浅析服务器超融合技术

　　摘要：IT行业的快速发展，推动了IT行业中相关技术的快速提升，如CPU从几十MHz的频率到现在几GHz，从几M的网络传输速度到几十G的传输速率，从几吨重的HDD到芯片式的高速SSD等等，这些无一不改变IT发展进程。超融合技术是当前IT架构中又一新兴技术，它将服务器硬件和软件资源重新打包，看似简单的对资源重新融合却给服务器性能与能耗水平带来了质的提升。

　　服务器已经是大家非常熟悉的名词，其发展历史并不长，1981有了第一台邮件服务器，直到1991年才出现了第一台网页服务器。配置上，CPU频率只有256MHZ、硬盘2GB、再配上一个灰度显示器，这就是当年的服务器的样子。而现在的服务器基本上为我们常见到的大主机(塔式服务器)或大型数据中心的样子。

　　超融合技术是服务器资源的新型集成系统

　　经过几十年的发展，多种技术不断发展与融合，服务器架构也随之不断变化，CPU算力不断增长，分布式存储技术更加成熟，企业级SSD更普遍，服务器虚拟化技术、万兆网络成本下降这些技术和因素的影响下，IT基础架构也开始产生了新的发展方向。

　　超融合技术就是在现有技术的基础上为满足高性能要求而出现的，超融合技英文名称为Hyper-Converged Infrastructure，Hyper其实是虚拟化的意思，与Hypervisor一个含义。超融合技术具体定义为是指在同一套单元设备(x86服务器)中不仅仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且还包括缓存加速、重复数据删除、在线数据压缩、备份软件、快照技术等元素，而多节点可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展(scale-out)，形成统一的资源池。简单的理解就是把计算、存储、网络和虚拟化资源紧密集成在单一的供应商提供的一台硬件设备中，是一种新兴的以软件主中心的集成系统。

　　超融合技术与传统IT架构最大的不同在于分布式存储的运用，将传统的集群式存储方式改为节点式分布存储。

　　我们以SmartX的的超融合架构图与传统架构图作一个简单的对比。从图中我们可以看到，传统架构分为三层，一是计算单元，二是磁盘与计算服务器之间传输的网络，三是存储阵列。超融合架构，将三层重新组合到一起，最重要的是将存储阵列放入了单个节点，并由分布式存储技术统一管理，形成存储池。超融合架构更加简单，单个节点即具备服务器基本的功能，空间占用小，由于存储单元在本地，存储的速度大幅提升，效能也大幅提高。

　　图1 超融合架构与传统架构对比

　　超融合技术优势

　　简单的建设。超融合精简了传统IT系统的三层架构，采用标准服务器高速互联，即可同时实现计算、存储网络、存储设备的功能，不仅大幅降低了设备的使用量，同时使IT系统的建设、运维简单许多。用户只需要部署符合要求的超融合一体机，很快就可以部署业务并上线，只需要数小时即可完成，这是传统IT架构不能比拟的。

　　投入成本低。IT系统的TCO(总拥有成本)包括建设、运维、人力、能耗等诸多方面，其中占比较大的为运维和能耗。由于超融合架构不需要专用SAN存储(存储区域网络)，即三层架构中的存储阵列层，因此，在同样的性能要求下，超融合产品只需要传统架构60%的硬件设置;实施时间和人力上可节省80%左右;其运维成本甚至可以降低80%以上。另外，由于超融合架构需要更少的硬件设备，可以节省机柜占用空间，能耗节省可达40%。

　　横向扩展性更好。当超融合架构资源不足或性能不够时，只需再次增加相应性能需求的节点即可。超融合架构在增加节点时，扩展过程时间短且不需要停机，也不会影响业务的连续性。当完成存储资源扩容后系统会自动进行容量均衡，这种数据全打散的方式不但能够充分利用整个集群的IO并发性能，而且不会因为本地读写的问题导致某些节点存储使用过少或者过多的情况。

　　存储性能强。由于采用分布式存储作为IO支撑，超融合架构可实现较好的多节点并发性能。部分超融合平台会采用数据本地化设计，采用SSD作为加速缓存，将VM所有数据都实现本地化吞吐，因此单业务系统即可实现高速的IO吞吐。由于超融合架构没有了FC链路，所以IO路径缩短，IO吞吐速度加快。传统中端阵列8:2 8K混合随机读写性能约3-5万IOPS，还需要海量的HDD硬盘来实现性能支撑。而对于较好的超融合产品，单个节点8:2 8K混合随机读写很容易达到3-5万以上IOPS，10个左右节点就可以达到30-50万IOPS。

　　超融合技术发展预测

　　超融合架构较传统架构有着明显的优势，具有巨大的发展潜力。据IDC发布的全球及中国超融合市场规模数据，2017年全球超融合市场规模超过37亿美元，同比增长64%;中国市场达到3.7亿美元，同比增速超过100%。

　　目前超融合技术领先的企业是Nutanix，早在2011年就已经推出了第一款产品，之后有SimpliVity、Scale Computing、Pivot3等厂商之后，后来VMware也加入了这个领域。国内厂商联想、华为、Smartx都推出了自己的产品。

　　结语

        超融合技术是以现有资源为基础又一集成化产品，它的出现大大提升了传统产品性能，并且大幅降低建设和运营成本，是服务器技术发展的新的方向。从2017年Gather发布的技术成熟度曲线，超融合技术已经走过概念化阶段，正走向快速发展阶段。