Nutanix超融合架構(gòu)方案

Nutanix超融合架構(gòu)解決方案目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 內(nèi)容簡介 3\o"CurrentDocument"二、 引言 3\o"CurrentDocument"2.1當前架構(gòu)的局限性 3\o"CurrentDocument"2.2谷歌方法 3\o"CurrentDocument"三、 Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu) 4\o"CurrentDocument"3.1主要支柱 4\o"CurrentDocument"3.1.1分布式計算 .43.1.2虛擬化 4\o"CurrentDocument"3.1.3固態(tài)硬盤 4\o"CurrentDocument"3.2架構(gòu)綜述 5\o"CurrentDocument"3.3橫向擴展型融合存儲（SOCS） 5\o"CurrentDocument"3.3.1SOCS通過下列組件發(fā)揮作用： 6四、 主要功能特點 .7\o"CurrentDocument"4.1容量優(yōu)化 7\o"CurrentDocument"QuickClone 7\o"CurrentDocument"4.1.2精簡配置 .7\o"CurrentDocument"4.1.3融合備份 7\o"CurrentDocument"4.2易于管理 8\o"CurrentDocument"4.2.1易于部署 8\o"CurrentDocument"4.2.2下一代用戶界面 8\o"CurrentDocument"4.2.3橫向擴展型融合存儲（SOCS） 8\o"CurrentDocument"4.2.4符合IT標準 8\o"CurrentDocument"4.3性能和可擴展性 8\o"CurrentDocument"4.3.1固態(tài)硬盤 8\o"CurrentDocument"4.3.2熱度優(yōu)化分層（HOT） .9\o"CurrentDocument"4.3.3可擴展性 9\o"CurrentDocument"4.4高可用性 9\o"CurrentDocument"集群RAID 9\o"CurrentDocument"4.4.2分布式元數(shù)據(jù)服務(wù)（Medusa） 9\o"CurrentDocument"4.4.3InstantvDiskMotion 9\o"CurrentDocument"4.5備份與恢復 10\o"CurrentDocument"4.6災難恢復 10\o"CurrentDocument"五、 結(jié)論 10一、內(nèi)容簡介存儲是當前虛擬化數(shù)據(jù)中心的最大挑戰(zhàn)。十五年以前針對物理服務(wù)器設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)對于虛擬機來說過于昂貴和復雜。但在沒有企業(yè)級的替代方案時，各組織機構(gòu)被迫采用各種傳統(tǒng)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(tài)變化、數(shù)量迅速增加、數(shù)量迅速增加、并不斷要求全新的性能和容量水平。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)是一種可橫向擴展的計算和存儲基礎(chǔ)設(shè)施，它使組織機構(gòu)無需網(wǎng)絡(luò)存儲（SAN或NAS）便能夠?qū)⒆约旱臄?shù)據(jù)中心虛擬化。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)專門針對虛擬機而設(shè)計，可提供全面的計算和存儲功能，以及企業(yè)級的性能、可擴展性、可用性和數(shù)據(jù)管理功能。它采用符合行業(yè)標準的硬件組件、固態(tài)硬盤，以及市場領(lǐng)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。二、引言2.1當前架構(gòu)的局限性組織機構(gòu)采用傳統(tǒng)的“服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)與存儲相連（servers-connected-to-storage-over-a-networD”的架構(gòu)來創(chuàng)建自己的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施，但這種架構(gòu)無法滿足不斷變化的虛擬化需求。除了性能較低之外，網(wǎng)絡(luò)存儲還是虛擬化環(huán)境中成本和復雜性的最大源頭。物理服務(wù)器用于相對不變的工作負載，在這種情況下，基于網(wǎng)絡(luò)存儲的架構(gòu)非常有用。然而，虛擬化以及現(xiàn)在的云計算使得數(shù)據(jù)中心處于不斷變化之中；虛擬機迅猛增加，在不同的服國器之間來回遷移，并且非常依賴于共享資源。