超融合基础架构理解-编程知识

1 超融合基础架构

1.1 定义

超融合基础架构（Hyper-converged infrastructure，缩写为HCI），是一种集成了存储设备及虚拟运算的信息基础架构框架。在这样的架构环境中，同一厂商的服务器与存储等硬件单元，搭配虚拟化软件，被集成在一个机箱之中。这个名词是从“融合基础架构”派生而成而成的新词，意为可提供比融合式架构更进一步的“融合”。——超融合基础架构在维基百科中的定义

从维基百科对于超融合基础架构的定义看，有如下几个关键词：

超（Hyper）： 指虚拟化。
融合（converged）： 指计算和存储软件部署在同一个节点上。
基础架构（infrastructure）： 指一种软件定义的 IT 基础架构。

1.2 超融合的核心特征

首先大家需要有一个概念，我们看到的这些名词，事实上都是最早推行这些架构的厂商建立起来的，比如Nutanix最早推广的超融合这个概念，目的无非是建立一个产品的品类，这是营销惯常的手法，但老外玩儿的真的很溜很成功。

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。其实这种创新在技术本身上并没有大的难度，但很大程度上推进了分布式存储的市场落地。

所以这就是超融合1.0的核心，但市场上很多人，被“融合”二字迷惑，甚至一些厂商，也就顺水推舟，弱化存储部分（弱化的原因是存储真的很难做好），单纯去强调融合，把一堆无关痛痒的东西集成起来。个人觉得这不是正途。

我认为真正撬动传统IT市场的超融合1.0的特征主要是两点：

一是，基于X86服务器架构的分布式存储（这里先不提SDS了，会增加新的混淆）；
二是，分布式存储和计算虚拟化部署在同一服务器硬件内。

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。

超融合已从1.0 阶段发展至3.0 阶段，服务云平台化趋势明显，应用场景不断丰富。超融合1.0，特点是简单的硬件堆砌，将服务器、存储、网络设备打包进一个“ 盒子 ” 中；超融合2.0，其特点则是软件堆砌，一般是机架式服务器+分布式文件系统+第三方虚拟化+第三方云平台，具有更多的软件功能。

在1.0 和2.0 阶段，超融合和云之间仍旧有着“一步之遥”，并不能称之为**“开箱即用”**的云就绪系统，超融合步入3.0 阶段，呈现以下两个特点：

服务的云平台化。 它所交付的不仅是软硬一体的超融合方案，更是一套完整的云平台服务：用户只需要一次性投入，就能够得到完整的云服务。
应用场景的丰富化。 目前超融合应用已经覆盖企业级云平台、企业桌面云服务、企业容灾云平台、企业开发测试云、行业云等多种企业场景。

1.3 超融合和虚拟化的关系

虚拟化泛指一种资源管理技术，将计算机硬件资源（CPU、存储、网络等）抽象出来并进行动态分配；我们常说的“虚拟化”（VM）并不单指“虚拟化技术”，而是基于服务器虚拟化软件构建的虚拟化平台，通常结合专用的 SAN 网络和集中式存储部署，这种架构称之为“传统虚拟化架构”。
超融合全称为“超融合基础设施”，是一种软件定义的 IT 基础架构，服务器虚拟化是整个超融合基础架构的一个必要的组成部分，不同的超融合厂商对服务器虚拟化产品的支持策略有所不同。
超融合架构在使用服务器虚拟化的同时，将存储和计算融合部署，并以商用服务器和以太网结合分布式存储软件实现存储功能，在精简架构的同时大幅提升性能、可扩展性和资源利用率，降低运维难度与成本。

2 相较于传统架构，超融合的优势

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根据以上部署架构与资源管理模式对比图，我们总结了两者的 4 大差异：

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传统虚拟化架构一般有三层，在服务器上部署虚拟化软件，并使用光纤交换机和传统的集中式存储磁盘阵列提供网络与存储能力。这种架构下，虚拟盘分别被不同的阵列管理，容量不能共享。

而超融合架构有两项重要改进：

首先，去除传统的 SAN 网络和专用的集中式存储阵列，通过商用服务器和以太网结合存储软件实现存储功能。这是一种基于分布式架构的软件定义存储，在统一管理存储资源的同时支持弹性扩容。
其次，得益于分布式存储，存储与虚拟化软件（计算）可以进一步融合部署，将 IT 基础架构层级从 3 层简化为 2 层。

