近幾年來，超融合系統(tǒng)的熱度越來越高，各種打著超融合旗號的公司和產(chǎn)品如雨后春筍般涌現(xiàn)，令人眼花繚亂，也引發(fā)了很多困惑：究竟什么是超融合系統(tǒng)?與融合系統(tǒng)是什么關(guān)系?一體機(jī)又是怎么回事?
最關(guān)鍵的是：超融合有什么用?回答了之前的問題，也就不難理解了。
基本概念與分類
無論從中英文的字面意義來理解，超融合(Hyperconverged)都應(yīng)該是在融合(Converged)之后發(fā)展起來的——如果要分類，前者應(yīng)該屬于后者的一支。
IDC和Gartner也是這么認(rèn)為的，雖然在細(xì)節(jié)上有所區(qū)別。
譬如，Gartner似乎很喜歡Integrated(集成)和Infrastructure(基礎(chǔ)設(shè)施)這兩個詞。大的分類上，IDC所謂Converged Systems(融合系統(tǒng))，Gartner稱為Integrated Systems(集成系統(tǒng))。
IDC與Gartner對融合系統(tǒng)的大致分類(注：隨時間推移略有變化)
IDC 將融合系統(tǒng)(Converged Systems)分為三類，前兩類——集成系統(tǒng)(Integrated Systems)和認(rèn)證參考系統(tǒng)(Certified Reference Systems)——主要是供應(yīng)商構(gòu)成不同，技術(shù)成分上基本沒有區(qū)別，都是由服務(wù)器硬件、磁盤存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商和基本構(gòu)件/系統(tǒng)管理軟件組成的供 應(yīng)商認(rèn)證的預(yù)集成系統(tǒng)。
Gartner也有對應(yīng)的分類，分別稱為集成基礎(chǔ)設(shè)施(Integrated Infrastructure)系統(tǒng)和參考架構(gòu)(Reference Architecture)系統(tǒng)，合稱融合基礎(chǔ)設(shè)施(Converged Infrastructure，CI)。
簡 單的說，就是看這套系統(tǒng)是否由一家廠商提供。VCE的Vblock由VMware虛擬化、思科服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、EMC存儲系統(tǒng)組成，但VCE在EMC旗 下，所以Vblock屬于“集成”(系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施)，而思科與NetApp合作的FlexPod則屬于“參考“(認(rèn)證系統(tǒng)或架構(gòu))。
Gartner還比IDC多一個分類，即集成堆棧(Integrated Stack)系統(tǒng)，可以理解為集成基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)加上應(yīng)用軟件，如Oracle的Exadata數(shù)據(jù)庫一體機(jī)，在IDC的定義里仍屬于集成系統(tǒng)。
超 融合系統(tǒng)(Hyperconverged Systems)是后起之秀，與上述(傳統(tǒng)的)融合系統(tǒng)最大的區(qū)別，就是有能力用同樣的服務(wù)器硬件資源提供所有的計(jì)算和存儲功能。換言之，在超融合系統(tǒng) 中，不需要專用的存儲子系統(tǒng)(如磁盤陣列)——但在必要時，也可以有(如JBOD)。
Gartner習(xí)慣將超融合稱為HyperConverged Infrastructure(HCI)，和其他幾種分類一樣在后面加上System，即HCIS。HCI和CI是被業(yè)界引用較多的兩個縮寫。
超 融合系統(tǒng)與之前的融合系統(tǒng)相比，最大的區(qū)別就是以(與應(yīng)用軟件一起)運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)(x86)服務(wù)器硬件中的軟件定義存儲替代了傳統(tǒng)的SAN存儲系統(tǒng)，不僅華 為(Huawei)、惠普(HPE)等服務(wù)器大廠積極推出相應(yīng)的產(chǎn)品，還催生了以Nutanix、SimpliVity為代表的一大批初創(chuàng)公司。
市場態(tài)勢與趨勢
無 論哪種融合系統(tǒng)，存儲都是其中的重要組成部分。今年3月底，IDC公布的2015年第四季度及全年的全球融合系統(tǒng)追蹤報告顯示：2015年第四季度，通過 融合系統(tǒng)出貨的存儲容量新增1547PB，同比增幅達(dá)26.9%。然而，存儲不一定非要以相對獨(dú)立的“存儲”(系統(tǒng))的形式存在，超融合系統(tǒng)的快速崛起正 代表了這種需求轉(zhuǎn)移。