正因為如此，管理虛擬機及其基本的物理基礎(chǔ)設(shè)施變得極度復雜。由于創(chuàng)建新虛擬機非常簡便，因此數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量增長很快。在企業(yè)中，桌面擬化等新項目進一步促進了這種發(fā)展趨勢。服務(wù)提供商必須提供更大量的虛擬機，國為他們創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心的目標客戶無法承擔虛擬化所需的成本和管理開銷。對于通過多條網(wǎng)絡(luò)將計算和存儲連接起來的傳統(tǒng)架構(gòu)來說，不斷增架的擬機造成了巨大的成本、性能和管理壓力。固態(tài)硬盤（SSD）的興起進一步擴大了計算層和存儲層之間的鴻溝。SSD的速度是傳統(tǒng)機械硬盤的100-1000倍，它們的使用將使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)瓶頸和復雜性更加惡化一一如果虛擬機需要通過網(wǎng)絡(luò)才能訪問它們的話。許多SAN/NAS廠商將SSD添加到自己的解決方案中，一方面他們可以收取較高的硬盤溢價，另一方面客戶需要加大網(wǎng)絡(luò)帶寬的投入才能夠訪問已經(jīng)非常昂貴的存儲層。2.2谷歌方法谷歌以及亞馬遜、雅虎、微軟（Azure）等領(lǐng)先的云一代企業(yè)意識到，基于網(wǎng)絡(luò)存儲的方法不適合自己的數(shù)據(jù)中心。于是，他們創(chuàng)建了各種軟件技術(shù)（如谷歌文件系統(tǒng)），將大量的商業(yè)服務(wù)器和本地存儲融合于單一集群。通過這種方法，谷歌將商業(yè)服務(wù)器和本地存儲器作為構(gòu)件，創(chuàng)建起了自己的計算和存儲融合型基礎(chǔ)設(shè)施。谷歌文件系統(tǒng)運行于集群服務(wù)器上，并提供單一的本地存儲庫，集群中任意服務(wù)器上的應(yīng)用程序均可對其進行無縫訪問。它能夠

應(yīng)對硬盤甚至所有服務(wù)器的故障，從而實現(xiàn)應(yīng)用程序的高可用性。谷歌文件系統(tǒng)使得谷歌創(chuàng)建的數(shù)據(jù)中心具備可大規(guī)模擴展和計算和存儲能力，同時沒有與網(wǎng)絡(luò)存儲相關(guān)的高成本和性能局限問題。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)采用類似的橫向擴展方法，創(chuàng)建了一種企業(yè)級的計算和存儲基礎(chǔ)設(shè)施，它專門針對虛擬機而設(shè)計。三、Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)3?1主要支柱Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)利用系統(tǒng)架構(gòu)、硬件和軟件技術(shù)的最新發(fā)展建立起一個系統(tǒng)，以解決虛擬機和存儲問題。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)有三大核心支柱：3.1.1分布式計算Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)類似于谷歌架構(gòu)，也是無需網(wǎng)絡(luò)存儲和橫向擴展型計算和存儲基礎(chǔ)設(shè)施。同時，Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)借鑒了谷歌架構(gòu)，并可提供一種企業(yè)級的解決方案。谷歌文件系統(tǒng)是定制的解決方案，適用于谷歌內(nèi)部的各種應(yīng)用（搜索、Gmail等），而Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)提供通用的解決方案，適用于各種虛擬化的環(huán)境。除了橫向擴展能力之外，它還具備與各種先進的網(wǎng)絡(luò)存儲解決方案豐同甚至更好的企業(yè)級數(shù)據(jù)管理功能，包括高可用性、備份、快照、災難恢復等。3.1.2:擬化3.1.2:擬化Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)專門針對虛擬機而設(shè)計，因此它支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)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超融合基礎(chǔ)架構(gòu)為虛擬機感知型，所以它能夠克服配合物理服務(wù)器使用的傳統(tǒng)解決方案的各種局限。例如，在計算側(cè)按單個虛擬機開展管理時，存儲管理單元傳統(tǒng)上為LUN。