基于超融合架構(gòu)的機(jī)房建設(shè)淺析

尹勁梅

摘要：超融合技術(shù)作為一種新型的數(shù)據(jù)中心解決方案，已經(jīng)在歐美等國大規(guī)模盛行。通過較為廉價(jià)的分布式存儲(chǔ)技術(shù)作為傳統(tǒng)集中式存儲(chǔ)的替代，極大降低了數(shù)據(jù)中心的建設(shè)費(fèi)用和技術(shù)門檻。本文旨在探討該技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)以及基于此技術(shù)的機(jī)房建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞： 超融合；虛擬化

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）30-0009-02

隨著虛擬化、云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)日新月異的發(fā)展，越來越多的我們之前認(rèn)為已經(jīng)無法提升的項(xiàng)目建設(shè)又了有新的解決方案。機(jī)房（多媒體實(shí)驗(yàn)室）的建設(shè)是每個(gè)高校都不能繞過的項(xiàng)目，從早期的還原卡，到其后的代理服務(wù)器，再到現(xiàn)在的基于虛擬化桌面技術(shù)的無主機(jī)客戶端。通過技術(shù)的不斷更新，之前建設(shè)中所面臨的困難與問題，都通過其后的新技術(shù)得到了較為完美的解決。但是，我們不難發(fā)現(xiàn)，隨著技術(shù)的日益完善，云桌面的機(jī)房解決方案并沒有得到大規(guī)模的普及。本文旨在探討傳統(tǒng)云桌面（虛擬化桌面）的建設(shè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以及基于超融合技術(shù)所帶來的創(chuàng)新和優(yōu)缺點(diǎn)。

1什么是超融合

要認(rèn)識(shí)超融合，我們首先需要明白的是：超融合不是云桌面（虛擬化桌面）的技術(shù)替代者，而是一種底層的補(bǔ)充和完善。超融合是一種基于硬件之上，操作系統(tǒng)之下的中間件。超融合的本身還是一種軟件，一個(gè)算法。從字面上來理解超融合就是只在同一臺(tái)服務(wù)器中不僅具備計(jì)算（cpu），網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)（ram）和服務(wù)器虛擬化等資源和技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)該通過中間件（軟件）實(shí)現(xiàn)備份，快照，重刪，數(shù)據(jù)壓縮等功能，而多臺(tái)服務(wù)器可以通過統(tǒng)一的中間件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)聚合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模塊化的無縫橫向在線擴(kuò)展，從而形成統(tǒng)一的資源池，對(duì)運(yùn)算和存儲(chǔ)資源進(jìn)行統(tǒng)一化管理。超融合的技術(shù)核心是利用分布式文件系統(tǒng)（NDFS）來替代傳統(tǒng)的SAN和NAS存儲(chǔ)和昂貴的裝用san交換機(jī)構(gòu)建的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。它將虛擬化計(jì)算和存儲(chǔ)整合到了一個(gè)平臺(tái)。目前業(yè)界普遍的認(rèn)為：軟件定義的分布式存儲(chǔ)層和虛擬化計(jì)算是超融合架構(gòu)的最小集。

2超融合技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀

超融合技術(shù)最早的起源是受Google、Facebook等大型都聯(lián)網(wǎng)公司通過軟件技術(shù)構(gòu)建大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的啟發(fā)，結(jié)合虛擬化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。

超融合技術(shù)的出現(xiàn)最初的目的就是為了使用廉價(jià)的x86服務(wù)器架構(gòu)來構(gòu)建分布式大型數(shù)據(jù)中心。其最早的理念來源于Google的DFS也就是 google File System， 這是Google公司為了存儲(chǔ)海量搜索數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的專用文件系統(tǒng)，包括最核心的多副本容錯(cuò)的理念。即系統(tǒng)的穩(wěn)定性不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)運(yùn)算或者存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的故障而受到影響。其后隨著技術(shù)的發(fā)展，軟件定義的目的越發(fā)明確，從最初的操作系統(tǒng)和硬件之間的中間件，漸漸向底層縱向延伸，越發(fā)的與底層的硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)緊耦合。眾多廠商也從最初的“軟件定義存儲(chǔ)”漸漸擴(kuò)展到了基礎(chǔ)性軟硬件一體化架構(gòu)的發(fā)展模式。即從最初的vsan技術(shù)，發(fā)展到了包含計(jì)算，存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)體系架構(gòu)。

