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构建企业超融合基础架构

企业面临的问题

存储是当前虚拟化数据中心的最大挑战。十五年以前针对物理服务器设计的网络存储架构对于虚拟机来说过于昂贵和复杂。但在没有企业级的替代方案时,各企业被迫采用各种传统的解决方案,而这些解决方案无法满足虚拟机的需求,因为虚拟机始终保持着动态变化、数量迅速增长、并不断要求全新的性能和容量水平。

超融合基础架构是一种可横向扩展的计算和存储基础设施,它使企业无需网络存储(SAN或NAS)便能够将自己的数据中心虚拟化。超融合基础架构专门针对虚拟机而设计,可提供全面的计算和存储功能,以及企业级的性能、可扩展性敦、可用性和数据管理功能。它采用符合行业标准的硬件组件、固体硬盘,以及市场领先的管理程序,以便提供开箱即用的解决方案,让桌面虚拟化变得极其简单有效。

超融合基础架构

主要支柱

超融合基础架构利用系统架构、硬件和软件技术的最新发展建立起一个系统,以解决虚拟机的存储问题。Nutanix架构有三大核心支柱:

分布式计算

Nutanix架构类似于谷歌架构,也是无需网络存储的横向扩展型计算和存储基础设施。同时,Nutanix借鉴了谷歌架构,并可提供一种企业级的解决方案。谷歌文件系统是定制解决方案,适用于谷歌内部的各种应用(搜 索、Gmail等)而Nutanix提供通用的解决方案,适用于各种虚拟化的环境。除了横向扩展能力之外,它还具备与各种先进的网络存储解决方案相同甚至更好的企业级数据管理功能,包括高可用性、备份、快照、灾难恢复等。

虚拟化

Nutanix架构专门针对虚拟机而设计,因此它支持传统网络存储架构所支持的全部管理程序功能,包括实时虚拟机迁移和高可用性等功能。此外,因为Nutanix架构为虚拟机感知型,所以它能够克服配合物理服务器使用的传统解决方案的各种局限。例如,在计算侧按单个虚拟机开展管理时,存储管理单元传统上为LUN。当LUN由许多虚拟机共享时,按单个虚拟机执行备份、恢复、快照等存储操作就会越来越困难。在过度共享的环境中,识别瓶颈问题也非常困难,因为计算层和存储层之间存在断层。Nutanix架构克服了这些局限。

固态硬盘

Nutanix架构可充分利用企业级的固态硬盘(SSD)。值得注意的是,传统的存储系统专门针对旋转介质而设计,所以很难有效利用SSD,因为SSD的访问模式截然不同。机械硬盘有旋转和时延,而SSD则不存在这些机械局限性。由于两种媒介之间存在这种不同,因此要求软件进行不同的优化,以实现最佳的性能。我们不能简单拿来专门针对机械硬盘系统编写的软件,然后希望它能够有效运用于固态硬盘。Nutanix架构利用SSD存储各种各样的常用数据——从虚拟机元数据到主数据存储,一方面通过分布式缓存获得高性能,另一方面通过永久存储实现快速检索。为了将SSD的性能优势最大化,Nutanix架构:

保留SSD用于I/O密集型功能

采用各种节省空间的技术,使得较小的物理空间能够存储大量的逻辑数据

自动将"冷"数据或非常用数据迁移至机械硬盘,低优先级的虚拟机避开SSD

架构综述

超融合基础架构是一个由高性能的节点或服务器组成的横向扩展型集群,每台设备运行一个标准的管理程序;集群还含有处理器、内存和本地存储器,包括SSD和机械硬盘。每个节点都运行虚拟机,如同标准的虚拟主机一样。此外,所有节点的本地存储器均通过Nutanix横向扩展型融合存储(SOCS)架构进行虚拟化,成为一个统一的存储库(图1)。实际上,SOCS的作用就像一个先进的SAN,利用所有节点的本地SSD和机械硬盘存储虚拟机数据。集群中运行的虚拟机将数据写入SOCS,就像写入SAN一样。SOCS为虚拟机感知型,可提供先进的数据管理功能。它将数据存储于本地系统上,因此数据更接近虚拟机,从而降低了成本并提高了性能。Nutanix Complete Cluster能够从几个节点水平扩展到大量的节点,因此企业可根据自身需要扩展其基础设施。

主要功能特点

Nutanix超融合基础架构不仅抛弃了SAN,而且提供了最高级别的线性可用性、性能及数据管理功能。以下是主要特点描述:

容量优化

Nutanix QuickClone

Nutanix使管理员能够通过QuickClone功能迅速部署新的虚拟机。QuickClone是可写快照,其功能如同标准的vDisk——管理员可将其附加于虚拟机,在上面写入数据,甚至可进一步快照,因此非常适用于部署新的虚拟桌面,创建生产数据库的测试和开发拷贝,并适用于无须复制数据便可进行克隆的其它任意场景。该系统还支持用于备份目的只读快照。

Nutanix精简配置

系统中,虚拟机存储的配置非常精简。管理员可以设置vDisk的容量,但物理存储器只在必要时才进行分配。管理员还可以设置最小的保留参数,以保证vDisk的特定存储量。