IDC認(rèn)為：一些傾向于低平均售價的市場需求，驅(qū)動從傳統(tǒng)融合系統(tǒng)轉(zhuǎn)向超融合系統(tǒng);大部分增長來自中端市場，主要流向了超融合系統(tǒng)。其結(jié)果是，該季度在整個融合系統(tǒng)市場收入同比增長8.5%的大背景下，超融合系統(tǒng)的增長率高達(dá)170.5%。
目前，超融合系統(tǒng)在整個融合系統(tǒng)市場中所占的比例還不夠大，但正如上面所顯示的，高速增長的勢頭有望迅速抹平差距。Gartner預(yù)計(jì)，超融合系統(tǒng)今年的 增長率為79%，市場規(guī)模將從(2016年的)近20億美元增長到2019年的約50億美元，在融合系統(tǒng)市場占比達(dá)四分之一(24%)，并在2020年成 為數(shù)據(jù)中心的主流。
難道說，從傳統(tǒng)的融合系統(tǒng)到新興的超融合系統(tǒng)，就是個存儲的故事?當(dāng)然不止于此，整個過程體現(xiàn)出“計(jì)算為主導(dǎo)，存儲為區(qū)分，軟件為核心，網(wǎng)絡(luò)是未來”的發(fā)展軌跡。
融合系統(tǒng)的誕生
融合系統(tǒng)是硬盤時代走向尾聲時的產(chǎn)物。
眾所周知，硬盤(驅(qū)動器)的隨機(jī)I/O性能很差，而企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用如Oracle數(shù)據(jù)庫需要很高的IOPS，以VMware為代表的服務(wù)器虛擬化則將原本可能是順序訪問的操作變成了隨機(jī)訪問，服務(wù)器內(nèi)置的少量硬盤根本無法滿足性能需求。
外 置磁盤存儲系統(tǒng)可以將數(shù)百乃至上千個硬盤聚合在一起，輸出較高的I/O性能，并通過SAN(Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng))被多臺服務(wù)器共享。既然服務(wù)器內(nèi)置硬盤的I/O性能幾乎可以忽略不計(jì)，不如專心提高計(jì)算密度和集中管理。所以，2005年前 后，伴隨著VMware虛擬化的興起，刀片式服務(wù)器和存儲行業(yè)都獲得了快速的發(fā)展。
刀片式服務(wù)器集成了高速的網(wǎng)絡(luò)，將不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)(服務(wù)器刀片)連接在一起，這可以說是一種(計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)的)融合。但這顯然不夠，因?yàn)樵谄髽I(yè)應(yīng)用環(huán)境中，刀片式服務(wù)器高度依賴SAN存儲設(shè)備(外置磁盤陣列)。
所 以，一個完整的解決方案通常包括了服務(wù)器、SAN存儲和異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)——SAN主流的FC(Fibre Channel)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器常用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(以太網(wǎng)和InfiniBand)有著很大的不同。刀片式服務(wù)器集成的網(wǎng)絡(luò)模塊或功能強(qiáng)大的交換機(jī)可以減少設(shè) 備的種類，卻仍要面對管理的復(fù)雜性。于是，不僅采購部署的周期長，后期的服務(wù)也經(jīng)常要面對多家供應(yīng)商。
在這種情況下，由單一供應(yīng)商提供包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的預(yù)集成、預(yù)驗(yàn)證的完整解決方案，就形成了融合系統(tǒng)，這方面的典型代表是VCE。
2009 年11月初，思科(Cisco)、EMC和VMware聯(lián)合發(fā)起虛擬計(jì)算環(huán)境(Virtual Computing Environment，首字母分別對應(yīng)三家公司名稱)聯(lián)盟，英特爾(Intel)也有投資。聯(lián)盟于2010年推出用于構(gòu)建私有云的Vblock基礎(chǔ)架構(gòu) 包，由思科的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、EMC的存儲、VMware的vSphere虛擬化套件組成。
面向虛擬化應(yīng)用的融合基礎(chǔ)設(shè)施
