本文基于對(duì)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展歷程以及軟件定義數(shù)據(jù)中心階段的探討，進(jìn)一步分析了超融合架構(gòu)的自身優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景。

超融合架構(gòu)（Hyper-Converged  Infrastructure）是指：在同一套x86 服務(wù)器中結(jié)合了計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源和服務(wù)器虛擬化技術(shù)，還具有緩存加速、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮、備份軟件、快照技術(shù)等功能，并且將多套設(shè)備采用統(tǒng)一的管理軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聚合，從而形成統(tǒng)一管理的資源池，模塊化的無(wú)縫橫向擴(kuò)展得以實(shí)現(xiàn)。超融合架構(gòu)就是基于通用的服務(wù)器硬件，借助虛擬化和分布式技術(shù)，融合計(jì)算、存儲(chǔ)、虛擬化為一體。

超融合的英文“Hyper-Converged”中的“Hyper”，意思就是虛擬化，因此超融合架構(gòu)天然具備虛擬化的基因。存儲(chǔ)技術(shù)的改變是超融合架構(gòu)中最根本的變化，原先的集中共享式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)變成了軟件定義存儲(chǔ)，特別是分布式存儲(chǔ)。超融合架構(gòu)的核心是分布式存儲(chǔ)，分布式存儲(chǔ)離不開軟件定義存儲(chǔ)，軟件定義存儲(chǔ)作為一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，是利用相對(duì)于物理存儲(chǔ)硬件的外部軟件進(jìn)行所有存儲(chǔ)相關(guān)的控制工作，這個(gè)軟件是操作系統(tǒng)或虛擬層的一部分。

數(shù)據(jù)中心發(fā)展經(jīng)歷

1.數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)架構(gòu)階段

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心所采用的基礎(chǔ)架構(gòu)，是以大型服務(wù)器、小型服務(wù)器、x86服務(wù)器、集中式存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)、高可用軟件和管理軟件的復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)，需要很多集成商和不同硬件廠商提供技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)。這種架構(gòu)適合了數(shù)據(jù)大集中的發(fā)展趨勢(shì)。隨著企業(yè)應(yīng)用的不斷增加以及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展帶來(lái)的爆發(fā)性增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)孤島式的弊端也日益顯露。

首先，應(yīng)用的可靠性，嚴(yán)重依賴于硬件提供的可靠性、可用性和可維護(hù)性特性，硬件采購(gòu)成本極為高昂。其次，煙囪式建設(shè)，離散式管理；設(shè)備種類繁多，運(yùn)維難度大，運(yùn)維的成本也隨之增長(zhǎng)。最后，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致部署周期長(zhǎng)，系統(tǒng)上線進(jìn)度嚴(yán)重影響；資源調(diào)度靈活性不足，系統(tǒng)資源得不到充分利用。

超融合架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用探究

2.數(shù)據(jù)中心的虛擬化階段

隨著服務(wù)器虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心開始逐步向虛擬化數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)中心進(jìn)入了虛擬化數(shù)據(jù)中心階段。虛擬化技術(shù)就是在一個(gè)物理服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)可移動(dòng)的虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)共享底層硬件，擁有自己的虛擬資源如操作系統(tǒng)，計(jì)算、內(nèi)存和存儲(chǔ)等。虛擬機(jī)可以提高服務(wù)器的利用率，并且虛擬機(jī)支持操作系統(tǒng)的和數(shù)據(jù)的備份、實(shí)施更加靈活。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)的好處主要有以下幾點(diǎn)。

一是由于利用虛擬化技術(shù)，可以減少對(duì)硬件數(shù)量需求的，從而使硬件采購(gòu)成本大大降低。虛擬機(jī)技術(shù)使數(shù)據(jù)中心的硬件設(shè)備大幅度減少，從而使數(shù)據(jù)中心能耗降低，更加易于維護(hù)、隨著時(shí)間的推移，虛擬化帶來(lái)的成本降低是非常明顯的。

