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構建企業超融合基礎架構

企業面臨的問題

存儲是當前虛擬化數據中心的最大挑戰。十五年以前針對物理服務器設計的網絡存儲架構對于虛擬機來說過于昂貴和復雜。但在沒有企業級的替代方案時,各企業被迫采用各種傳統的解決方案,而這些解決方案無法滿足虛擬機的需求,因為虛擬機始終保持著動態變化、數量迅速增長、并不斷要求全新的性能和容量水平。

超融合基礎架構是一種可橫向擴展的計算和存儲基礎設施,它使企業無需網絡存儲(SAN或NAS)便能夠將自己的數據中心虛擬化。超融合基礎架構專門針對虛擬機而設計,可提供全面的計算和存儲功能,以及企業級的性能、可擴展性敦、可用性和數據管理功能。它采用符合行業標準的硬件組件、固體硬盤,以及市場領先的管理程序,以便提供開箱即用的解決方案,讓桌面虛擬化變得極其簡單有效。

超融合基礎架構

主要支柱

超融合基礎架構利用系統架構、硬件和軟件技術的最新發展建立起一個系統,以解決虛擬機的存儲問題。Nutanix架構有三大核心支柱:

分布式計算

Nutanix架構類似于谷歌架構,也是無需網絡存儲的橫向擴展型計算和存儲基礎設施。同時,Nutanix借鑒了谷歌架構,并可提供一種企業級的解決方案。谷歌文件系統是定制解決方案,適用于谷歌內部的各種應用(搜 索、Gmail等)而Nutanix提供通用的解決方案,適用于各種虛擬化的環境。除了橫向擴展能力之外,它還具備與各種先進的網絡存儲解決方案相同甚至更好的企業級數據管理功能,包括高可用性、備份、快照、災難恢復等。

虛擬化

Nutanix架構專門針對虛擬機而設計,因此它支持傳統網絡存儲架構所支持的全部管理程序功能,包括實時虛擬機遷移和高可用性等功能。此外,因為Nutanix架構為虛擬機感知型,所以它能夠克服配合物理服務器使用的傳統解決方案的各種局限。例如,在計算側按單個虛擬機開展管理時,存儲管理單元傳統上為LUN。當LUN由許多虛擬機共享時,按單個虛擬機執行備份、恢復、快照等存儲操作就會越來越困難。在過度共享的環境中,識別瓶頸問題也非常困難,因為計算層和存儲層之間存在斷層。Nutanix架構克服了這些局限。

固態硬盤

Nutanix架構可充分利用企業級的固態硬盤(SSD)。值得注意的是,傳統的存儲系統專門針對旋轉介質而設計,所以很難有效利用SSD,因為SSD的訪問模式截然不同。機械硬盤有旋轉和時延,而SSD則不存在這些機械局限性。由于兩種媒介之間存在這種不同,因此要求軟件進行不同的優化,以實現最佳的性能。我們不能簡單拿來專門針對機械硬盤系統編寫的軟件,然后希望它能夠有效運用于固態硬盤。Nutanix架構利用SSD存儲各種各樣的常用數據——從虛擬機元數據到主數據存儲,一方面通過分布式緩存獲得高性能,另一方面通過永久存儲實現快速檢索。為了將SSD的性能優勢最大化,Nutanix架構:

? 保留SSD用于I/O密集型功能

? 采用各種節省空間的技術,使得較小的物理空間能夠存儲大量的邏輯數據

? 自動將"冷"數據或非常用數據遷移至機械硬盤,低優先級的虛擬機避開SSD

架構綜述

超融合基礎架構是一個由高性能的節點或服務器組成的橫向擴展型集群,每臺設備運行一個標準的管理程序;集群還含有處理器、內存和本地存儲器,包括SSD和機械硬盤。每個節點都運行虛擬機,如同標準的虛擬主機一樣。此外,所有節點的本地存儲器均通過Nutanix橫向擴展型融合存儲(SOCS)架構進行虛擬化,成為一個統一的存儲庫(圖1)。實際上,SOCS的作用就像一個先進的SAN,利用所有節點的本地SSD和機械硬盤存儲虛擬機數據。集群中運行的虛擬機將數據寫入SOCS,就像寫入SAN一樣。SOCS為虛擬機感知型,可提供先進的數據管理功能。它將數據存儲于本地系統上,因此數據更接近虛擬機,從而降低了成本并提高了性能。Nutanix Complete Cluster能夠從幾個節點水平擴展到大量的節點,因此企業可根據自身需要擴展其基礎設施。

主要功能特點

Nutanix超融合基礎架構不僅拋棄了SAN,而且提供了最高級別的線性可用性、性能及數據管理功能。以下是主要特點描述:

容量優化

Nutanix QuickClone

Nutanix使管理員能夠通過QuickClone功能迅速部署新的虛擬機。QuickClone是可寫快照,其功能如同標準的vDisk——管理員可將其附加于虛擬機,在上面寫入數據,甚至可進一步快照,因此非常適用于部署新的虛擬桌面,創建生產數據庫的測試和開發拷貝,并適用于無須復制數據便可進行克隆的其它任意場景。該系統還支持用于備份目的只讀快照。

Nutanix精簡配置

系統中,虛擬機存儲的配置非常精簡。管理員可以設置vDisk的容量,但物理存儲器只在必要時才進行分配。管理員還可以設置最小的保留參數,以保證vDisk的特定存儲量。