这种“分布式存储 + 虚拟化融合部署”是超融合的本质，也是超融合架构与传统虚拟化架构最重要的区别：超融合的变革首先是分布式存储对传统存储的替代，其他更多优势（例如基于 x86 服务器构建、并发与易于扩展）都是这种替代带来的。而分布式存储和虚拟化这种独有的融合部署模式，进一步简化了用户的 IT 架构，降低了使用成本和运维难度，这些价值也大大加速了用户对分布式存储模式的接受。

2.1 突破传统架构多重瓶颈，超融合价值凸显

对于传统存储遇到的I/O 瓶颈，企业需要改变传统的存储架构，分布式存储就是最好的选择。软件定义的分布式存储是当代数据中心技术演进的主要趋势之一，已经被用户广泛接受。通过软件作为媒介，将服务器和存储组成一个存储资源池，既保证了存储需要的性能，又同时通过硬件+软件的方式，提供了良好的扩展性。

Google、Facebook 等大型互联网公司通过软件定义技术构建大规模数据中心，并结合虚拟化技术和企业IT 的场景，实现可扩展的IT 基础架构，是最早的“计算”和“存储”的融合——超融合架构。超融合的本质是传统IT 架构从硬件向软件转型的核心产品，也是传统IT 架构向新IT 架构转型的产物。

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2.2 突破传统IT 架构I/O 瓶颈，用软件定义存储成趋势

传统IT 架构中计算存储资源浪费严重，企业“资源孤岛”问题亟待解决。目前大多数企业仍旧沿用传统IT 基础设施架构，该架构由服务器存储孤立地形成一个个烟囱式的架构，每个服务器（集群）对应独立的存储或网络。针对就业务搭建的架构而言，每个业务具有独立的区域，通常每个业务区的物理边界是该业务的专用汇聚交换机，各个业务之间完全割裂，存储部分遭遇了I/O 瓶颈，无法应对当前数据分析的要求。

部分企业引入了基于云计算的部署方式，这个方式虽然解决了管理问题和资源高效问题，但由于其后端存储部分依然采用单独的 SAN/NAS 网络存储产品，I/O 瓶颈依然存在，还造成了更多的管理复杂度，存储的扩容能力受限、数据库等关键应用无法统一到云平台上等问题。

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2.3 部署运维简化叠加TCO 降低，性价比大幅提升

部署运维简单，按需采购，单一支持。

1）部署运维方面， 超融合由于采用开箱即用的部署方式，可以免去传统集中存储环境下存储的规划、连接、配置等复杂的管理操作，无需再配置Raid 组、LUN、卷等，交付时间可以从过去的十几天缩短到半天，大大降低交付的时间。相比传统架构虚拟化、服务器、存储、网络四层需要分别进行管理配置的复杂性和繁琐，超融合将这些集成到一个用户界面上，用户可以在一个界面上，实现计算和存储资源的池化、CPU/内存/存储等资源的分配、虚拟机的创建和启动，也会为用户带来极大的便利性；

2）超融合改变了采购模式， 用户无需一次性大规模采购，按需采购即可；可将现有服务器延伸到云计算架构，实现了对现有投资的保护，并且采购来源是单一厂商，该厂商可保障所有软硬件，包括计算、存储和虚拟化的支持。

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可降低用户的整体拥有成本（TCO），性价比更高。利用超融合设备的Scale-Out（横向扩展）能力，能够让客户在搭建过程更方便，客户不需要再对基础设施进行调研，只需要了解自己的需求，同时了解到超融合设备，就能够快速的实现搭建，在应用方面无疑大大节省了企业的成本。

在用户的TCO 中，硬件成本将得到最多的节省，因为采用超融合架构可帮助用户减少存储和网络硬件的部署，与它们相关的维修费用也相应减少，除此之外，客户还可以节省电费、虚拟化软件授权费等，以上均带来管理、运维成本的节省。据实际经验值，采用超融合相比传统存储，在采购成本上可以节省近30%，在人员投入至少减少50%。以Nutanix 产品为例，根据IDC 的调查发现，平均每名客户可以在5 年时间里节省195 万美元。

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