史上最强超融合入门干货：超融合与传统架构特性及收益详细对比

Posted 2020-10-17

在IT基础架构领域工作有十年了，亲眼目睹和参与了上一代网络存储架构在中国的兴起和衰败。的确，新IT浪潮已经到来，超融合就是诸多风口之一，成为了近几年IT业界备受关注的话题。虽然超融合这个概念已经被厂商热炒了至少两年，但看到市场上依旧存在着很多模糊的定义和理解，所以想整理一些学习笔记和个人见解，希望这些干货内容能对想入门的朋友有所帮助 。

一．超融合的核心特征是什么？

首先大家需要有一个概念，我们看到的这些名词，事实上都是最早推行这些架构的厂商建立起来的，比如Nutanix最早推广的超融合这个概念（HCI ：Hyper Converge Infrastructure），目的无非是建立一个产品的品类，这是营销惯常的手法，但老外玩儿的真的很溜很成功。

Nutanix起步的核心技术是分布式存储，只是在部署架构上有了进一步创新，采用了这种融合的方式。其实这种创新在技术本身上并没有大的难度，但很大程度上推进了分布式存储的市场落地。

所以这就是超融合1.0的核心，但市场上很多人，被“融合”二字迷惑，甚至一些厂商，也就顺水推舟，弱化存储部分（弱化的原因是存储真的很难做好），单纯去强调融合，把一堆无关痛痒的东西集成起来。个人觉得这不是正途。

我认为真正撬动传统IT市场的超融合1.0的特征主要是两点：

一是，基于X86服务器架构的分布式存储（这里先不提SDS了，会增加新的混淆）；

二是，分布式存储和计算虚拟化部署在同一服务器硬件内。

下面对比中能看到，给用户带来价值的重要特性中，大概70%是来自于分布式存储，30%是超融合架构带来的好处（比如管理简化，使用成本的降低），但恰恰是这30%，让用户更愿意从传统架构切换到分布式架构上来。

二．超融合是革命性架构么？革谁的命？

任何称之为革命性的架构都应具备至少以下三个特征：

一是，对用户的使用习惯会有巨大的改变；

二是，为用户带来巨大的价值；

三是，新的厂商可以撬动传统老牌厂商的市场。

以上三点，超融合产品都具备，前两点在后面分别介绍，第三个可以通过国外的Nutanix、VMware（vSAN），中国的SmartX等厂商的案例描述中看到，他们所替代的产品大量的是老牌存储厂商EMC、HDS等公司的存储产品。有人会说Nutanix不也自己出服务器虚拟化产品吗？这是不是在替换VMware？但这已经是后来的故事，最初的Nutanix产品核心就是超融合架构的分布式存储。用户采购Nutanix并不需要替换原有的服务器品牌（比如Dell）或者虚拟化品牌（比如VMware），只有存储（比如EMC）是一定被替换掉的。这是重要的起点和切入点。如果最初Nutanix就是想以超融合的理念替换存储、虚拟化甚至服务器硬件，我想那会树敌太多，几乎没有胜算。

三．为什么超融合的架构会在近几年才出现？

一个革命性的技术架构出现、成熟需要至少两个核心因素：

一是，客户的强烈需求；

二是，相关技术的成熟。

超融合架构的客户需求来自于商业数字化和互联网化对IT资源的使用速度和使用要求有了大幅提升。而以下相关技术对架构的市场落地有很大关系。

1. 分布式存储架构

这个其实在互联网公司用了很多年，分布式存储可以很好地基于X86服务器构建一个易扩展、高可靠的存储资源池，是超融合的基础。

2.SSD

毫无疑问，SSD对存储架构的影响是巨大的，传统机械硬盘的4K随机性能只有300左右，而类似intel 3710这样的SSD则可以达到超过7万IOPS，直接高出两个数量级。但同时双控制器架构就会成为瓶颈，比如EMC的Unity 650 可以支持一千块硬盘或SSD，但31块SSD的时候就到达瓶颈，此时8:2读写混合最大只能达到27万IOPS。

同样，SSD大大减少了事务型存储系统的机架空间，使存储和计算节点的数量比较匹配，这是超融合架构成立的一个重要条件。

3.虚拟化

超融合架构成立的另一个重要条件就是虚拟化已经被广泛接受，否则分布式存储不可能和应用共存在一个物理节点上，除非是一个厂商的一体机产品。

4. CPU

最后就是大家常说的CPU更强大更廉价，可以同时解决计算和存储的要求。

四．超融合就是分布式存储和计算虚拟化简单地安装在一起吗？

答案当然是NO。

因为要以超融合的形态去做虚拟化的存储，还应该具备以下特征：

一是，对系统资源消耗应该少，并且可控，合理的方案不应该超过10%；

二是，支持VM数据访问本地化，这个是超融合架构另一大优势；

三是，既然是重点支持虚拟化平台存储，就应该对不同的虚拟化平台有比较好的支持，类似VMware、KVM等。

所以，现在中国市场真正算得上超融合架构的也就是Nutanix、VMware、SmartX。国内很多厂商拿一个Ceph就包装超融合产品，以上三点没有一点能做好。主要的问题包括：

