数据中心多模式容灾，还可以向公有云延伸；同城容灾方案简单，IP可达，无需存储网络，响应时间小于5毫秒即可；所有功能无需额外付费，在管理界面中简单配置，一键自动化恢复。

表1，表2是某保险公司POC性能数据展示，由表分析可知：超融合架构比传统架构桌面环境性能提升4-7倍，数据库高IO操作性能提升3-5倍。

7 面向企业级的超融合架构

（1）改变采购模式，无需一次性大规模采购，按需采购；保护现有投资，延伸到云计算架构。

（2）从上机架开始30分钟内即可交付使用，部署快速。

（3）单一界面，统一管理计算、存储、虚拟化等资源，运维管理简单化。

（4）分布式架构，线性扩展，无节点数限制，无单点故障，内置本地备份、同城和异地容灾能力。

（5）单一厂商保障所有软硬件，包括计算、存储和虚拟化的支持。

8 结语

项目规划通常会包含多种超融合基础架构内容，但是虚拟化、云计算和存储应该成为讨论的核心。企业希望预测这些领域未来将会发生怎样的变化，所以实际上，企业是在选择一种面向未来的超融合基础架构，也就是现在做出的选择需要为以后留出适应空间。

参考文献

[1]赵小凡.对“软件定义一切”的思考和理解[J].软件和信息服务，2014（1）：16.

[2]张广彬，盘骏，曾智强.数据中心2013：硬件重构与软件定义[R].2014.