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超融合架构(HCI)和软件定义存储(SDS)的关系和发展

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作者简介:叶毓睿,现任VMware存储架构师,曾任职于EMC, Compellent, DELL。《软件定义存储:原理,实践与生态》作者,同时也是微信公众号”乐生活与爱IT” 的作者,本文由作者授权发布。

一、什么是超融合架构(HCI)?

“2012年8月,VCE CTO办公室的Steve Chambers,在其博客中首次提出Hyper Converged (超融合)的概念。当时,超融合指的是,基于标准的X86服务器,在每个物理服务器节点通过Virtual Storage Appliance (虚拟存储设备,简称VSA),管理节点内的HDD和SSD,并与其他节点中的VSA一起来构建一个集群的分布式存储,后来,加入VMware公司的Chuck Hollis在其博客里做出了更为准确的阐述,Hyper Converged,其实就是Hypervisor Converged。Hypervisor (虚拟服务器) 做为位于应用层与基础架构层之间的战略层,能够抽象并池化计算、网络和存储资源,并拥有强大的控制平面的功能,而且Hypervisor(虚拟服务器)能整合软件定义的数据中心内运维管理的经验,管理更简单。

HCI(Hyper Converged Infrastructure),就是超融合基础架构(简称超融合架构),或者超融合基础设施,是指在同一套单元设备(如x86服务器)中具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术的架构。

HCIA(Hyper Converged Infrastructure Appliance),意指超融合基础架构设备,或者超融合基础设施设备。

HCIA (超融合基础架构设备) 由多个服务器节点构成,每个节点同时提供计算资源和存储资源,支持在线的横向扩展。扩展节点时,性能和存储容量都能线性的增长。它为用户了一个很重要的特性:性能可预测性,性能可确保始终如一地按节点数,简单地、线性地在线扩展。运行在HCIA硬件之上的就是分布式的存储虚拟化软件(包括分布式文件系统),来完成存储资源的池化、部署和管理。典型的HCIA,包括EMC VxRail、DELL推出的VSAN ReadyNodes(就绪节点)一体机,Nutanix一体机,Cisco HyperFlex,华为FusionCube,深信服aSAN,联想AIO,达沃小金刚等。正因为大家都看好超融合的市场趋势,VSAN推出后,存储巨头、服务器巨头都纷纷支持,例如早先的基于EVO:Rail的一体机,就有EMC(VSPEX BLUE)、NetApp、HDS、DELL、SuperMicro(超微)、Inspur(浪潮)、Fujitsu(富士通)等IT大厂商;近来基于VSAN Ready Nodes,也有许多IT大厂(包含存储厂商和服务器厂商)已经或者将要推出类似EMC VxRail的,多种型号配置的VSAN一体机。

可以看出,HCI (超融合架构) 符合Server SAN的特征:采用商用硬件,分布式,能在线横向扩展。实际上,HCI是Server SAN的一种,是Server SAN的子集。Server SAN中除了HCI以外,至少还有另外一类,就是仍然采用商用硬件,也能在线横向扩展,但每个节点不提供计算资源,只提供存储资源的存储产品”

这里提到HCI属于Server SAN的子集,是基于笔者对于纷繁复杂的SDS这个概念的分类,如下图所示:

图片描述

坦率说,HCI属于ServerSAN的子集这个说法并不是非常严谨,因为HCI除了存储资源池之外,还提供了计算资源池。不过,当我们以存储的视角,也就是重点关注HCI的存储属性的时候,这个说法还是成立的。

完整的来看,HCI就是分布式存储形态的SDS结合Hypervisor。需要注意的是,SDS资源如何提供给Hypervisor上的虚机?主要有两大流派,一个就是内嵌在Hypervisor内核的VSAN,虚机直接访问Hypervisor的物理存储设备;另一个就是类似Nutanix,虚机必须通过CVM(一种运行在Hypervisor上的虚拟存储控制器,也叫做VSA - Virtual Storage Appliance,虚拟存储设备),才能访问Hypervisor的物理存储设备,EMC ScaleIO、华为FusionStorage等众多HCI都是类似NutanixCVM这种方式。VSAN这类的优势在于IO路径短,在相同硬件配置下,相同的实际业务应用场景下,性能表现更好,而且消耗Hypervisor节点服务器上的CPU和内存更少。如下图所示:

当然,内嵌在Hypervisor的VSAN的劣势也凸显出来,就是:VSAN主要为本集群的vSphere虚机提供存储资源。不过,VSAN通过NAS插件,以及未来不久将要发布的支持iSCSI接口,可以对外(包括其他Hypervisor虚机,甚至物理机)提供存储资源。

二、什么是软件定义存储(SDS)

首先,开宗明义:软件定义,为云而生。这里包括了软件定义的数据中心整个概念。

其次,我们具体来看下软件定义存储。在笔者主编的《软件定义存储:原理、实践与生态》书籍当中,提到:

软件定义的存储(SDS)是一个不断进化的概念,在现阶段看来,是指存储资源由软件自动控制,通过抽象、池化和自动化,将标准服务器内置存储、直连存储,外置存储,或云存储等存储资源整合起来,实现应用感知,或者基于策略驱动的部署、变更和管理,最终达到存储即服务的目标。