Nutanix融合备份

Nutanix的融合备份功能可针对vDisk提供即时备份和恢复能力。设备无须外部备份存储即可保存几个月的备份。当需要恢复时,管理员可以立即将vDisk恢复至任意过往备份。设备还支持通过标准的第三方工具进行异地备份。

易于管理

易于部署

Nutanix超融合基础架构是一种即插即用的解决方案,其中含有运行大量虚拟服务器或虚拟桌面所需的全部硬件和软件。管理员能够在几分钟时间内将其设置完毕,并开始创建虚拟机。

下一代用户界面

Nutanix Command Center是一种非常直观的、基于Flex的用户界面,使管理员能够完全掌控集群中的计算和存储资源。它将每台虚拟机映射至系统中的物理资源,使管理员能够轻松解决与虚拟机有关的问题。Nutanix超融合基础架构还可以提供用于管理的命令行界面。

Nutanix横向扩展型融合存储(SOCS)

Nutanix SOCS无须管理复杂的网络存储基础设施,可轻松管理任意规模的虚拟环境。符合IT标准Nutanix超融合基础架构可实现一种融合型的架构,因此能够继续支持IT部门已经采用的标准工具和界面。例如,各节点运行符合行业标准的管理程序(VMware ESXi),而配合该管理程序使用的所有IT程序和软件工具便可继续配合Nutanix使用。同样,vDisk为标准的iSCSI设备,通过管理程序中的标准iSCSI启动器与虚拟机相连。通过利用这些标准界面,Nutanix超融合基础架构能够无缝融入现有的IT生态系统。

性能和可扩展性

固态硬盘

Nutanix超融合基础架构在设计时已经考虑了SSD。与传统的基于SAN的SSD相比,Nutanix超融合基础架构中基于服务器的SSD避免了网络瓶颈,因而性能更高 。 传统系统通常受限于保存在控制器缓存中的元数据量。而在Nutanix超融合基础架构中,SSD不仅用于虚拟机数据,而且用于存储SOCS元数据,从而实现快速访问。将丰富的元数据保存在SSD上,使得SOCS能够提供先进的数据管理功能。若给定横向扩展型架构,则系统的SSD容量将随着集群中节点的增加而提高。

Nutanix热度优化分层(HOT)

在Nutanix集群中,vDisk可配置SSD和HDD混合容量。为了保证只有高价值的数据才停留于SSD上,SOCS通过HOT功能将冷门数据转移至后台的大容量SATA硬盘上。

可扩展性

Nutanix超融合基础架构可从少数节点扩展至大量节点。在设计的时候,系统各个方面均已考虑如今虚拟化数据中心的可扩展性要求。例如,系统没有集中化的元数据控制中心。元数据层本身分布于整个集群,因此不存在大多数横向扩展型系统常见的瓶颈问题。此外,每个模块运行均SOCS控制器,系统中"控制器"的数量远高于一般基于网络的存储解决方案,后者的控制器数量较少。这样的设计创新使得系统能够从小规模入手,然后进行大规模扩展。

高可用性

Nutanix集群RAID

Nutanix超融合基础架构是一个高度可用的横向扩展型系统,不存在单点故障问题。通过Nutanix集群RAID,数据分别存储于节点内的各个硬盘以提高性能,并在集群范围内进行复制以便提高其可用性。因此,即使硬盘或整个节点出现故障,也能够保证虚拟机的高可用性。

Nutanix分布式元数据服务(Medusa)

Nutanix分布式元数据服务,即Medusa,可将集群元数据在整个集群上进行分布,从而实现可扩展性;同时还可将数据复制到多个节点,以实现容错功能。该服务高度可用,并能够容忍多节点故障。相对而言,传统解决方案依赖于少数存储控制器,因而无法容忍多控制器故障。

Nutanix Instant vDisk Motion

能够实时将虚拟机从一台主机迁移到另一台主机,这是符合行业标准的管理程序提供的一种非常强大的功能。到目前为止,企业只有通过网络存储才能够利用这样的实时迁移功能。实际上,许多企业使用网络存储,只是为了实现实时迁移和高可用性。在Nutanix超融合基础架构中,即使采用本地存储的融合型架构也支持实时虚拟机迁移。设备中的vDisk为完全移动的逻辑实体。这是通过NutanixInstant vDisk Motion功能加以实现的,必要时该功能可以将vDisk从一个节点迅速移动至另一个节点。

备份与恢复

这是能够执行异地数据备份和恢复是企业数据保护战略的关键 。Nutanix超融合基础架构完全兼容VMware vStorage API for Data Protection(VADP),并通过整合兼容VADP功能的备份和恢复产品,提供功能全面的虚拟机备份和恢复能力。

灾难恢复

灾难恢复是满足企业业务连续性需求的关键。Nutanix Complete Cluster通过整合兼容VADP功能的备份和恢复产品,提供强大的故障切换和故障恢复能力。

结论

超融合基础架构是一个创新的系统,它没有网络存储,却不会影响企业的IT需求。超融合基础架构采用下一代横向扩展型架构创建,这种架构已经得到最具创新性的云一代企业的实践检验。通过超融合基础架构,企业能够创建起自己的虚拟机计算和存储基础设施,这样的基础设施快速、高度可用、数据管理功能丰富、并能够根据需要进行扩展。