Nutanix融合備份

Nutanix的融合備份功能可針對vDisk提供即時備份和恢復能力。設備無須外部備份存儲即可保存幾個月的備份。當需要恢復時,管理員可以立即將vDisk恢復至任意過往備份。設備還支持通過標準的第三方工具進行異地備份。

易于管理

易于部署

Nutanix超融合基礎架構是一種即插即用的解決方案,其中含有運行大量虛擬服務器或虛擬桌面所需的全部硬件和軟件。管理員能夠在幾分鐘時間內將其設置完畢,并開始創建虛擬機。

下一代用戶界面

Nutanix Command Center是一種非常直觀的、基于Flex的用戶界面,使管理員能夠完全掌控集群中的計算和存儲資源。它將每臺虛擬機映射至系統中的物理資源,使管理員能夠輕松解決與虛擬機有關的問題。Nutanix超融合基礎架構還可以提供用于管理的命令行界面。

Nutanix橫向擴展型融合存儲(SOCS)

Nutanix SOCS無須管理復雜的網絡存儲基礎設施,可輕松管理任意規模的虛擬環境。符合IT標準Nutanix超融合基礎架構可實現一種融合型的架構,因此能夠繼續支持IT部門已經采用的標準工具和界面。例如,各節點運行符合行業標準的管理程序(VMware ESXi),而配合該管理程序使用的所有IT程序和軟件工具便可繼續配合Nutanix使用。同樣,vDisk為標準的iSCSI設備,通過管理程序中的標準iSCSI啟動器與虛擬機相連。通過利用這些標準界面,Nutanix超融合基礎架構能夠無縫融入現有的IT生態系統。

性能和可擴展性

固態硬盤

Nutanix超融合基礎架構在設計時已經考慮了SSD。與傳統的基于SAN的SSD相比,Nutanix超融合基礎架構中基于服務器的SSD避免了網絡瓶頸,因而性能更高 。 傳統系統通常受限于保存在控制器緩存中的元數據量。而在Nutanix超融合基礎架構中,SSD不僅用于虛擬機數據,而且用于存儲SOCS元數據,從而實現快速訪問。將豐富的元數據保存在SSD上,使得SOCS能夠提供先進的數據管理功能。若給定橫向擴展型架構,則系統的SSD容量將隨著集群中節點的增加而提高。

Nutanix熱度優化分層(HOT)

在Nutanix集群中,vDisk可配置SSD和HDD混合容量。為了保證只有高價值的數據才停留于SSD上,SOCS通過HOT功能將冷門數據轉移至后臺的大容量SATA硬盤上。

可擴展性

Nutanix超融合基礎架構可從少數節點擴展至大量節點。在設計的時候,系統各個方面均已考慮如今虛擬化數據中心的可擴展性要求。例如,系統沒有集中化的元數據控制中心。元數據層本身分布于整個集群,因此不存在大多數橫向擴展型系統常見的瓶頸問題。此外,每個模塊運行均SOCS控制器,系統中"控制器"的數量遠高于一般基于網絡的存儲解決方案,后者的控制器數量較少。這樣的設計創新使得系統能夠從小規模入手,然后進行大規模擴展。

高可用性

Nutanix集群RAID

Nutanix超融合基礎架構是一個高度可用的橫向擴展型系統,不存在單點故障問題。通過Nutanix集群RAID,數據分別存儲于節點內的各個硬盤以提高性能,并在集群范圍內進行復制以便提高其可用性。因此,即使硬盤或整個節點出現故障,也能夠保證虛擬機的高可用性。

Nutanix分布式元數據服務(Medusa)

Nutanix分布式元數據服務,即Medusa,可將集群元數據在整個集群上進行分布,從而實現可擴展性;同時還可將數據復制到多個節點,以實現容錯功能。該服務高度可用,并能夠容忍多節點故障。相對而言,傳統解決方案依賴于少數存儲控制器,因而無法容忍多控制器故障。

Nutanix Instant vDisk Motion

能夠實時將虛擬機從一臺主機遷移到另一臺主機,這是符合行業標準的管理程序提供的一種非常強大的功能。到目前為止,企業只有通過網絡存儲才能夠利用這樣的實時遷移功能。實際上,許多企業使用網絡存儲,只是為了實現實時遷移和高可用性。在Nutanix超融合基礎架構中,即使采用本地存儲的融合型架構也支持實時虛擬機遷移。設備中的vDisk為完全移動的邏輯實體。這是通過NutanixInstant vDisk Motion功能加以實現的,必要時該功能可以將vDisk從一個節點迅速移動至另一個節點。

備份與恢復

這是能夠執行異地數據備份和恢復是企業數據保護戰略的關鍵 。Nutanix超融合基礎架構完全兼容VMware vStorage API for Data Protection(VADP),并通過整合兼容VADP功能的備份和恢復產品,提供功能全面的虛擬機備份和恢復能力。

災難恢復

災難恢復是滿足企業業務連續性需求的關鍵。Nutanix Complete Cluster通過整合兼容VADP功能的備份和恢復產品,提供強大的故障切換和故障恢復能力。

結論

超融合基礎架構是一個創新的系統,它沒有網絡存儲,卻不會影響企業的IT需求。超融合基礎架構采用下一代橫向擴展型架構創建,這種架構已經得到最具創新性的云一代企業的實踐檢驗。通過超融合基礎架構,企業能夠創建起自己的虛擬機計算和存儲基礎設施,這樣的基礎設施快速、高度可用、數據管理功能豐富、并能夠根據需要進行擴展。

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