二是應(yīng)用部署的靈活性得到了極大的改善。隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，重新部署應(yīng)用可以通過(guò)虛擬機(jī)的快照技術(shù)在幾分鐘之內(nèi)就能夠完成。同時(shí)，應(yīng)用的備份和遷移同樣也變得簡(jiǎn)單、方便。虛擬化技術(shù)提高了服務(wù)器的資源利用率，利用虛擬機(jī)在線遷移技術(shù)數(shù)據(jù)中心對(duì)服務(wù)器可靠性、可用性和可維護(hù)性的依賴大大降低。

數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器資源利用率和高可用性的問(wèn)題通過(guò)虛擬化技術(shù)得到解決，隨著虛擬機(jī)數(shù)量的快速增長(zhǎng)，對(duì)存儲(chǔ)I/O的需求也隨之大幅提升，在這種情況下傳統(tǒng)FCSAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)方式又引發(fā)了新的問(wèn)題：第一是可靠性問(wèn)題。由于集中存儲(chǔ)非常依賴于存儲(chǔ)設(shè)備的可靠性、可用性和可維護(hù)性，所以當(dāng)存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)將會(huì)危及整個(gè)虛擬機(jī)資源池。第二是擴(kuò)展性問(wèn)題。存儲(chǔ)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)遷移非常困難，無(wú)法解決存儲(chǔ)設(shè)備的性能孤島和數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題。第三是性能問(wèn)題。虛擬機(jī)的I/O性能完全取決于后端存儲(chǔ)的能力，而單一存儲(chǔ)的I/O性能現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的瓶頸。第四是運(yùn)維問(wèn)題。各個(gè)廠家的存儲(chǔ)設(shè)備是互不兼容的，IP網(wǎng)絡(luò)與FCSAN也是完全孤立的，加大了運(yùn)維的工作量。第五是成本問(wèn)題。對(duì)專用設(shè)備的依賴顯著地增加了基礎(chǔ)設(shè)施的成本。

軟件定義數(shù)據(jù)中心階段

超融合架構(gòu)替代傳統(tǒng)架構(gòu)的變革，帶來(lái)了數(shù)據(jù)中心開始向軟件定義數(shù)據(jù)中心發(fā)展。傳統(tǒng)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的資源的虛擬化和管理是通過(guò)專用的硬件設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)，并沒有徹底實(shí)現(xiàn)硬件資源與虛擬化管理軟件之間的分離。這使得這類技術(shù)并不適用于大規(guī)模的虛擬數(shù)據(jù)中心環(huán)境。而軟件定義的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與專用硬件的分離，從而實(shí)現(xiàn)了IT基礎(chǔ)架構(gòu)的真正融合。

軟件定義數(shù)據(jù)中心讓數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)等重要基礎(chǔ)設(shè)施減少了對(duì)基礎(chǔ)物理硬件的依賴，變得更為靈活，更自動(dòng)化。由于傳統(tǒng)的DAS、NAS和SAN具有技術(shù)要求高、成本高、靈活性差等缺陷，所以軟件定義技術(shù)取代專用硬件逐步成為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。此外，超融合架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)還包括以下幾個(gè)方面。

一是功能豐富。超融合架構(gòu)不單純是一個(gè)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，還可以通過(guò)緩存加速、備份、快照、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)壓縮等強(qiáng)大的功能，來(lái)保證數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)的高效利用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并能降低能源消耗。

二是建設(shè)費(fèi)用低。超融合架構(gòu)通過(guò)軟件定義使用X86服務(wù)器自身的硬盤，從而使存儲(chǔ)的硬件成本極大降低。

三是部署便捷。相對(duì)于傳統(tǒng)存儲(chǔ)解放方案的復(fù)雜性，超融合平臺(tái)部署相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)于LUN、RAID、FC交換機(jī)、分區(qū)、掩碼、注冊(cè)表狀態(tài)變更通知或復(fù)雜的存儲(chǔ)多路徑等問(wèn)題不必面對(duì)。