2011 年1月，VCE聯(lián)盟演變?yōu)橥墓尽?014年10月，EMC掌握了公司的控制權(quán)，并于2016年初將VCE并入其融合平臺部門(Converged Platform Division)。思科也不想一棵樹上吊死，早就與EMC的競爭對手NetApp合作了FlexPod。
如前面所說，同樣用途的融合系統(tǒng)，Vblock屬于集成系統(tǒng)或集成基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的分類，F(xiàn)lexPod則要劃入認(rèn)證參考系統(tǒng)或認(rèn)證架構(gòu)系統(tǒng)的分類。
融 合系統(tǒng)簡化了用戶的采購、部署、管理、服務(wù)等環(huán)節(jié)，而廠商也多了一種賣存儲產(chǎn)品的方式。除了EMC和NetApp，惠普、IBM、戴爾(Dell)等服務(wù) 器廠商把自家的存儲產(chǎn)品“融合”在一起，HDS這樣相對獨(dú)立的存儲廠商也可以與母公司日立(Hitachi)的服務(wù)器產(chǎn)品相結(jié)合。
融合基礎(chǔ)設(shè)施簡化了系統(tǒng)安裝和業(yè)務(wù)部署的過程，但傳統(tǒng)SAN存儲的擴(kuò)展性和性能問題沒有解決，管理性也沒有得到根本的改進(jìn)
從 技術(shù)角度，融合系統(tǒng)只是服務(wù)器、SAN存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組合，一體化交付，盡可能的“開箱即用”，只要三者搭配得當(dāng)，理論上什么類型的應(yīng)用都可以很好的支 持。不過，在實(shí)際應(yīng)用中，融合系統(tǒng)的一大主戰(zhàn)場是虛擬化應(yīng)用，如服務(wù)器虛擬化和VDI(Virtual Desktop Infrastructure，虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu))。常見的情況是，中小型應(yīng)用環(huán)境采用機(jī)架式服務(wù)器與中低端存儲的組合，大型應(yīng)用環(huán)境則是刀片式服務(wù)器加 高端存儲。
融合系統(tǒng)活躍的另一大應(yīng)用領(lǐng)域在數(shù)據(jù)庫市場，即我們常說的數(shù)據(jù)庫一體機(jī)。
向超融合系統(tǒng)演變
數(shù)據(jù)庫一體機(jī)的典型代表是Oracle Exadata，其問世時間還要早于VCE及Vblock。
2008 年9月下旬，Oracle在其年度大會(OOW)上宣布推出基于惠普x86服務(wù)器硬件的數(shù)據(jù)庫一體機(jī)“HP Oracle Database Machine”，一個完整的機(jī)柜系統(tǒng)包括8個數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)和14個Exadata存儲服務(wù)器(Cell)，全部預(yù)裝Oracle Enterprise Linux，采用InfiniBand互聯(lián)。數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)運(yùn)行Oracle 11gR1和Oracle RAC(Real Application Clusters，真正應(yīng)用集群)。
一 年之后，已經(jīng)完成對Sun收購的Oracle，推出基于Sun x86服務(wù)器硬件的Exadata數(shù)據(jù)庫一體機(jī)(Oracle Exadata Database Machine)，Exadata不再只是存儲服務(wù)器的名字，而是Oracle所謂Engineered Systems(工程系統(tǒng))家族中最早的成員。
不論Vblock還是FlexPod，都提供了預(yù)集成、“開箱即用”的全套解決方案，簡化了部署和后續(xù)管理，幫助用戶更快的構(gòu)建私有云。但是，其各大組成部分只是“粘合”在了一起，而沒有真正的融合：服務(wù)器還是服務(wù)器，存儲還是存儲。
Exadata則不太一樣。
Exadata仍然有專門的存儲節(jié)點(diǎn)，其最初就因基于x86硬件的存儲服務(wù)器而得名。但是，Exadata的存儲服務(wù)器并不是SAN存儲設(shè)備，沒有專用的 存儲網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算和存儲節(jié)點(diǎn)之間統(tǒng)一使用高速的InfiniBand(IB)互聯(lián)。消滅網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)不是主要目的，而是Exadata一開始定位在注重帶寬的 OLAP(On-Line Analytical Processing，聯(lián)機(jī)分析處理)應(yīng)用，帶寬可以隨存儲節(jié)點(diǎn)的加入獲得近乎線性的擴(kuò)展，即橫向擴(kuò)展(Scale-out)——傳統(tǒng)的SAN存儲設(shè)備為 縱向擴(kuò)展(Scale-up)架構(gòu)，帶寬和處理能力受限于存儲系統(tǒng)控制器的上限。