當LUN由許多虛擬機共享時，按單個虛擬機執(zhí)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(huán)境中，識別瓶頸問題也非常困難，因為計算屋和存儲層之間存在斷層。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)克服了這些局限。3.1.3固態(tài)硬盤Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)可充分利用企業(yè)級的固態(tài)硬盤（SSD）。值得注意的是，傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)專門針對旋轉(zhuǎn)介質(zhì)而設(shè)計，所以很難有效利用SSD，因為SSD的訪問模式是截然不同。機械硬盤有旋轉(zhuǎn)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(yōu)化，以實理最佳的性能。我們不能簡單拿來專門針對機械硬盤系統(tǒng)編寫的軟件，然后希望它能夠有效運用于固態(tài)硬盤。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)利用SSD存儲各種各樣的常用數(shù)據(jù)一一從虛擬機元數(shù)據(jù)到主數(shù)據(jù)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(xiàn)快速檢索。為了將SSD的性能優(yōu)勢最大化，Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)：保留SSD用于I/O密集型功能采用各種節(jié)省空間的技術(shù)，使得較小的物理空間能夠存儲大量的邏輯數(shù)據(jù)自動將“冷”數(shù)據(jù)或非常用數(shù)據(jù)遷移至機械硬盤，低優(yōu)先級的虛擬機避開SSD3.2架構(gòu)綜述Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)是一個由高性能的節(jié)點或服務(wù)器組成的橫向擴展型集群，每臺設(shè)備運行一個標準的管理程序；集群還含有處理器、內(nèi)存和本地存儲器，包括SSD和機械硬盤。每個節(jié)點都運行虛擬機，如同標準的虛擬主機一樣。此外，所有節(jié)點的本地存儲器均通過Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)橫向擴展型融合存儲（SOCS）架構(gòu)進行虛擬化，成為一個統(tǒng)一的存儲庫（圖1）。實際上，SOCS的作用就像一個先進的數(shù)據(jù)管理功能。它將數(shù)據(jù)存儲于本地系統(tǒng)上，因此數(shù)據(jù)更接近虛擬機，從而降低了成本半提高了性能。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)能夠從幾個節(jié)點水平擴展到大量的節(jié)點，因此組織機構(gòu)可根據(jù)自身需要擴展其基礎(chǔ)設(shè)施。皆演何擴?慰型融合有儲rSOCS.J槊構(gòu)通過Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)，高可用性和實時虛擬機遷移等虛擬化功能便可無縫發(fā)揮作用。管理員通過標準程序在Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)上創(chuàng)建虛擬機，而Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)SOCS通過虛擬硬盤或vDisk為虛擬機提供存儲，這些硬盤均為標準的iSCSI設(shè)備。3.3橫向擴展型融合存儲（SOCS）Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)的關(guān)鍵是SOCS，它是一種橫向擴展型融合存儲層，具備下列獨特的功能特點：它與計算層融合在一起。虛擬機和SOCS共存于同一集群。?它為虛擬機感知型oSOCS針對單個虛擬機提供存儲，并能夠識別每臺虛擬機的I/O。>它能夠從幾個節(jié)點擴展到大量的節(jié)點。它全面整合固態(tài)硬盤。>它提供高可用性，不存在硬盤或節(jié)點故障。它通過本地I/O訪問提高性能。充分利用固態(tài)硬盤的性能優(yōu)勢，并采用了一系列的性能優(yōu)化方法。>它提供獨特的容量優(yōu)化功能。3.3.1SOCS通過下列組件發(fā)揮作用:N向控制器集群傳統(tǒng)的SAN解決方案一般擁有1、2、4或8個控制器，而N節(jié)點的Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)擁有N個按制器（圖2）。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)中的每個節(jié)點運行一臺特定的虛擬機，稱為控制器虛擬機。