1、 超融合架構解讀超融合可以說是目前業內最大的熱點之一，大型廠商和創業公司紛紛投身其中。不過，與從業者的津津樂道相比，超融合的廣大目標用戶卻對其缺乏足夠的認識，甚至一些IT專業人士也還不知超融合究竟為何物。因此，在華為公司的支持下，企事錄從即日起開設“FusionCube超融合大講堂”，以每10天左右一期的節奏連載，幫助您深入了解超融合的方方面面。本文作為開篇，先來說說超融合是什么近幾年來，超融合系統的熱度越來越高，各種打著超融合旗號的公司和產品如雨后春筍般涌現，令人眼花繚亂，也引發了很多困惑：究竟什么是超融合系統？與融合系統是什么關系？一體機又是怎么回事？最關鍵的是：超融合有什么用？回答了之前

2、的問題，也就不難理解了。基本概念與分類無論從中英文的字面意義來理解，超融合（Hyperconverged）都應該是在融合（Converged）之后發展起來的如果要分類，前者應該屬于后者的一支。IDC和Gartner也是這么認為的，雖然在細節上有所區別。譬如，Gartner似乎很喜歡Integrated（集成）和Infrastructure（基礎設施）這兩個詞。大的分類上，IDC所謂Converged Systems（融合系統），Gartner稱為Integrated Systems（集成系統）。IDC與Gartner對融合系統的大致分類（注：隨時間推移略有變化）IDC將融合系統（Converg

3、ed Systems）分為三類，前兩類集成系統（Integrated Systems）和認證參考系統（Certified Reference Systems）主要是供應商構成不同，技術成分上基本沒有區別，都是由服務器硬件、磁盤存儲系統、網絡設備供應商和基本構件/系統管理軟件組成的供應商認證的預集成系統。Gartner也有對應的分類，分別稱為集成基礎設施（Integrated Infrastructure）系統和參考架構（Reference Architecture）系統，合稱融合基礎設施（Converged Infrastructure，CI）。簡單的說，就是看這套系統是否由一家廠商提供。VC

4、E的Vblock由VMware虛擬化、思科服務器和網絡設備、EMC存儲系統組成，但VCE在EMC旗下，所以Vblock屬于“集成”（系統或基礎設施），而思科與NetApp合作的FlexPod則屬于“參考“（認證系統或架構）。Gartner還比IDC多一個分類，即集成堆棧（Integrated Stack）系統，可以理解為集成基礎設施系統加上應用軟件，如Oracle的Exadata數據庫一體機，在IDC的定義里仍屬于集成系統。超融合系統（Hyperconverged Systems）是后起之秀，與上述（傳統的）融合系統最大的區別，就是有能力用同樣的服務器硬件資源提供所有的計算和存儲功能。換言之，

5、在超融合系統中，不需要專用的存儲子系統（如磁盤陣列）但在必要時，也可以有（如JBOD）。Gartner習慣將超融合稱為HyperConverged Infrastructure（HCI），和其他幾種分類一樣在后面加上System，即HCIS。HCI和CI是被業界引用較多的兩個縮寫。超融合系統與之前的融合系統相比，最大的區別就是以（與應用軟件一起）運行在標準（x86）服務器硬件中的軟件定義存儲替代了傳統的SAN存儲系統，不僅華為（Huawei）、惠普（HPE）等服務器大廠積極推出相應的產品，還催生了以Nutanix、SimpliVity為代表的一大批初創公司。市場態勢與趨勢無論哪種融合系統，存儲

6、都是其中的重要組成部分。今年3月底，IDC公布的2015年第四季度及全年的全球融合系統追蹤報告顯示：2015年第四季度，通過融合系統出貨的存儲容量新增1547PB，同比增幅達26.9%。然而，存儲不一定非要以相對獨立的“存儲”（系統）的形式存在，超融合系統的快速崛起正代表了這種需求轉移。IDC認為：一些傾向于低平均售價的市場需求，驅動從傳統融合系統轉向超融合系統；大部分增長來自中端市場，主要流向了超融合系統。其結果是，該季度在整個融合系統市場收入同比增長8.5%的大背景下，超融合系統的增長率高達170.5%。目前，超融合系統在整個融合系統市場中所占的比例還不夠大，但正如上面所顯示的，高速增長的

7、勢頭有望迅速抹平差距。Gartner預計，超融合系統今年的增長率為79%，市場規模將從（2016年的）近20億美元增長到2019年的約50億美元，在融合系統市場占比達四分之一（24%），并在2020年成為數據中心的主流。難道說，從傳統的融合系統到新興的超融合系統，就是個存儲的故事？當然不止于此，整個過程體現出“計算為主導，存儲為區分，軟件為核心，網絡是未來”的發展軌跡。融合系統的誕生融合系統是硬盤時代走向尾聲時的產物。眾所周知，硬盤（驅動器）的隨機I/O性能很差，而企業的關鍵業務應用如Oracle數據庫需要很高的IOPS，以VMware為代表的服務器虛擬化則將原本可能是順序訪問的操作變成了隨機

