超融合基础架构与X86融合架构的区别和优势解析

1、“融合”架构的起源
“融合”架构最初的解决方案通常包括了服务器、SAN存储和网络（以太网或InfiniBand）。一般是由单一供应商提供的包括服务器、存储和网络在内的预集成、预验证的完整解决方案，这是最早的“融合”架构。其实这和传统的系统集成解决方案差不多。以前做解决方案，客户需要面对多家供应商，现在已转变为由单一供应商提供独立打包的、经过优化的产品和服务。
这种“融合”架构简化了系统安装和业务部署的过程，但传统SAN存储的扩展性和性能问题没有解决，管理性也没有得到根本的改进。
从技术角度，这种“融合”架构只是一种设备的集成，一体化交付，尽可能的“开箱即用”，可以简化系统部署和后续管理，帮助用户更快的构建洗头。但是，这种架构没有真正的实现融合，服务器还是服务器，存储还是存储。
为了解决传统SAN存储的性能和扩展性问题，一些厂商开始考虑采用X86服务器作为存储资源节点。以ORACLE的数据库一体机Exadata为例，它设有专门的存储节点，是基于X86服务器组合而成，采用横向扩展架构，利用存储节点具备的一定计算能力，将简单的查询下发到存储节点上执行，只返回少量结果数据，这样可以有效的提升存储系统效率，带宽可以随着存储节点的加入获得近乎线性的扩展。在存储网络上也没有采用SAN架构，而是在计算和存储节点之间统一使用高速的InfiniBand（IB）互联，消灭网络异构，提高数据库访问性能。这种架构是比较早的软件定义存储的模式。
随着互联网的发展，互联网公司的访问压力越来越大，为了解决这个问题，需要一种低成本，高性能而又具有灵活性的分布式处理架构。
大家都知道X86服务器成本很低，但是硬盘本身的随机I/O性能很差，而互联网公司的关键业务又需要很高的IOPS。外置SAN存储虽然可以将多个硬盘聚合在一起，输出较高的带宽和IOPS，解决一部分性能问题，但是投入的成本太高。
在这种情况环境下，采用软件定义的分布式存储解决方案满足了互联网公司的需求。既可以通过规模化部署解决性能问题，又可以降低整体成本，虚拟化的方案又极具灵活性。通过部署大量的X86服务器存储节点和计算节点，组建存储资源池和计算资源池，一种以虚拟化软件+分布式存储软件+X86服务器硬件组成的“融合”架构逐渐流行起来。

2、两种“融合”架构的基本概念
“融合”是指将两个或多个组件组合到一个单元中，组件可以是硬件或软件。
在传统的X86融合架构概念中，融合架构就是X86物理服务器+存储设备+虚拟化软件，其实可以理解为是一种系统集成。即使是ORACLE的数据库一体机，也可以看做是在一个机柜内的物理设备的系统集成。融合系统的扩展可以只扩充计算或存储节点，二者没有直接的相互依赖关系。
在超融合的概念中，“融合”是指在同一个X86服务器的硬件资源上实现存储和计算功能，封装为单一的、高度虚拟化的解决方案。与融合系统一样采用分布式架构，但是各个节点间没有明确的计算和存储的分工。要扩充容量和性能，只需在现有网络中加入新的节点即可实现自动扩展，直至几百或上千个节点，部署速度快，易于管理，规模上限大。

3、两种“融合”架构之间的相同点
从架构上分析，两种“融合”架构都是使用大量标准的x86服务器组成集群，没有SAN或NAS等共享存储设备，主要使用分布在每个节点上的服务器的本地硬件做为存储设备，以软件定义存储（SDS）的方式组建共享存储池。最初起源于大规模互联网基础设施，目前被广泛应用于传统IT企业领域。
我们可以大致概括一下，两种“融合”架构都是以SDS替代了传统融合系统中的SAN，然后再加上计算资源虚拟化而组成。

4、两种“融合”架构之间的不同点

4.1、从物理部署上分析

一般说来，融合系统通常是Rack（机柜）级的，而超融合系统通常是Box（机箱）级的。

融合架构的计算资源一般都使用刀片服务器，网络交换机和外置存储（SAN或基于IB网络的分布式存储），需要将这么多设备集成在一起必须使用机柜，否则无法融合到一起。
超融合架构是在同一套设备中部署计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术。在下图中，以2U架构为例，在其四周部署了四个计算节点，节点包括了存储、计算和网络。当然，它们是相互独立的，与刀片服务器不同。

超融合构架和之前的融合架构在物理架构上有很大的不同，在融合架构中，只是将三个或者四个物理设备组合在一起，每个物理设备本身仍然相对独立，而在超融合环境中，所有的构成部分都是无缝衔接在一起的，看不到任何缝隙的。

4.2、从逻辑部署上分析

在融合架构中，计算和存储仍然可以是两个独立的组件，没有直接的相互依赖关系。比如，经典的OpenStack+Ceph方案，由虚拟机和多个节点分布式存储资源池相结合组成一个融合系统，共享X86设备物理资源。
而超融合架构以虚拟化计算为中心，计算和存储紧密相关，存储由虚拟机而非物理机CVM(Controller VM)来控制，并将分散的存储资源形成统一的存储池，而后再提供给Hypervisor用于创建应用虚拟机。
在超融合架构的每个节点之上都配备了CVM，它的作用就是取代磁盘阵列的磁盘控制器，所有的节点上都会有这样一个虚拟机，后端会通过分布式文件系统实现统一的整合，把所有节点的硬件资源整合成，形成大而单一的存储池。
如下图所示：

在传统的融合架构中可以看到，不管是集中式还是分布式，CVM都是在原物理设备上，而不是在虚拟机上。

5、超融合基础架构的优势

超融合基础架构实现了计算、存储、网络等资源的统一管理和调度，具有更弹性的横向扩展能力，可以为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和数据保护。使用计算存储超融合的一体化平台，替代了传统的服务器加集中式存储的架构，使得整个架构更清晰简单，极大简化了复杂IT系统的设计。相对与传统的IT架构，超融合架构具有天然的优势。
下面我们来对比一下两种架构的扩展方式：

数据中心“融合架构”的扩展方式

数据中心“超融合架构”的扩展方式
超融合数据中心，只要满足软件定义的标准即可投入到使用中，而传统架构下的数据中心则是依据各个设备区块资源的应用状态去逐一升级设备，即通过单点的形式去购买设备，他们之间始终未能达到一个平衡点。
超融合架构在扩展性上更能体现出优势，灵活而高效，具有以下优势：
（1）按需采购：无需一次性大规模采购，可以按需购买，随着业务的增长而添加资源，扩展节点数是无限的。
（2）快速交付：从上机架开始几十分钟内即可交付使用，部署快速；
（3）简化管理：单一界面，统一管理计算、存储、虚拟化等资源，运维管理简单化；
（4）弹性扩展：分布式架构，线性扩展，无单点故障；
（5）单一支持：单一厂商保障所有软硬件，包括计算、存储和虚拟化的支持；
总之，从两个数据中心的发展对比来说，传统架构的数据中心是以业务为单位去采购IT设备，超融合是以业务的性能为单位，去采购超融合基础架构的设备。
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2017-03-16 刘东（东软集团）