該虛擬機用作SOCS的虛擬控制器。集群中的所有控制器虛機彼此通信，形成單一的分布式系統(tǒng)。與限制于少量固定控制器的傳統(tǒng)SAN/NAS解決方案不同，這種架構(gòu)可隨著節(jié)點的增加而不斷擴展。圖2：演向擴展型擰制躇虛擬機槊構(gòu)熱度優(yōu)化分層緩存（HOTcache）HOTcache是一種高性能的緩存，受到集群中每個節(jié)點的SSD支持。當訪客虛擬機寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)先寫入HOTcache,然后在后臺清空至SOCS。HOTcache采用一種順序數(shù)據(jù)布局，即使虛擬機工作負載混合成為隨機工作負載，也能夠?qū)崿F(xiàn)較高的性能。HOTcache在本地SSD上保留一個數(shù)據(jù)副本，并在一個不同的節(jié)點上保留另外一個數(shù)據(jù)副本，這樣，即使節(jié)點發(fā)生故障，數(shù)據(jù)也不會丟失。分布式元數(shù)據(jù)服務(wù)（Medusa）在傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)中，隨著存儲的增加，控制器通常會成為瓶頸。造成這個問題的主要原因之一在于：存儲元數(shù)據(jù)存儲在控制器上。傳統(tǒng)系統(tǒng)可擴展至少量的控制器，因此當虛擬機數(shù)據(jù)量增加時，每個控制器的I/O負載也會隨之增加。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)的分布式元數(shù)據(jù)服務(wù)，即Medusa，可將集群元數(shù)據(jù)在整個集群上進行分布，從而實現(xiàn)可擴展性；同時還可將據(jù)復制到多個節(jié)點上，以實現(xiàn)容錯功能。該服務(wù)高度可用，并能夠容忍多個模塊故障。相對而言，傳統(tǒng)解決方案依賴于少數(shù)存儲控制器，無法容忍多個控制器故障。分布式數(shù)據(jù)維護服務(wù)（Curator）Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)的分布式數(shù)據(jù)維護服務(wù)（Curator）是一個基于MapReduce的框架，用于以大規(guī)模平行方式執(zhí)行后臺數(shù)據(jù)管理操作。這些操作包括：將冷門數(shù)據(jù)遷移至較低的分層（實現(xiàn)熱度優(yōu)化分層）收集已刪除的垃圾數(shù)據(jù)>通過程序校驗實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性?節(jié)點或硬盤發(fā)生故障時復制數(shù)據(jù)＞添加或移除節(jié)點時對數(shù)據(jù)進行現(xiàn)平衡＞當虛擬機從一個節(jié)點移動到另一個節(jié)點時，對數(shù)據(jù)進行遷移以便將本地訪問最大化FlashStoreFlashStore是一個永久性的、基于閃存的存儲器，由集群中所有節(jié)點的SSD聯(lián)合提供。數(shù)據(jù)首先寫入FlashStore，然后在成為冷門數(shù)據(jù)后遷移至DiskStore。當冷門數(shù)據(jù)重新成為熱點數(shù)據(jù)后，將被重新提取至FlshStore。對于用于低優(yōu)先級虛擬機的vDisk，管理員可選擇跳過FlashStore。DiskStoreDiskStore是跨越整個集群的大容量SATA存儲層，針對冷門數(shù)據(jù)提供較大的存儲容量。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)的HOT技術(shù)將FlashStore整合一起，能夠以較低的成本實現(xiàn)較高的性能和較大的容量。主要功能特點Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)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(shù)據(jù)管理功能。以下是主要特點描述：4?1容量優(yōu)化4.1.1QuickCloneNutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)使管理員能夠通過 QuickClone功能迅速署新的虛擬機。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(shù)據(jù)，甚至可進一步快照，因此非常適用于部署新的虛擬桌面，創(chuàng)建生新數(shù)據(jù)庫的測試和開發(fā)拷貝，并適用于無須復制數(shù)據(jù)便可進行克隆的其它任意場景。該系統(tǒng)還支持用于備份目的只讀快照。4.1.2精簡配置系統(tǒng)中，虛擬機存儲的配置非常精簡。管理員可以設(shè)置vDisk的容量，但物理存儲器只要必要時才進行分配。管理員還可以設(shè)置最小的保留參數(shù)，以保證vDisk的特定存儲量。