1.哈希算法不能实现数据存放的精准控制，所以I/O本地化无法实现。

2.软件I/O路径比较长， CPU资源消耗比较多，进一步增加了延迟。

五．超融合架构和传统架构有哪些区别？

这里我挑了SmartX的架构图用来做对比说明，更清晰一些（以下若干图都取自SmartX产品胶片）。对于真正的超融合产品，以下特性都是一致的的。如果有少量的特性差异，会专门描述。

 

六．为什么超融合架构的可靠性能比传统双控架构更好？

用服务器构建存储，客户顾虑最多的首先是可靠性，如果需要衡量可靠性：

系统的冗余度？通俗的说就是允许硬件坏多少？

出现故障后是否完全自动恢复？

恢复速度和时间？因为系统处于降级状态下是比较危险的状态，故障窗口越小，出现整体故障的可能性就越小。

以下给出详细的系统冗余与恢复机制对比。

上表需要进一步说明的是：

三副本可以带来比双控更好的冗余度，代价当然就是损耗更多的容量。

管理的粒度部分，各家实现不同，有的是基于资源池设置两副本或三副本，有的厂商，比如SmartX，是以卷为单位，这样的好处就是可以在一个资源池上分配不同副本策略的卷，用于不同安全级别的VM。

热备盘的处理方面，其实大部分分布式存储都没有了，而是利用已有空间进行恢复。但需要强调的是现在GlusterFS还是使用热备盘机制，包括深信服等还是基于这样的产品构建超融合，个人很不看好。

可以看出可靠性方面，超融合架构的优势非常大，但其实这里的优势都是分布式存储本身应该具备的。

七．为什么超融合架构的随机性能比传统架构更高？

可以看出，超融合在性能方面的架构优势也非常明显，当然代价就是消耗计算资源，所以计算资源的消耗是检验超融合专业性的一个重要因素。

以下给出详细的性能机制对比。

性能相关的特性中，多节点并发和性能扩展依旧是分布式存储带来的。而数据本地化是超融合架构独有的，分离式的架构无法实现，当然代价就是计算资源的占用。SSD是即使传统架构存储都会使用的，但双控无法发挥SSD的性能。

比如EMC Unity 650F，8:2 8K混合随机读写性能最大27万IOPS，而对于类似Nutanix、SmartX等性能比较好的超融合产品，一个节点8:2 8K混合随机读写很容易达到3万以上IOPS，通过线性扩展，10个左右节点就可以达到EMC Unity 650F的最大性能。而10个节点只是非常小的用户规模。

八．为什么超融合架构的可扩展性比传统架构更好？

可扩展性是分布式架构的最大优势之一，当然扩容后的数据自动负载均衡效果并不是必然的，要看厂家的产品化程度。

以下给出详细的系统可扩展性对比。扩展性方面的优势，依旧是分布式存储架构带来的。

 

九．为什么超融合架构的部署运维更简单？

超融合架构运维的简化效果是非常显著的，以下从几个角度进行部署与运维对比。其中部分优势是分布式架构带来的，比如只维护标准商用服务硬件，而使用超融合后，可以进一步减少硬件的需求量。

 

十．超融合到底如何为用户省钱？

说法在网上很多了，但以下这个实例可能更精准和量化一些，大家可以对比使用成本。这里没有包括人员维护成本，续保等费用的成本等。人力成本方面，去掉专业存储运维就可以节省很大一部分人员开销。根据实际经验值，采用超融合在人员投入至少减少50%。采购成本，超融合产品一般可以做到传统架构70%。

以下给出使用成本与收益对比实例。

 

十一．超融合不适合什么场景？

传统意义上的超融合是适合于各种虚拟化的场景，对于裸金属服务器就不适合了。所以有一些重负载的应用，在虚拟化都不用的情况下，自然不会考虑超融合。另外，超融合的架构模式决定了计算和存储资源应该均衡增长，否则就不是非常适合，比如海量的非结构化数据。

不过，近期的一个趋势是，超融合厂商开始对外提供存储接口，可以以类似Server SAN或者NAS的方式访问，所以裸金属的场景也可以适用了。