概述

超融合基礎架構(Hyper-Converged Infrastructure)是一種集成了虛擬計算資源和存儲設備的信息基礎架構。在這樣的架構環(huán)境中，同一套單元設備中不但具備了計算、網(wǎng)絡、存儲和服務器虛擬化等資源和技術，而且多套單元設備可以通過網(wǎng)絡聚合起來，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展(Scale—Out)，形成統(tǒng)一的資源池。

超融合基礎架構是以硬件服務器為基礎，最大限度實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心容量擴展性和數(shù)據(jù)的可用性。超融合架構以虛擬機為核心，提升集群的運算效能和存儲空間，具有簡單、高效、高性能、易部署等優(yōu)勢。成本的控制和風險防范等方面，它不需要單獨采購服務器和存儲，節(jié)省了大量的機柜空間，而且對電源的消耗較小。系統(tǒng)所采用的軟件和硬件都是統(tǒng)一的技術接口，而且不存在虛擬化環(huán)境的資源爭搶問題，可以靈活調配資源，方便快捷。在超融合架構模式下，用戶所使用的虛擬機和存儲空間是利用軟件構建的，這樣就使得底層物理設備與用戶之間保持隔離的狀態(tài)，實現(xiàn)了硬件資源與虛擬化平臺的完整融合。用戶可以以堆疊的形式實現(xiàn)節(jié)點的添加，進而實現(xiàn)超融合架構叢集容量的擴展。

超融合技術主要組件有三大組成部分：計算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化。計算虛擬化四大主流路線有KVM、VMWARE、Hyper-V、Xen，存儲虛擬化兩大主流路線glustfs、ceph，網(wǎng)絡虛擬化一般采用自研的方式，主要技術有VxLAN、SDN等。

超融合方案：http://51huadong.com/2023/crh.asp

組成

超融合系統(tǒng)將存儲和計算功能集成到一個單一節(jié)點（或節(jié)點集群，每個節(jié)點都提供計算和存儲功能），超融合系統(tǒng)都具有以下通用核心組件：

（1）分布式存儲系統(tǒng)：構建在虛擬化平臺之上，在服務器虛擬化基礎上，通過部署存儲虛擬設備的方式，對本地存儲資源進行虛擬化，再經(jīng)集群整合成資源池，為應用虛擬機提供存儲服務。

（2）高速網(wǎng)絡：GE/10GE以太網(wǎng)交換機，或者Infiniband光纖交換機為分布式計算和存儲集群提供可擴展和高可用性的網(wǎng)絡通道。

（3）統(tǒng)一管理平臺：其管理程序除了提供硬盤或SSD硬件抽象層之外，還提供工作負載鄰接、冗余、故障遷移、管理和容器化作用。

因此，超融合架構可以基于X86服務器等低單價企業(yè)服務器為基礎，對服務器的內(nèi)置硬盤資源進行虛擬化，提供raid后的存儲空間供服務器使用。服務器采用集群的方式部署在數(shù)據(jù)中心的多個機架內(nèi)，通過機架間及機架內(nèi)的高速二層交換網(wǎng)絡提供極高的連接可靠性。整個超融合集群系統(tǒng)，以一個2UX86機架服務器提供40TB裸容量為例，一個100個服務器組成的集群可以提供4PB的存儲容量，可滿足90%以上企業(yè)的業(yè)務增長需求。通過批量采購的商用服務器可使基于超融合架構建設的數(shù)據(jù)中心可具有較高的性價比。

特點

超融合基礎架構繼承了融合式架構的一些特性，同樣都是使用通用硬件服務器為基礎，將多臺服務器組成含有跨節(jié)點統(tǒng)一儲存池的群集，來獲得整個虛擬化環(huán)境需要的效能、容量擴展性與數(shù)據(jù)可用性，可透過增加群集中的節(jié)點數(shù)量，來擴充整個群集的運算效能與儲存空間，并透過群集各節(jié)點間的彼此數(shù)據(jù)復制與備份，提供服務高可用性與數(shù)據(jù)保護能力。而為能靈活地調配資源，超融合架構也采用了以虛擬機(VM)為核心，軟件定義方式來規(guī)畫與運用底層硬件資源，然后向終端用戶交付需要的資源。