四是橫向擴(kuò)展能力靈活。超融合架構(gòu)在需要性能擴(kuò)展時(shí)可以通過(guò)增加不同功能節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行，按照需求擴(kuò)展所需要資源，分別獨(dú)自擴(kuò)展如CPU運(yùn)算節(jié)點(diǎn)，內(nèi)存節(jié)點(diǎn)，GPU節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)容量節(jié)點(diǎn)，提升所需要的性能。系統(tǒng)建設(shè)時(shí)期的設(shè)計(jì)和預(yù)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(gòu)技術(shù)采用了分布式存儲(chǔ)技術(shù)，配置的SSD硬盤來(lái)提高性能，利用本機(jī)的機(jī)械硬盤來(lái)擴(kuò)充容量，極大提高了存儲(chǔ)的I/O性能。

超融合架構(gòu)的具體應(yīng)用場(chǎng)景

1.提升數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)性能

超融合架構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的軟件定義技術(shù)，傳統(tǒng)集中存儲(chǔ)的性能問(wèn)題得到了很好的解決。傳統(tǒng)架構(gòu)的存儲(chǔ)設(shè)備已無(wú)法滿足對(duì)存儲(chǔ)性能和靈活性的需求，超融合架構(gòu)存儲(chǔ)是分布式的，可以徹底擺脫傳統(tǒng)IT架構(gòu)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能約束。超融合存儲(chǔ)通過(guò)完全去掉傳統(tǒng)存儲(chǔ)，利用分布式文件系統(tǒng)來(lái)提供按線性增長(zhǎng)的性能和容量，并且可以通過(guò)SSDCache進(jìn)行加速，甚至可以全部使用SSD來(lái)構(gòu)建整個(gè)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。

2.業(yè)務(wù)快速部署，降低成本

超融合基礎(chǔ)架構(gòu)首先給用戶帶來(lái)的價(jià)值是加快業(yè)務(wù)部署。傳統(tǒng)的項(xiàng)目要經(jīng)過(guò)一個(gè)非常長(zhǎng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、規(guī)劃，然后到整個(gè)采購(gòu)，之后要去進(jìn)行集成、部署、測(cè)試等相關(guān)工作。而超融合架構(gòu)一般都預(yù)集成封裝虛擬化平臺(tái)、云平臺(tái)管理軟件、SDN網(wǎng)絡(luò)和分布式存儲(chǔ)，集成整個(gè)存儲(chǔ)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)以及應(yīng)用軟件讓整個(gè)IT架構(gòu)的搭建簡(jiǎn)化了很多。超融合架構(gòu)大部分都是基于X86硬件設(shè)備，可以顯著降低IT采購(gòu)成本，運(yùn)維成本也會(huì)降低。

3.大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)

超融合架構(gòu)具備橫向擴(kuò)展的特性，針對(duì)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模通用集群存儲(chǔ)。超融合架構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將大量基本X86存儲(chǔ)單元整合起來(lái)協(xié)同工作，對(duì)外提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，替代傳統(tǒng)集中式的存儲(chǔ)設(shè)備。

4.支撐虛擬桌面、私有云等虛擬化計(jì)算應(yīng)用

超融合架構(gòu)可以將計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用方面，由于各種應(yīng)用部署在單一的共享資源池里，可以不需要擔(dān)心存儲(chǔ)系統(tǒng)I/O影響虛擬機(jī)性能。此外，超融合架構(gòu)的大容量分布式存儲(chǔ)環(huán)境為系統(tǒng)靈活掌控隨機(jī)和順序負(fù)載提供可能。而且采用SSD加速的分布式存儲(chǔ)集群可以保障足夠的IOPS應(yīng)對(duì)VDI啟動(dòng)和登入風(fēng)暴等嚴(yán)峻的負(fù)載挑戰(zhàn)。在虛擬化應(yīng)用方面，包括存儲(chǔ)、備份、復(fù)制、負(fù)載均衡在內(nèi)所有策略的制定，都會(huì)圍繞支持虛擬機(jī)進(jìn)行。例如數(shù)據(jù)保護(hù)策略，超融合架構(gòu)就將其集成在虛擬機(jī)層。管理員只需在虛擬機(jī)層操作，就可以在不同數(shù)據(jù)中心之間或不同應(yīng)用間（備份、復(fù)制等）進(jìn)行負(fù)載遷移。

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