4.1.3融合備份Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)的融合備份功能可針對vDisk提供即時備份和恢復能力。設(shè)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(shè)備還支持通過標準的第三方工具進行異地備份。4.2易于管理4.2.1易于部署Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)是一種即插即用的解決方案，其中含有運行大量虛擬服務(wù)器或虛擬桌面所需要的全部硬件和軟件。管理員能夠在幾分鐘時間內(nèi)將其設(shè)置完成，并開始創(chuàng)建虛擬機。4.2.2下一代用戶界面Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)是一件非常直觀的、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(tǒng)中的物理資源，使管理員能夠輕松解決與虛擬機有關(guān)的問題。Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)一一Cluster還可以提供用于管理的命令行界面。4.2.3橫向擴展型融合存儲(SOCS)SOCS無須管理復雜的網(wǎng)絡(luò)存儲基礎(chǔ)設(shè)施，可輕松管理任意規(guī)模的虛擬環(huán)境。4.2.4符合IT標準Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠繼續(xù)支技IT部門已經(jīng)采用的標準工具和界面。例如，各節(jié)點運行符合行業(yè)標準的管理程序(VMwareESXi)，而配合該管教理程序使用的所有IT程序和軟件工具便可繼續(xù)配合Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)使用。同樣，vDisk為標準的iSCSI設(shè)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(chǔ)架構(gòu)能夠無縫融入現(xiàn)有的IT生態(tài)系統(tǒng)。4.3性能和可擴展性4.3.1固態(tài)硬盤Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)在設(shè)計時已經(jīng)考慮了SSD。與傳統(tǒng)的基于SAN的SSD相比，Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)中基于服務(wù)器的SSD避免了網(wǎng)絡(luò)瓶頸，因而性能更高。傳統(tǒng)系統(tǒng)通常受限于保存在控制器緩存順的元數(shù)據(jù)量。而在Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)中，SSD不僅用于虛擬機數(shù)據(jù)，而且用于存儲SOCS元數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)快速訪問。將豐富的元數(shù)據(jù)保存在SSD上，便得SOCS能夠提供先進的數(shù)據(jù)管理功能。若給定橫向擴展型架構(gòu)，則系統(tǒng)的SSD容量將隨集群中節(jié)點的增加而提高。4.3.2熱度優(yōu)化分層（HOT）Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)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(shù)據(jù)才停留于SSD上,SOCS通過HOT功能將冷門數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至后臺的大容量SATA硬盤上。4.3.3可擴展性Nutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)可從少數(shù)節(jié)點擴展至大量節(jié)點。在設(shè)計的時候，系統(tǒng)各個方面均已考慮如今虛擬化數(shù)據(jù)中心的可擴展性要求。例如，系統(tǒng)沒有集中化的元數(shù)據(jù)控制中心。元數(shù)據(jù)層本身分布于整個集群，因此不存在大多數(shù)橫向擴展型系統(tǒng)常見的瓶勁問題。此外，每個模塊均運行SOCS控制器，系統(tǒng)順“控制器”的數(shù)量遠高于一般基于網(wǎng)絡(luò)的存儲解決方案，后者的控制器數(shù)量較少。這樣的設(shè)計創(chuàng)新使得系統(tǒng)能夠從小規(guī)模入手，然后進行大規(guī)模擴展。4?4高可用性4.4.1集群RAIDNutanix超融合基礎(chǔ)架構(gòu)是一個高度可用的橫向擴展型系統(tǒng)，不存在單點