1、運算單元與儲存單元的融合

傳統(tǒng)的存儲區(qū)域網(wǎng)絡架構使用的運算和儲存單元是分離的。傳統(tǒng)的服務器外接SAN交換機、儲存設備等，超融合架構則將運算和儲存單元合二為一。這樣每個服務器節(jié)點單元同時可提供運算資源和儲存空間，每一臺超融合架構的服務器節(jié)點就相當于傳統(tǒng)服務器外接SAN交換機和儲存設備，即使用服務器節(jié)點的磁盤驅動器來提供需要的儲存空間。

2、實際的硬件資源與虛擬化平臺的完整融合

超融合架構是通過虛擬化平臺軟件來合理硬件資源的，運算資源和儲存資源都是通過虛擬機來合理調配使用，是一種以虛擬機為核心的虛擬化應用。另外，超融合架構的運算資源和儲存資源都是軟件定義化的，硬件部份只是一臺普通的通用硬件服務器，用戶使用的虛擬機與儲存空間完全依靠Hypervisor等軟件所構建，隔絕了用戶與底層的物理設備。

3、更易于管理的超融合架構

在融合式架構中，由于運算與儲存資源是由各自獨立的服務器與儲存設備來提供，操作管理也是獨立的，管理者必須分別透過不同的管理工具來管理這兩種設備。管理者須在儲存設備上從LUN、連接映像等這些設定著手，然后再將設定好的儲存裝置掛載到服務器主機上，通過Hypervisor提供給VM使用。超融合架構，運算與儲存二合一，只需單一的平臺就可同時管理運算和儲存資源的設定。用戶可根據(jù)自身需要來設定運算與儲存資源的服務等級，實際資源的分配可由管理平臺自動完成，管理變得輕松而簡單。

4、縱向構建和橫向擴展

超融合架構由于把運算與儲存融合在一臺設備，每臺超融合設備都含有獨立、完整的運算、儲存硬件資源，所以每臺設備也就構成了一個獨立的基礎單元。通過叢集架構，用戶可以以一臺超融合設備為單元，以堆疊的方式將更多的節(jié)點加入到叢集中，來擴展整個超融合架構叢集的容量。

超融合技術

概念

超融合技術，又稱“超融合架構技術”，是指在單個一體化基礎架構中同時具備計算、存儲、網(wǎng)絡和虛擬化等資源和技術的架構。超融合架構打破了傳統(tǒng)的服務器、網(wǎng)絡和存儲的孤立界線，將CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡、虛擬化技術整合在一臺設備上，每一臺設備作為一個單元節(jié)點，多節(jié)點通過網(wǎng)絡聚合實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展，形成統(tǒng)一的資源池。

超融合架構以通用x86服務器為基礎，通過集成計算、存儲、網(wǎng)絡及虛擬化技術，匯聚單臺服務器的存儲形成跨多個節(jié)點統(tǒng)一存儲池的集群，提供更好的性能和擴展性。通過增加集群中的節(jié)點數(shù)量，即可擴展整個集群的計算性能和存儲容量，并通過集群各節(jié)點間彼此的數(shù)據(jù)復制與備份，提供服務高可用性與數(shù)據(jù)保護能力。

特點

1、融合

傳統(tǒng)架構下的計算資源和存儲資源是分離的，服務器通過SAN交換機與存儲設備連接獲取存儲空間。超融合技術改變了傳統(tǒng)服務器、存儲、網(wǎng)絡相互孤立的基礎架構，實現(xiàn)計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源的統(tǒng)一融合，每一臺超融合節(jié)點單元可同時提供計算資源和存儲空間。超融合架構采用軟件定義的體系結構，不再依賴于硬件，計算、存儲、網(wǎng)絡完全虛擬化并由軟件控制。服務器和存儲得到了統(tǒng)一的部署和管理，并為整個虛擬化體系提供了簡單、通用的管理和自動化平臺。