8、訪問，服務器內置的少量硬盤根本無法滿足性能需求。外置磁盤存儲系統可以將數百乃至上千個硬盤聚合在一起，輸出較高的I/O性能，并通過SAN（Storage Area Network，存儲區域網）被多臺服務器共享。既然服務器內置硬盤的I/O性能幾乎可以忽略不計，不如專心提高計算密度和集中管理。所以，2005年前后，伴隨著VMware虛擬化的興起，刀片式服務器和存儲行業都獲得了快速的發展。刀片式服務器集成了高速的網絡，將不同的計算節點（服務器刀片）連接在一起，這可以說是一種（計算與網絡的）融合。但這顯然不夠，因為在企業應用環境中，刀片式服務器高度依賴SAN存儲設備（外置磁盤陣列）。所以，一個完整的解決

9、方案通常包括了服務器、SAN存儲和異構的網絡SAN主流的FC（Fibre Channel）網絡與服務器常用的網絡技術（以太網和InfiniBand）有著很大的不同。刀片式服務器集成的網絡模塊或功能強大的交換機可以減少設備的種類，卻仍要面對管理的復雜性。于是，不僅采購部署的周期長，后期的服務也經常要面對多家供應商。在這種情況下，由單一供應商提供包括服務器、存儲、網絡在內的預集成、預驗證的完整解決方案，就形成了融合系統，這方面的典型代表是VCE。2009年11月初，思科（Cisco）、EMC和VMware聯合發起虛擬計算環境（Virtual Computing Environment，首字母分別對

10、應三家公司名稱）聯盟，英特爾（Intel）也有投資。聯盟于2010年推出用于構建私有云的Vblock基礎架構包，由思科的服務器和網絡設備、EMC的存儲、VMware的vSphere虛擬化套件組成。面向虛擬化應用的融合基礎設施2011年1月，VCE聯盟演變為同名的公司。2014年10月，EMC掌握了公司的控制權，并于2016年初將VCE并入其融合平臺部門（Converged Platform Division）。思科也不想一棵樹上吊死，早就與EMC的競爭對手NetApp合作了FlexPod。如前面所說，同樣用途的融合系統，Vblock屬于集成系統或集成基礎設施系統的分類，FlexPod則要劃入認

11、證參考系統或認證架構系統的分類。融合系統簡化了用戶的采購、部署、管理、服務等環節，而廠商也多了一種賣存儲產品的方式。除了EMC和NetApp，惠普、IBM、戴爾（Dell）等服務器廠商把自家的存儲產品“融合”在一起，HDS這樣相對獨立的存儲廠商也可以與母公司日立（Hitachi）的服務器產品相結合。融合基礎設施簡化了系統安裝和業務部署的過程，但傳統SAN存儲的擴展性和性能問題沒有解決，管理性也沒有得到根本的改進從技術角度，融合系統只是服務器、SAN存儲和網絡設備的組合，一體化交付，盡可能的“開箱即用”，只要三者搭配得當，理論上什么類型的應用都可以很好的支持。不過，在實際應用中，融合系統的一大主

12、戰場是虛擬化應用，如服務器虛擬化和VDI（Virtual Desktop Infrastructure，虛擬桌面基礎架構）。常見的情況是，中小型應用環境采用機架式服務器與中低端存儲的組合，大型應用環境則是刀片式服務器加高端存儲。融合系統活躍的另一大應用領域在數據庫市場，即我們常說的數據庫一體機。向超融合系統演變數據庫一體機的典型代表是Oracle Exadata，其問世時間還要早于VCE及Vblock。2008年9月下旬，Oracle在其年度大會（OOW）上宣布推出基于惠普x86服務器硬件的數據庫一體機“HP Oracle Database Machine”，一個完整的機柜系統包括8個數據庫節

13、點和14個Exadata存儲服務器（Cell），全部預裝Oracle Enterprise Linux，采用InfiniBand互聯。數據庫節點運行Oracle 11gR1和Oracle RAC（Real Application Clusters，真正應用集群）。一年之后，已經完成對Sun收購的Oracle，推出基于Sun x86服務器硬件的Exadata數據庫一體機（Oracle Exadata Database Machine），Exadata不再只是存儲服務器的名字，而是Oracle所謂Engineered Systems（工程系統）家族中最早的成員。不論Vblock還是FlexPod，

14、都提供了預集成、“開箱即用”的全套解決方案，簡化了部署和后續管理，幫助用戶更快的構建私有云。但是，其各大組成部分只是“粘合”在了一起，而沒有真正的融合：服務器還是服務器，存儲還是存儲。Exadata則不太一樣。Exadata仍然有專門的存儲節點，其最初就因基于x86硬件的存儲服務器而得名。但是，Exadata的存儲服務器并不是SAN存儲設備，沒有專用的存儲網絡，計算和存儲節點之間統一使用高速的InfiniBand（IB）互聯。消滅網絡的異構不是主要目的，而是Exadata一開始定位在注重帶寬的OLAP（On-Line Analytical Processing，聯機分析處理）應用，帶寬可以隨存