目前，國外廠商以VMware、Nutanix、SMARTX為代表，引領(lǐng)超融合技術(shù)架構(gòu)攻城略地，國內(nèi)廠商也積極跟進(jìn)紛紛推出了自己的超融合架構(gòu)方案，一時(shí)間“超融合”技術(shù)成為了2016年度云計(jì)算領(lǐng)域“最火”的詞匯。

3超融合技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

通過對(duì)比圖我們可以較為清晰看出超融合與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案之間的區(qū)別：

1）較低的建設(shè)費(fèi)用：超融合架構(gòu)的價(jià)值在于它摒棄了專用SAN和NAS存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，以及集中式共享存儲(chǔ)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而使用X86服務(wù)器自身的硬盤，通過軟件定義組成共享存儲(chǔ)， 從而大大降低了存儲(chǔ)的硬件成本（傳統(tǒng)集中式存儲(chǔ)的采購成本基本在8000～10000元每TB，專用san交換機(jī)價(jià)格數(shù)萬元，而x86服務(wù)器的硬盤價(jià)格基本維持在1000元每TB）。

2）豐富的功能：超融合不僅是一個(gè)單純的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。它還包括了備份軟件、快照技術(shù)、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮等強(qiáng)大的功能。通過這些功能可以保證數(shù)據(jù)可以高效的利用存儲(chǔ)，減低消耗，以及保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）便捷的部署方式：因?yàn)槌诤掀脚_(tái)沒有傳統(tǒng)存儲(chǔ)解放方案常見的復(fù)雜性問題。因此超融合平臺(tái)部署相對(duì)簡(jiǎn)單，避免了在傳統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)SQL基礎(chǔ)架構(gòu)師的常見問題。這種平臺(tái)無需面對(duì)LUN、RAID、FC交換機(jī)、分區(qū)、掩碼、注冊(cè)表狀態(tài)變更通知（RSCN）或復(fù)雜的存儲(chǔ)多路徑問題。

4）靈活的橫向擴(kuò)展能力：超融合與傳統(tǒng)虛擬化云技術(shù)一個(gè)重要的不同點(diǎn)在于，超融合架構(gòu)包含硬件底層的部署，系統(tǒng)包含運(yùn)算單元。該架構(gòu)可以通過增加節(jié)點(diǎn)的方式，進(jìn)行運(yùn)算能力的擴(kuò)展。更加可貴的是，可以按照需求定向的擴(kuò)展所需資源，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)。這極大減輕了系統(tǒng)建設(shè)時(shí)期的設(shè)計(jì)和預(yù)算壓力。

5）更好的性能：超融合技術(shù)的分布式存儲(chǔ)，因?yàn)槔帽緳C(jī)的機(jī)械硬盤（擴(kuò)充容量），以及配置的SSD硬盤（提高性能）。極大提高了存儲(chǔ)的I/O性能，這是傳統(tǒng)集中式存儲(chǔ)所不能比擬的。

然而，我們也不能忽視超融合這個(gè)新技術(shù)可能會(huì)帶來的問題，即超融合基礎(chǔ)架構(gòu)存儲(chǔ)還沒有像計(jì)算平臺(tái)那樣成為一種成熟技術(shù)。作為項(xiàng)目實(shí)施方需要評(píng)估成本、復(fù)雜性、可靠性和性能表現(xiàn)等多種因素以及可能會(huì)帶來的最壞影響。