2、敏捷

超融合技術通過軟硬件一體化的融合，實現(xiàn)設備快速交付、架構彈性伸縮、業(yè)務敏捷部署和系統(tǒng)精簡運維。超融合一體機在出廠時已根據(jù)需求完成硬件的集成和軟件的安裝，設備上架開機即可交付使用，極大簡化了設備安裝調試的復雜度。超融合技術基于虛擬化和軟件定義，構建扁平化、隨需而變、彈性可擴展的敏捷架構，所有資源均可按需部署、靈活調度和動態(tài)擴展。傳統(tǒng)架構下的計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源由不同的設備提供，管理者必須分別通過不同的管理工具管理多種設備，超融合架構下只需通過單一的平臺即可同時管理計算、存儲和網(wǎng)絡資源，降低運維難度，實現(xiàn)精簡運維。

3、安全

超融合技術實現(xiàn)了計算、存儲和網(wǎng)絡資源的融合，原來分散在不同服務器和存儲設備上的數(shù)據(jù)全部集中在超融合節(jié)點本地磁盤上，系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的安全風險隨即凸顯。超融合架構采用集群管理方式，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠自動在其他節(jié)點設備上重啟，避免物理環(huán)境的單點故障。數(shù)據(jù)多副本機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)分散存放，不同數(shù)據(jù)副本放在不同的超融合節(jié)點上，當一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，仍然可以依靠其他節(jié)點上的數(shù)據(jù)副本繼續(xù)對外提供服務，有效保障業(yè)務連續(xù)性和數(shù)據(jù)安全。

4、開放

超融合架構采用軟硬件解耦架構，在服務器層面，超融合架構能夠在任何x86服務器上運行，與物理服務器的硬件配置無關，無需修改上層系統(tǒng)和應用即可運行;在存儲層面，超融合架構支持與各種類型的外置存儲進行對接，將數(shù)據(jù)存儲到外置存儲或使用外置存儲作為備份介質;在網(wǎng)絡層面，超融合架構無需依賴任何支持特定協(xié)議的網(wǎng)絡設備，支持與現(xiàn)有網(wǎng)絡設備組網(wǎng)連接。超融合架構能夠為上層應用屏蔽底層復雜和異構的基礎架構，對主流操作系統(tǒng)和應用進行兼容性適配和性能優(yōu)化集成。

關鍵技術

1、服務器虛擬化

服務器虛擬化是整個超融合架構中的核心組件，基于裸金屬架構的虛擬化程序直接運行在服務器上，實現(xiàn)對

超融合基礎架構超融合基礎架構

服務器物理資源的抽象，將CPU、內(nèi)存、硬盤等服務器物理資源轉化為一組可統(tǒng)一管理、調度和分配的邏輯資源，并基于這些邏輯資源在單個物理服務器上構建多個同時運行、相互隔離的虛擬機執(zhí)行環(huán)境，實現(xiàn)更高的資源利用率，減少系統(tǒng)管理的復雜度，加快對業(yè)務需求的響應速度，提供高可靠、高可用的應用服務。

2、存儲虛擬化

存儲虛擬化是將集群各節(jié)點服務器上獨立的硬盤存儲空間進行組織聚合，構成一個共享的存儲資源池，所有的存儲資源在這個存儲池中統(tǒng)一管理，實現(xiàn)存儲資源的自動化管理和分配，構建高效靈活的存儲架構與管理平臺，提供高可靠、高性能存儲。存儲虛擬化基于分布式存儲系統(tǒng)，融合了分布式緩存、SSD讀寫緩存加速、多副本機制等多種存儲技術，在功能上與獨立共享存儲完全一致。存儲虛擬化通過SSD緩存，可以大幅提升服務器硬盤的I/O性能，實現(xiàn)高性能存儲和業(yè)務高效可靠運行。存儲虛擬化采用多副本機制，一份數(shù)據(jù)同時存儲在多個不同的物理服務器硬盤上，提升數(shù)據(jù)可靠性，保障關鍵業(yè)務安全穩(wěn)定運行。此外，由于存儲和計算完全融合在一臺服務器上，省卻了外置磁盤陣列的控制器、光纖交換機等設備，達到了降低成本的目的。

