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超融合架構是未來(lái)數(shù)據中心的發展趨勢. 2020-10-20
數(shù)據中心發展到現在主要經曆了4個(gè)階段，基于傳統IT架構的數(shù)據中心，虛拟化數(shù)據中心，雲數(shù)據中心和(hé)基于超融合架構的雲數(shù)據中心。
1、基于傳統IT架構的數(shù)據中心
傳統數(shù)據中心所采用的基礎架構，是一個(gè)包含孤立存儲、X86或小(xiǎo)型機服務器(qì)、網絡、高(gāo)可(kě)用軟件和(hé)管理(lǐ)軟件的複雜系統架構，需要很(hěn)多(duō)集成商和(hé)不同硬件廠商提供技(jì)術(shù)服務團隊。包括需要不的存儲、技(jì)術(shù)和(hé)網絡團隊負責采購、擴充和(hé)對設備的支持，維護生(shēng)産系統，和(hé)不同的廠商打交道(dào)。這種傳統IT架構需要龐大(dà)的專業技(jì)術(shù)服務團隊來(lái)支撐，不僅成本高(gāo)，維護複雜，而且容易讓企業對廠商形成過度依賴。再加上(shàng)多(duō)廠商合作(zuò)存在兼容性和(hé)管理(lǐ)上(shàng)的問題，使數(shù)據中心缺乏靈活性，部署周期也往往長達幾個(gè)月，嚴重制(zhì)約了企業數(shù)據中心的發展。
這種架構适應了當時(shí)的數(shù)據大(dà)集中趨勢，直到現在仍然還(hái)被很(hěn)多(duō)企業采用，它是數(shù)據中心進入初始發展階段的标志(zhì)。
傳統IT硬件廠商在這一階段得(de)到了飛速的發展。因為(wèi)集中的部署方式必然會(huì)帶來(lái)對硬件産品的性能、可(kě)靠性及擴展性需求的增加，促進了高(gāo)端設備的銷售。特别是存儲設備廠商，由于數(shù)據大(dà)集中的需要，集中式的SAN/NAS存儲得(de)到了快速的發展。
所謂傳統存儲，是相對于現在興起的分布式存儲而言，傳統存儲是集中式的，由控制(zhì)器(qì)（處理(lǐ)器(qì)、內(nèi)存、系統、軟件）、IO控制(zhì)卡、IO總線、磁盤陣列組成，按照能力特性又分為(wèi)低(dī)端、中端和(hé)高(gāo)端。其主要的差别還(hái)是在控制(zhì)器(qì)的能力的不同，目前大(dà)部分企業采用的SAN存儲或網絡存儲。由于存儲的硬盤技(jì)術(shù)在很(hěn)長一段時(shí)間(jiān)內(nèi)沒有(yǒu)技(jì)術(shù)和(hé)工藝的突破，傳統存儲廠商隻能在其他的特性尋找突破，包括：雙控制(zhì)器(qì)、多(duō)控制(zhì)器(qì)、鏡像、雙活、自動分層、重删、快照、精簡配置和(hé)數(shù)據複制(zhì)等。
由于傳統數(shù)據中心的架構制(zhì)約，這種存儲孤島式的數(shù)據中心弊端也随之産生(shēng)，目前正受到嚴重的挑戰：
無法滿足對雲計(jì)算(suàn)、大(dà)數(shù)據等新興業務的需要，缺乏靈活性
容易形成數(shù)據孤島，資源利用率很(hěn)低(dī)，運維和(hé)管理(lǐ)成本高(gāo)
系統結構複雜、設備部署周期長，采購成本高(gāo)、性價比低(dī)
随着企業應用的增加，傳統存儲無法适應快速增長的性能和(hé)容量需求
2、基于虛拟化技(jì)術(shù)的數(shù)據中心
服務器(qì)虛拟化技(jì)術(shù)的出現代表數(shù)據中心進入了虛拟化的時(shí)代。以VMware為(wèi)代表的軟件廠商帶領數(shù)據中心由物理(lǐ)硬件數(shù)據中心向虛拟化數(shù)據中心轉變。
虛拟花(huā)技(jì)術(shù)就是将物理(lǐ)服務器(qì)、操作(zuò)系統、及其應用程序打為(wèi)一個(gè)可(kě)移動的虛拟機(VM)。在一個(gè)物理(lǐ)服務器(qì)上(shàng)運行(xíng)多(duō)個(gè)虛拟機，這些(xiē)虛拟機共享底層硬件，從應用的角度看就象是一個(gè)物理(lǐ)服務器(qì)，有(yǒu)自己的操作(zuò)系統，cpu、內(nèi)存和(hé)存儲等虛拟資源。虛拟機是可(kě)移動的，可(kě)以提高(gāo)服務器(qì)的利用率；同虛拟機支持操作(zuò)系統的和(hé)數(shù)據的備份、實施更加靈活。