Exadata仍然有相對獨(dú)立的存儲設(shè)備，但是這些被稱為Cell的存儲服務(wù)器采用分布式存儲，組成橫向擴(kuò)展架構(gòu)
為了進(jìn)一步提高效率，減少不必要的數(shù)據(jù)傳輸，Exadata采用Oracle獨(dú)有的Smart Scan技術(shù)，即利用存儲節(jié)點(diǎn)具備的一定計(jì)算能力，將簡單的查詢下發(fā)到存儲節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行，只返回少量結(jié)果數(shù)據(jù)。這很好的體現(xiàn)了“讓計(jì)算靠近存儲，或者讓存儲靠近計(jì)算”的優(yōu)勢。
Exadata可以將簡單的查詢請求從數(shù)據(jù)庫(計(jì)算)節(jié)點(diǎn)上卸載到具備一定計(jì)算能力的存儲服務(wù)器上執(zhí)行，降低不必要的網(wǎng)絡(luò)傳輸，具備了部分超融合系統(tǒng)的特征，軟件和硬件一體化的優(yōu)勢初顯
基 于惠普硬件的第一代Exadata，存儲節(jié)點(diǎn)全部采用硬盤驅(qū)動器，14臺Exadata存儲服務(wù)器最多168個，跟SAN存儲設(shè)備比堆硬盤沒有什么勝算， 所以不具備OLTP(On-Line Transaction Processing，聯(lián)機(jī)事務(wù)處理)能力。第二代Exadata則通過在存儲服務(wù)器中加入PCIe閃存卡(SSD，即固態(tài)盤)解決了這一問題，發(fā)展為兼 具OLAP和OLTP能力的系統(tǒng)。
與 VMware虛擬化一樣，Oracle RAC需要一個所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)共享的統(tǒng)一存儲池，可以是單個(縱向擴(kuò)展)物理存儲設(shè)備，也可以是多個物理節(jié)點(diǎn)集群(橫向擴(kuò)展)構(gòu)成的邏輯存儲池。運(yùn)行 Oracle ASM( Automatic Storage Management，自動存儲管理)軟件的Exadata存儲服務(wù)器屬于后者，我們可以將其視為專門為Oracle數(shù)據(jù)庫應(yīng)用優(yōu)化的軟件定義存儲。
閃存技術(shù)支持下的軟件定義存儲，是走向超融合系統(tǒng)的關(guān)鍵一步。
超融合系統(tǒng)架構(gòu)簡析
IDC對超融合系統(tǒng)的定義是，節(jié)點(diǎn)間沒有明確的計(jì)算和存儲的分工，在同一個服務(wù)器硬件資源(目前主要是x86服務(wù)器)上實(shí)現(xiàn)核心的存儲和計(jì)算功能，封裝為單一的、高度虛擬化的解決方案。
通 過分布式的軟件在多個標(biāo)準(zhǔn)(x86服務(wù)器)硬件節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)存儲設(shè)備所能提供的主要功能，是軟件定義存儲(Software Defined Storage，SDS)的典型特征。為了滿足可用性的要求，超融合系統(tǒng)通常從三個節(jié)點(diǎn)起步，要擴(kuò)充容量和性能，只需在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中加入新的節(jié)點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)自 動擴(kuò)展，直至幾百或上千個節(jié)點(diǎn)，部署速度快，易于管理，規(guī)模上限大。
使 用大量標(biāo)準(zhǔn)的x86服務(wù)器組成集群，沒有(物理的)共享存儲設(shè)備，把分布在每個節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)器本地存儲，用我們今天稱為軟件定義存儲的方式聚合為可共享的 邏輯存儲池，是大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)(Web-scale，或Hyperscale)基礎(chǔ)設(shè)施的典型特征。超融合架構(gòu)符合上述描述，被廣泛認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)影響傳 統(tǒng)IT企業(yè)領(lǐng)域的體現(xiàn)。