3、網(wǎng)絡虛擬化

網(wǎng)絡虛擬化通過實現(xiàn)網(wǎng)絡中所需的各類網(wǎng)絡連接服務(包括路由、交換、安全、負載均衡等)按需分配和靈活調度，提供了全新的網(wǎng)絡連接運維模式，解決了傳統(tǒng)硬件網(wǎng)絡的眾多管理和運維難題，可滿足業(yè)務應用對網(wǎng)絡快速、靈活自動化部署的需求。

優(yōu)勢

1、極簡的架構

超融合架構直接將存儲分散部署到每臺PC服務器上，在服務器上部署了快速的閃存盤和大容量傳統(tǒng)機械磁盤，來應對系統(tǒng)高IO需求和大容量存儲的需要。因此，超融合架構能實現(xiàn)高速訪問本地數(shù)據(jù)，無需跨網(wǎng)絡訪問。超融合架構還包括備份軟件、快照技術、重復數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮等元素，多套單元設備可以通過網(wǎng)絡聚合起來，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展（scale-out），形成統(tǒng)一的資源池，它的擴展方式變?yōu)闄M向增加節(jié)點即可。通過這種標準化的模塊，用來搭建數(shù)據(jù)中心無疑是非常方便的，這不僅大大方便客戶的搭建管理，同時也增強了系統(tǒng)的靈活性，同時讓部署和運維都更簡單。

（1）讓系統(tǒng)更靈活

隨著云計算和大數(shù)據(jù)時代的來臨，企業(yè)需要IT系統(tǒng)能夠快速的跟上業(yè)務需求。超融合讓系統(tǒng)的擴展更靈活�？蛻糁恍枰�根據(jù)需求購買相同的配置，就可以快速的實現(xiàn)IT系統(tǒng)的擴展。

（2）部署更簡單

超融合在于對服務器、存儲、網(wǎng)絡的融合，由于采用開箱即用的部署方式，大大簡化規(guī)劃、連接、配置等復雜的管理操作。像樂高積木一樣，只需要相同的模塊，根據(jù)客戶的需求，就可以搭建出各種各樣的模型。樂高積木就相當于超融合，而搭建出來的模型就是數(shù)據(jù)中心。交付時間可以從過去的十幾天縮短到一兩天，大大縮短交付的時間。

（3）運維更簡單

與傳統(tǒng)架構相比，超融合架構管理更為簡單，傳統(tǒng)架構下，虛擬化、服務器、存儲、網(wǎng)絡四層需要分別進行管理配置，非常的復雜和繁瑣，超融合將這些功能集成到一個用戶界面上，用戶可以在一個運維界面上，實現(xiàn)計算和存儲的資源池化、CPU/內(nèi)存/存儲等資源的動態(tài)分配、虛擬機的創(chuàng)建和啟動，給用戶帶來極大的便利�？偟膩碚f就是，超融合架構具備了統(tǒng)一的系統(tǒng)管理、監(jiān)控、維護等特點。

2、高可靠性

通過全部功能組件的全部軟件定義，企業(yè)級云實現(xiàn)了硬件無關的分布式架構，可以做到硬件故障不影響業(yè)務。平臺內(nèi)嵌的CDP功能，當管理員誤刪除數(shù)據(jù)庫或業(yè)務系統(tǒng)遭遇勒索病毒時，可將數(shù)據(jù)一鍵恢復到過去3天內(nèi)的任意1秒。DRX/DRS智能調度技術，保障業(yè)務不因資源不足而導致不可用。

3、高性能

企業(yè)級云通過分布式存儲分層技術、邏輯條帶化技術，以及通過優(yōu)化NUMA和大頁內(nèi)存技術等，充分滿足互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、實時交易系統(tǒng)、BI分析等業(yè)務，以及OracleRAC、MySQL等數(shù)據(jù)庫集群和ERP、MES、HIS等關鍵應用對性能的高需求。

4、高安全性

企業(yè)級云能夠為用戶提供平臺安全、數(shù)據(jù)安全、應用安全、邊界安全+云端安全的4+1立體式安全防護體系，由內(nèi)而外構建數(shù)據(jù)中心堅固的安全防護堡壘。當用戶有安全合規(guī)需求時，通過安全中心提供完整的安全規(guī)劃建議、安全建設模板，真正做到安全可視，幫助用戶快速構建自己的云安全體系。