虛拟化技(jì)術(shù)提高(gāo)了服務器(qì)的資源利用率，并通(tōng)過VMware的Vmotion/HA/FT等高(gāo)可(kě)靠性技(jì)術(shù)極大(dà)的提高(gāo)數(shù)據中心的業務系統的連續性。服務器(qì)虛拟化技(jì)術(shù)的大(dà)規模應用直接導緻了業務應用由傳統IBM/HP等小(xiǎo)型機服務器(qì)平台遷移至X86服務器(qì)、VMware虛拟化軟件和(hé)集中SAN存儲平台。虛拟化技(jì)術(shù)所帶來(lái)的好處是顯而易見的，大(dà)部分企業由傳統IT架構逐步轉向基于虛拟化技(jì)術(shù)的數(shù)據中心架構。
服務器(qì)虛拟化的應用對數(shù)據中心帶來(lái)的好處主要有(yǒu)：
1、傳統IT架構數(shù)據中心的硬件的成本非常高(gāo)，利用虛拟化技(jì)術(shù)，可(kě)以減少(shǎo)硬件的需求的數(shù)量，從而降低(dī)硬件采購成本。除了節省成本，虛拟機技(jì)術(shù)和(hé)還(hái)能使數(shù)據中心更加易維護、用電(diàn)少(shǎo)，随着時(shí)間(jiān)的推移，虛拟化帶來(lái)的成本降低(dī)是非常明(míng)顯的。
2、應用部署的靈活性得(de)到了極大(dà)的改善，随着虛拟化技(jì)術(shù)的發展，重新部署應用可(kě)以通(tōng)過虛拟機的快照技(jì)術(shù)在幾分鍾之內(nèi)就能夠完成。同時(shí)，應用的備份和(hé)遷移同樣也變得(de)簡單、方便。
随着企業業務的不斷發展，越來(lái)越多(duō)的業務需要互聯網化，基于虛拟化技(jì)術(shù)的數(shù)據中心也不能完全适應業務發展帶來(lái)的變化。因為(wèi)基于虛拟化技(jì)術(shù)的數(shù)據中心僅僅解決了服務器(qì)資源利用率和(hé)高(gāo)可(kě)用性的問題，但(dàn)是計(jì)算(suàn)與存儲分離，隻能通(tōng)過專用的SAN/NAS的存儲訪問方式。VMware服務器(qì)虛拟化的Vmotion/HA等高(gāo)可(kě)用特性極度依賴于集中存儲，如果沒有(yǒu)集中存儲設備，這些(xiē)特性都無法實現。所以基于虛拟化的數(shù)據中心又帶來(lái)了新的存儲問題：
1、集中存儲通(tōng)常采用縱向擴展方式，性能和(hé)容配置無法擴展，存儲設備之間(jiān)的數(shù)據遷移非常困難，這也會(huì)導緻性能孤島和(hé)數(shù)據孤島的出現。
2、VMware虛拟化軟件+集中存儲的架構非常依賴于存儲，存儲設備故障将導緻整個(gè)虛拟機資源的停機。
3、VMware的存儲性能完全取決于後端集中存儲的能力。而單一存儲的性能是有(yǒu)限的。
4、虛拟化存儲并不能解決數(shù)據中心的存儲性能和(hé)架構複雜性的問題。虛拟化存儲隻是可(kě)以整合存儲資源，提高(gāo)存儲設備的資源利用率。其實存儲虛拟化是一個(gè)網關類設備，隻是在SAN存儲網絡上(shàng)加了一個(gè)存儲管理(lǐ)層，這并不能降低(dī)整個(gè)IT架構的複雜性。在大(dà)規模部署的時(shí)候反而會(huì)帶來(lái)新的問題。
5、基于虛拟化技(jì)術(shù)的數(shù)據中心隻是提高(gāo)了架構的靈活性，成本并沒有(yǒu)降低(dī)。基礎設施投入比和(hé)傳統IT架構基本一緻，雖然采用X86服務器(qì)可(kě)以降低(dī)計(jì)算(suàn)成本，但(dàn)是同時(shí)也需要購買VMware的許可(kě)證和(hé)高(gāo)端集中存儲設備，成本并沒有(yǒu)顯著降低(dī)。同時(shí)，為(wèi)了保證虛拟化系統的可(kě)靠性，存儲系統往往需要購買2台做(zuò)鏡像。
3、雲計(jì)算(suàn)數(shù)據中心