可以粗略地認(rèn)為，超融合系統(tǒng)是以SDS替代了傳統(tǒng)融合系統(tǒng)中的SAN，主要成分是構(gòu)筑于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器硬件上的軟件定義存儲加(服務(wù)器)虛擬化。
融合基礎(chǔ)設(shè)施只是實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和管理的“集成”，超融合基礎(chǔ)設(shè)施才是真正的“融合”
之 所以要強(qiáng)調(diào)虛擬化，是因?yàn)楝F(xiàn)有的技術(shù)背景下，每個節(jié)點(diǎn)都要運(yùn)行存儲軟件功能的話，就必然不是裸機(jī)環(huán)境，適合安裝hypervisor，在虛擬機(jī)(VM)中 運(yùn)行應(yīng)用，即計(jì)算與存儲功能(在單一節(jié)點(diǎn)上)的融合。所以，有觀點(diǎn)認(rèn)為，超融合的前綴“Hyper-”特指虛擬化(hypervisor)。不過，隨著容 器技術(shù)的普及，未來每個節(jié)點(diǎn)可以在容器中運(yùn)行應(yīng)用——如微服務(wù)(Microservices)架構(gòu)——盡量避免hypervisor層的開銷。
若此，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將繼續(xù)引領(lǐng)超融合架構(gòu)的發(fā)展。
以當(dāng)前觀之，符合上述定義的超融合系統(tǒng)主要用于取代面向虛擬化應(yīng)用的集成系統(tǒng)或認(rèn)證參考系統(tǒng)(傳統(tǒng)融合系統(tǒng))，數(shù)據(jù)庫一體機(jī)還是盡量讓數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在物理機(jī)上，獲得盡可能高的性能。
不 過，這并不意味著數(shù)據(jù)庫一體機(jī)不能被納入超融合的體系。不僅Oracle已經(jīng)宣稱最新的Exadata能夠很好的支持Oracle VM，更為重要的是，華為FusionCube超融合基礎(chǔ)設(shè)施在2012年華為云計(jì)算大會(HCC)上發(fā)布時，即能同時支持物理機(jī)(數(shù)據(jù)庫)和虛擬化環(huán) 境，詳細(xì)情況將于下篇文章展開分析。
超融合系統(tǒng)像之前的融合系統(tǒng)一樣大幅簡化系統(tǒng)安裝和業(yè)務(wù)部署，并包含預(yù)集成、預(yù)驗(yàn)證和統(tǒng)一服務(wù)
超 融合系統(tǒng)也有類似“集成”和“參考”的分類，與融合系統(tǒng)主要是因產(chǎn)品組合導(dǎo)致的情況不同，這涉及到商業(yè)模式的問題，在初創(chuàng)企業(yè)中比較常見。既然超融合系統(tǒng) 本質(zhì)上是x86服務(wù)器上預(yù)裝存儲、hypervisor和管理等軟件功能，那么，既可以作為打包的一體化解決方案銷售，也可以只銷售軟件給服務(wù)器廠商或集 成商，即解決方案提供商(如EMC)與軟件供應(yīng)商(如VMware)的區(qū)別。
對 處于初創(chuàng)階段的企業(yè)而言，以自己并不足夠強(qiáng)大的品牌銷售，渠道也是個問題;另一條路呢，要匹配多個廠商的硬件(軟件OEM模式)，盡管都是相對標(biāo)準(zhǔn)的 x86服務(wù)器，還是要有大量針對性的優(yōu)化和認(rèn)證工作要做。Nutanix、SimpliVity、Nimboxx都屬于前面的“一體機(jī)”派，Maxta則 是后面“Software only”派的代表，不銷售自己品牌的硬件。
商業(yè)模式顯然比技術(shù)路線更容易調(diào)整。為了更快速的增長，Nutanix在超融合競爭對手越來越多的情況下，先后選擇戴爾和聯(lián)想(Lenovo)作為硬件合作伙伴，兩條路并行，擴(kuò)大覆蓋面，也是資本市場愿意看到的。
正 如上一節(jié)所指出的，分布式存儲只是構(gòu)成超融合系統(tǒng)的必要條件之一，另一個是SSD(Solid State Drive)，它使得計(jì)算節(jié)點(diǎn)只憑內(nèi)置存儲就可以獲得足夠的性能，不再需要通過外置存儲系統(tǒng)堆積大量的硬盤。如果說傳統(tǒng)融合系統(tǒng)是硬盤時代的遺存，超融合 系統(tǒng)則伴隨著閃存存儲的崛起。
x86平臺+SSD+分布式存儲(軟件)+高速網(wǎng)絡(luò)=超融合系統(tǒng)?