软件定义存储包含两个部分,一部分是控制平面,基于策略或者基于应用的存储资源分配、变更和管理;另一部分是数据平面,负责数据的存放、处理和优化。

三、HCI与SDS的关系和发展

我认为两者是相辅相成,相互促进的。单纯从存储属性来看,HCI是SDS的一部分,正如前面SDS的分类所描述的那样,HCI属于数据平面。HCI具有的在线横向扩展的特性,非常适合云化的时代,但云化所需的存储资源即刻交付、动态扩展、在线调整,其实还需要借助控制平面的存储策略才能完成。

在笔者的SDS分类里,软件定义存储还包含了能被控制平面层(如VMware SPBM、OpenStack Cinder等)驱动的外置共享存储,不过这部分的发展在国内还相对缓慢。软件定义存储的发展,在比较长的一段时间内,还需借助超融合架构的落地和蓬勃发展。

下面所阐述的内容,需要注意HCI软件和HCI一体机的区别。由于目前的市场上,当我们谈到超融合设备时,绝大多数指的是出厂时就预装好软硬件。所以,通常我们听到的超融合架构或者HCI,其实是HCI一体机。而VSAN比较特别的是,大多数是以HCI软件的形态出售,为用户提供了灵活性和多种选择。当然,如果各方面条件具备,用户选择类似EMC VxRail这种VSAN一体机,可以简化部署和运维的工作量。

下面转载在微信公众号”乐生活与爱IT” 2015年12月12日的一段内容,表明我对超融合架构的一些看法。

写到这里,我想起了有不少朋友经常遇到的困惑:超融合架构是存储的未来吗?软件定义存储不是要做软硬件的解耦吗?不想被传统外置阵列厂商锁定,也不想被新的HCI硬件方式锁定,怎么办?

我个人认为,Server SAN软件厂商选择少数几家服务器硬件厂商,绑定为一体机形式,销售给用户,主要原因是厂商的能力和规模都还太小。

首先,需要肯定的是,存储控制器OS与专有存储控制器硬件的解耦,这本身是一个进步。但是,业界除了VMware能依托其vSphere强大、完整的生态链之外,其他Server SAN软件厂商很难有能力、资源去做如此广泛的服务器、IO控制器、SSD、HDD等部件组合的兼容验证。

记得之前在Compellent公司时(被DELL收购前),公司维持着一张Excel表格,每做过一次验证测试,比如HBA卡的某种新型号,甚至某种原来型号的新微码,就增加一条记录。因为初创公司是很难有时间、人力和成本去做,如同天文数字般组合的兼容性验证。

VSAN Ready Nodes之所以可以按照HCI的软件版被用户广泛接受,就是因为依托于vSphere已有验证库的基础之上,已经通过了十多个服务器厂商,成百上千种不同的部件组合(特别是IO控制器和SSD)的严格测试和验证,有时针对SSD的性能测试,甚至长达很多天的时间持续的运行。

所以,初创的Server SAN软件公司在其起步的时候,选择两、三家的服务器硬件进行捆绑销售,是明智的选择。这种标准件的产品推出,是经过了多次磨合最终确定的,兼容性稳定性得以验证,有时甚至针对某些特性在软件或者硬件进行优化,用户使用时能够获得可预期的体验。换句话说,其实也是无可奈何的选择,因为初创公司没有资源去穷尽各种组合的兼容性验证或优化。

对于用户而言,需要警惕的是,如果Server SAN软件公司开始和新的服务器硬件公司合作时,最好先观望一段时间,等待软硬件经过了足够长的磨合期,才去考虑购买新的HCI一体机,以确保存储的稳定性。

所以超融合架构以软硬件捆绑形式呈现,我认为是一个过渡期,当然这个过渡期有可能比较长。如果用户不喜欢被少数几家锁定,赶紧考虑VSAN Ready Nodes吧: ) 相信VMware经过多年的磨合,已经与各大服务器厂商的硬件磨合得非常完美了”

我在2016年7月3日 SDS新书发布会及SDS技术沙龙的演讲里,也重申了这一观点:HCI软硬一体机是SDS漫长征程的一种形态。

实际上,当软件的兼容性在五花八门的各种硬件上不成问题时,紧耦合就会成为历史。例如,SDS之于外置磁盘阵列(也即专有的硬件存储)。再举个例子,以VMware vSphere或Microsoft Hyper-V为例,你现在听说过Hypervisor一体机吗?我相信假以时日,各种不同品牌的HCI软件的兼容性,在多种服务器的不同部件组合得到解决后,用户将不用担心新的硬件锁定。不过,也许需要多年以后才能得到彻底解决,而在这期间,HCI一体机就有其存在的价值。

另外,多说几句,在7月3日SDS技术沙龙的演讲中,我还表明了一个观点:软件定义除了因云而生以外,也受益于硬件日新月异的发展。因为CPU、存储介质(包含内存和SSD等)、高速网络等厂商的硬件技术的突破,使得软件定义有了用武之地。

就在最近两天,看到一则消息,劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员使用新材料,将晶体管的制程从14纳米缩减到了1纳米。我想,这是不是意味着,软件定义是不是有了更大的发展空间。

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