雲計(jì)算(suàn)數(shù)據中心不僅僅是技(jì)術(shù)，而是一種服務模式的創新。雲計(jì)算(suàn)之所以能夠為(wèi)用戶帶來(lái)更高(gāo)的效率、靈活性和(hé)可(kě)擴展性，是基于對整個(gè)IT數(shù)據中心架構的變革，其技(jì)術(shù)和(hé)應用涉及硬件系統、軟件系統、應用系統、運維管理(lǐ)、服務模式等各個(gè)方面。雲計(jì)算(suàn)的服務模式有(yǒu)SPI（即SaaS、PaaS和(hé)IaaS）這三個(gè)層次。
IaaS（基礎架構即服務）作(zuò)為(wèi)雲計(jì)算(suàn)的三大(dà)部分之一，将基礎架構進行(xíng)雲化，從而更好的為(wèi)應用系統的上(shàng)線、部署和(hé)運維提供支撐，提升效率，降低(dī)TCO。同時(shí)，由于IaaS包含各種類型的硬件和(hé)軟件系統，因此在向雲遷移過程中也面臨前所未有(yǒu)的複雜性和(hé)挑戰。
雲計(jì)算(suàn)架構在虛拟化的技(jì)術(shù)架構上(shàng)豐富了虛拟化層，并通(tōng)過雲管理(lǐ)平台系統實現對虛拟化資源的自動調度、分配和(hé)計(jì)費等自助按需服務內(nèi)容。
虛拟化層：大(dà)多(duō)數(shù)雲計(jì)算(suàn)架構都廣泛采用虛拟化技(jì)術(shù)，包括計(jì)算(suàn)虛拟化、存儲虛拟化、網絡虛拟化等。通(tōng)過虛拟化層，屏蔽了硬件層自身的差異和(hé)複雜度，向上(shàng)呈現為(wèi)标準化、可(kě)靈活擴展和(hé)收縮、彈性的虛拟化資源池；虛拟化層對資源池進行(xíng)調配、組合，根據應用系統的需要自動生(shēng)成、擴展所需的硬件資源，将更多(duō)的應用系統通(tōng)過流程化、自動化部署和(hé)管理(lǐ)，提升IT效率。
相對于虛拟化架構，雲計(jì)算(suàn)架構通(tōng)過虛拟化整合與自動化，應用系統共享基礎架構資源池，實現高(gāo)利用率、高(gāo)可(kě)用性、低(dī)成本、低(dī)能耗，并且通(tōng)過雲平台層的自動化管理(lǐ)，實現快速部署、易于擴展、智能管理(lǐ)，幫助用戶構建IaaS（基礎架構即服務）雲業務模式。
雲計(jì)算(suàn)架構資源池使得(de)計(jì)算(suàn)、存儲、網絡以及對應虛拟化單個(gè)産品和(hé)技(jì)術(shù)本身不再是核心，重要的是這些(xiē)資源的整合，形成一個(gè)有(yǒu)機的、可(kě)靈活調度和(hé)擴展的資源池，面向雲應用實現自動化的部署、監控、管理(lǐ)和(hé)運維。
雲計(jì)算(suàn)架構資源的整合，對計(jì)算(suàn)、存儲、網絡虛拟化提出了新的挑戰，并帶動了一系列網絡、虛拟化技(jì)術(shù)的變革。傳統IT架構和(hé)虛拟化架構模式下，服務器(qì)、網絡和(hé)存儲是基于物理(lǐ)設備連接的，因此，針對服務器(qì)、存儲的訪問控制(zhì)、QoS帶寬、流量監控等策略基于物理(lǐ)端口進行(xíng)部署，管理(lǐ)界面清晰，并且設備及對應的策略是靜态、固定的。雲計(jì)算(suàn)架構模式下，服務器(qì)、網絡、存儲、安全采用了虛拟化技(jì)術(shù)，資源池使得(de)設備及對應的策略是動态變化的。
為(wèi)了應對這種變化，實現雲計(jì)算(suàn)的發展，進行(xíng)異構硬件系統的融合是必須解決的問題。一般的雲計(jì)算(suàn)技(jì)術(shù)隻能在專用的硬件設備上(shàng)實現資源的虛拟化和(hé)管理(lǐ)，并沒有(yǒu)徹底實現硬件資源與虛拟化管理(lǐ)軟件之間(jiān)的解耦。這使得(de)存儲虛拟化這類技(jì)術(shù)并不适用于大(dà)規模的虛拟數(shù)據中心環境。比如，企業如果想将傳統的IT基礎架構改造為(wèi)虛拟化的雲計(jì)算(suàn)數(shù)據中心，在技(jì)術(shù)上(shàng)和(hé)經濟性上(shàng)都是不可(kě)行(xíng)的。
主要存在以下幾個(gè)問題：