5、高性價比

采用超融合架構，用戶的整體擁有成本（TCO）將明顯降低；利用超融合設備，不但可以快速搭建出一個數(shù)據(jù)中心，更重要的是，利用超融合這種方式，能夠讓客戶在搭建過程更方便，客戶不需要再對基礎設施進行調研，只需要了解自己的需求，同時了解到超融合設備，這樣就能夠快速的實現(xiàn)搭建。在應用方面無疑大大節(jié)省了企業(yè)的成本。

融合與超融

超融合基礎架構的迅速發(fā)展使得管理員可以在更多的虛擬化存儲解決方案當中進行選擇。

盡管市場上已經(jīng)擁有多種軟件定義存儲和存儲虛擬化解決方案，但是存儲的本質并沒有發(fā)生變化。虛擬機體積不會減小，數(shù)量也不會降低。對于已經(jīng)擁有超融合基礎架構的企業(yè)來說，部署和管理專用超融合基礎架構和網(wǎng)絡是一種十分寶貴的經(jīng)驗。盡管這種方式通常需要在硬件和人員方面進行大量投資，但是可靠性和性能表現(xiàn)也是非常值得稱道的。超融合基礎架構產(chǎn)品也能夠提供很多相關功能，比如數(shù)據(jù)鏡像、去重復化、加密和災難恢復等。

融合和超融合基礎架構的出現(xiàn)為企業(yè)帶來了存儲方面的困惑：如何為現(xiàn)有虛擬化環(huán)境選擇理想的存儲解決方案，并且保證其能夠適應未來的發(fā)展趨勢？為了做出正確的決定，管理員需要理解融合和超融合基礎架構之間的區(qū)別，以及傳統(tǒng)存儲硬件將繼續(xù)扮演怎樣的角色。

超融合基礎架構將計算、網(wǎng)絡和存儲等資源作為基本組成元素，根據(jù)系統(tǒng)需求進行選擇和預定義。這種方式基于現(xiàn)有的硬件模塊，因此能夠實現(xiàn)快速擴展，并且如果不同模塊之間相互兼容，那么擴展過程將會非常簡單。超融合基礎架構這種預配置產(chǎn)品前期會產(chǎn)生大量開銷，因為企業(yè)不僅需要支付技術費用，還需要請廠商完成完成相關集成工作。隨著時間延長，超融合基礎架構總擁有成本能夠控制在合理范圍之內(nèi)。用戶在更改和升級基礎組件方面擁有部分靈活性，但僅限于超融合基礎架構廠商允許的范圍之內(nèi)。在超融合基礎架構當中，存儲控制器仍然是硬件設備，并且由“傳統(tǒng)”存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）或者網(wǎng)絡附加存儲（NAS）解決方案所控制。這種方式更加類似于將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心組件封裝在一個專用容器當中。

“超級”融合基礎架構意味著既利用融合基礎架構的現(xiàn)有優(yōu)勢，又增加了額外的軟件層，將計算、網(wǎng)絡和存儲等資源封裝在單個容器當中，而不是以基礎組件的形式提供。借助于Nutanix或者EVO:RAIL等相關產(chǎn)品，超融合基礎架構可以在存儲硬件當中不再使用存儲控制器，將這項功能加入到hypervisor層的軟件服務當中。將存儲控制器轉換為軟件服務可以在功能方面提供更大的靈活性。這種“分散式”超融合基礎架構能夠降低專用超融合基礎架構和網(wǎng)絡的復雜性。在降低本地存儲開銷的同時，提供許多高級特性，比如復制和去重復化。　由于能夠解決企業(yè)當中的許多存儲問題，融合和超融合基礎架構產(chǎn)品已經(jīng)獲得了大量關注。如果超融合基礎架構嘗試在存儲平臺當中使用標準服務器，那么會在硬件耐用性和性能方面遇到問題。因此可以通過在超融合基礎架構當中應用軟件定義存儲特性來解決這些問題，因為超融合基礎架構主要用途就是處理虛擬環(huán)境當中的負載。

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