15、儲節點的加入獲得近乎線性的擴展，即橫向擴展（Scale-out）傳統的SAN存儲設備為縱向擴展（Scale-up）架構，帶寬和處理能力受限于存儲系統控制器的上限。Exadata仍然有相對獨立的存儲設備，但是這些被稱為Cell的存儲服務器采用分布式存儲，組成橫向擴展架構為了進一步提高效率，減少不必要的數據傳輸，Exadata采用Oracle獨有的Smart Scan技術，即利用存儲節點具備的一定計算能力，將簡單的查詢下發到存儲節點上執行，只返回少量結果數據。這很好的體現了“讓計算靠近存儲，或者讓存儲靠近計算”的優勢。Exadata可以將簡單的查詢請求從數據庫（計算）節點上卸載到具備一定計算能力的

16、存儲服務器上執行，降低不必要的網絡傳輸，具備了部分超融合系統的特征，軟件和硬件一體化的優勢初顯基于惠普硬件的第一代Exadata，存儲節點全部采用硬盤驅動器，14臺Exadata存儲服務器最多168個，跟SAN存儲設備比堆硬盤沒有什么勝算，所以不具備OLTP（On-Line Transaction Processing，聯機事務處理）能力。第二代Exadata則通過在存儲服務器中加入PCIe閃存卡（SSD，即固態盤）解決了這一問題，發展為兼具OLAP和OLTP能力的系統。與VMware虛擬化一樣，Oracle RAC需要一個所有計算節點共享的統一存儲池，可以是單個（縱向擴展）物理存儲設備，也可

17、以是多個物理節點集群（橫向擴展）構成的邏輯存儲池。運行Oracle ASM（ Automatic Storage Management，自動存儲管理）軟件的Exadata存儲服務器屬于后者，我們可以將其視為專門為Oracle數據庫應用優化的軟件定義存儲。閃存技術支持下的軟件定義存儲，是走向超融合系統的關鍵一步。超融合系統架構簡析IDC對超融合系統的定義是，節點間沒有明確的計算和存儲的分工，在同一個服務器硬件資源（目前主要是x86服務器）上實現核心的存儲和計算功能，封裝為單一的、高度虛擬化的解決方案。通過分布式的軟件在多個標準（x86服務器）硬件節點上實現傳統存儲設備所能提供的主要功能，是軟件定

18、義存儲（Software Defined Storage，SDS）的典型特征。為了滿足可用性的要求，超融合系統通常從三個節點起步，要擴充容量和性能，只需在現有網絡中加入新的節點即可實現自動擴展，直至幾百或上千個節點，部署速度快，易于管理，規模上限大。使用大量標準的x86服務器組成集群，沒有（物理的）共享存儲設備，把分布在每個節點上的服務器本地存儲，用我們今天稱為軟件定義存儲的方式聚合為可共享的邏輯存儲池，是大規模互聯網（Web-scale，或Hyperscale）基礎設施的典型特征。超融合架構符合上述描述，被廣泛認為是互聯網技術影響傳統IT企業領域的體現。可以粗略地認為，超融合系統是以SDS替

19、代了傳統融合系統中的SAN，主要成分是構筑于標準服務器硬件上的軟件定義存儲加（服務器）虛擬化。融合基礎設施只是實現了計算、存儲、網絡和管理的“集成”，超融合基礎設施才是真正的“融合”之所以要強調虛擬化，是因為現有的技術背景下，每個節點都要運行存儲軟件功能的話，就必然不是裸機環境，適合安裝hypervisor，在虛擬機（VM）中運行應用，即計算與存儲功能（在單一節點上）的融合。所以，有觀點認為，超融合的前綴“Hyper-”特指虛擬化（hypervisor）。不過，隨著容器技術的普及，未來每個節點可以在容器中運行應用如微服務（Microservices）架構盡量避免hypervisor層的開銷。若此，互聯網技術將繼續引領超融合架構的發展。以當前觀之，符合上述定義的超融合系統主要用于取代面向虛擬化應用的集成系統或認證參考系統（傳統融合系統），數據庫一體機還是盡量讓數據庫運行在物理機上，獲得盡可能高的性能。不過，這并不意味著數據庫一體機不能被納入超融合的體系。不僅Oracle已經宣稱最新的Exadata能夠很好的支持Oracle VM，更為重要的是，華為FusionCube超融合基礎設施在2012年華為云計算大會（HCC）上發布時，即能同時支持物理機（數據庫）和虛擬化環境，詳細情況將于下篇文章展開分析。超融合系統