雲計(jì)算(suàn)技(jì)術(shù)為(wèi)更容易的管理(lǐ)應用而生(shēng)，它利用虛拟化技(jì)術(shù)解決了CPU、內(nèi)存資源閑置的問題。但(dàn)随着虛拟化的大(dà)規模應用，虛拟機越來(lái)越多(duō)，虛拟機在傳統存儲上(shàng)運行(xíng)卻越來(lái)越慢了。“慢”造成“體(tǐ)驗差”，“體(tǐ)驗差”成為(wèi)了限制(zhì)虛拟化應用的最大(dà)的瓶頸。這裏面的最重要原因自然是，存儲的I/O性能不夠，大(dà)量的虛拟機和(hé)容器(qì)同時(shí)運行(xíng)，I/O的混合，使得(de)随機讀寫急劇(jù)增加，傳統存儲的結構無法承受大(dà)量的随機I/O。
4、基于超融合架構的雲數(shù)據中心
基于超融合架構的雲數(shù)據中心是指大(dà)量采用軟件定義的技(jì)術(shù)，将計(jì)算(suàn)、存儲、網絡與專用硬件實現解耦，實現IT基礎架構的真正融合，為(wèi)雲計(jì)算(suàn)數(shù)據中心的實施與部署掃清最後一個(gè)障礙。
軟件定義的概念圍繞讓數(shù)據中心的三個(gè)重要基礎設施，即服務器(qì)、網絡和(hé)存儲變得(de)更為(wèi)靈活，更自動化，并且更少(shǎo)依賴基礎物理(lǐ)硬件。以亞馬遜、阿裏、百度和(hé)騰訊等互聯網公司為(wèi)代表的雲計(jì)算(suàn)服務商都是基于标準化的X86服務器(qì)，通(tōng)過軟件定義技(jì)術(shù)心向客戶提供計(jì)算(suàn)、網絡和(hé)存儲服務。在存儲服務上(shàng)，這些(xiē)互聯網服務商使用大(dà)量标準的x86服務器(qì)組成集群，沒有(yǒu)集中或共享的SAN/NAS存儲設備，把分布在每個(gè)節點上(shàng)的服務器(qì)本地存儲，用軟件定義存儲的方式聚合為(wèi)可(kě)共享的邏輯存儲池，這是大(dà)規模互聯網基礎設施的典型特征。超融合架構存儲是以軟件定義技(jì)術(shù)替代了傳統IT基礎系統中的SAN，核心內(nèi)容是構築于标準X86服務器(qì)硬件上(shàng)的軟件定義存儲和(hé)服務器(qì)虛拟化。超融合架構被廣泛認為(wèi)是互聯網技(jì)術(shù)影(yǐng)響傳統IT企業領域的體(tǐ)現。
軟件定義技(jì)術(shù)是構建大(dà)規模雲計(jì)算(suàn)服務的基礎，為(wèi)數(shù)據中心帶來(lái)最優的效率、靈活性、規模、成本和(hé)可(kě)靠性。可(kě)以說，這是實現“超融合架構雲數(shù)據中心”所必須的技(jì)術(shù)之一。
因此，采用超融合架構提供雲計(jì)算(suàn)服務已經是一個(gè)明(míng)顯的趨勢。其特點是通(tōng)過軟件幫助用戶将服務器(qì)、網絡、虛拟化等整合為(wèi)一個(gè)易于管理(lǐ)的集成系統，并通(tōng)過自動化運維減少(shǎo)手動操作(zuò)，提高(gāo)安全性和(hé)降低(dī)人(rén)為(wèi)錯誤，從而降低(dī)實施和(hé)運維風險，并降低(dī)運營成本。
IT數(shù)據中心的發展趨勢
實現基于超融合架構的雲數(shù)據中心幾個(gè)必要條件：
超融合架構是基于标準通(tōng)用的硬件平台，通(tōng)過軟件定義實現計(jì)算(suàn)、存儲、網絡融合，實現以虛拟化為(wèi)中心的軟件定義數(shù)據中心的技(jì)術(shù)架構。這裏面有(yǒu)幾個(gè)必要條件：通(tōng)用硬件平台、軟件定義、虛拟化，其中軟件定義的分布式存儲是核心。
(1)完全軟件定義。獨立于硬件，采用商業通(tōng)用标準硬件平台(如X86)，完全采用軟件實現計(jì)算(suàn)、存儲、網絡等功能。
(2)完全虛拟化。以虛拟化計(jì)算(suàn)為(wèi)中心，計(jì)算(suàn)、存儲、網絡均由虛拟化引擎統一管理(lǐ)和(hé)調度，軟件定義存儲由虛拟機控制(zhì)器(qì)CVM進行(xíng)管理(lǐ)。
(3)完全分布式。橫向擴展的分布式系統，計(jì)算(suàn)、存儲、網絡按需進行(xíng)動态擴展，系統不存在任意單點故障，采用分布式存儲。