4如何使用超融合技術(shù)進(jìn)行機(jī)房的建設(shè)

既然超融合技術(shù)有著如此多的優(yōu)點(diǎn)，那么我們?nèi)绾螌⑦@個(gè)技術(shù)用來對(duì)傳統(tǒng)機(jī)房進(jìn)行改建呢？我們可以從兩個(gè)方面來分析這個(gè)問題。

從硬件架構(gòu)方面：傳統(tǒng)的機(jī)房建設(shè)雖然開始使用代理服務(wù)器來提高水平和運(yùn)算性能，但是依然沒有擺脫用戶個(gè)人機(jī)的傳統(tǒng)架構(gòu)。然而，單臺(tái)數(shù)千元的PC機(jī)器，往往不出數(shù)年就無法滿足用戶的性能需求，及時(shí)性能上依然可以滿足，然而硬件的損壞以及零配件的采購困難也會(huì)導(dǎo)致機(jī)器自然的淘汰與報(bào)廢。這造成了不可避免的資源浪費(fèi)。然而我們基于新的超融合云桌面技術(shù)可以從根本上解決這個(gè)問題。采用超融合組建運(yùn)算和存儲(chǔ)單元配合瘦客戶端的方式（用戶端不在有PC主機(jī)，而只有輸入輸出設(shè)備）

通過計(jì)算、存儲(chǔ)和文檔管理系統(tǒng)的全面融合，可提高數(shù)據(jù)中心的整體靈活性，同時(shí)還消除了部署管理的復(fù)雜性。也極大的降低投資，節(jié)約空間，節(jié)約能耗，同時(shí)分布式節(jié)點(diǎn)可以減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，有效的抑制啟動(dòng)風(fēng)暴，減少I/O延時(shí)，同時(shí)通過SSD的使用，極大的提高了存儲(chǔ)緩存，提高了數(shù)據(jù)讀取命中率。同時(shí)基于分布式架構(gòu)，數(shù)據(jù)副本隨機(jī)分散于多個(gè)節(jié)點(diǎn)中，支持自動(dòng)副本修復(fù)功能，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)、硬盤、節(jié)點(diǎn)等高可用性。支持Scale-out架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和計(jì)算同步線性擴(kuò)展；可根據(jù)需求進(jìn)行單節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，避免叉車升級(jí)。因?yàn)榉?wù)器節(jié)點(diǎn)可以隨桌面部署數(shù)量的增加而分批購買，也可以無縫的擴(kuò)展到集群系統(tǒng)中，所以有效地減少初次部署成本和運(yùn)維成本。

從軟件架構(gòu)方面：機(jī)房因?yàn)闃I(yè)務(wù)對(duì)象的原因，需要經(jīng)常性的對(duì)用戶使用系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)。而基于vmware虛擬化桌面技術(shù)，通過制作模板，生成虛擬機(jī)的簡(jiǎn)單性操作，就可以批量的大規(guī)模管理用戶集群，極大地減低了管理員的工作量。同時(shí)，基于vmware的DRS、Vmotion技術(shù)，可以確保節(jié)點(diǎn)故障無感知，降低了管理人員的工作壓力。

5總結(jié)與展望

超融合技術(shù)將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)集中到相同的平臺(tái)當(dāng)中，同時(shí)將存儲(chǔ)控制器從硬件轉(zhuǎn)為軟件，從而實(shí)現(xiàn)管理員的可控性。這是一種非常理想、合理以及受歡迎的做法。盡管我們不能預(yù)測(cè)，超融合架構(gòu)將越來越成為一種主流的技術(shù)架構(gòu)趨勢(shì)。但是我們依然可以選擇在合適的方面嘗試去使用這個(gè)技術(shù)，又或者為未來使用這個(gè)技術(shù)留下足夠的適應(yīng)空間，以應(yīng)付新技術(shù)所帶來的沖擊。