超融合架构特性及收益的优势分析

超融合与传统架构特性及收益详细对比
新IT浪潮已经到来，超融合便是诸多风口之一，在近年来成为了IT业界备受关注的话题。

当下超融合架构已成为许多厂商发力的主要方向，市场竞争日益激烈。

虽然超融合的概念已经被热炒了至少两年，但市场上依旧存在着不少模糊的定义与理解，超融合与传统IT架构在性能和收益方面究竟有哪些差别？此文将详细盘点超融合与传统IT架构的差异，并通过厂商实例来进行深入对比分析。

一．超融合的核心特征是什么？
Nutanix是最早推广超融合（HCI ：Hyper Converge Infrastructure）概念的厂商。

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。

这很大程度上推进了分布式存储的市场落地。

所以分布式存储是超融合1.0的核心，但市场上很多厂商在弱化最具挑战及技术难度的存储部分，单纯去调“融合”，把一些无关痛痒的内容集成起来，而这并非真正的“超融合”。

真正撬动传统IT市场的超融合1.0的特征是两点：
一是，基于X86服务器架构的分布式存储；
二是，分布式存储和计算虚拟化部署在同一服务器硬件内。

下面在对比中会看到，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吗？
任何称之为革命性的架构一般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。

即便目前Nutanix自己也在开发和推出服务器虚拟化产品，但最初的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）是一定需要替换的。

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
这是互联网公司用了多年的技术，分布式存储可以很好地基于X86服务器构建易扩展、高可靠的存储资源池，是超融合的基础。

2.SSD
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，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？
答案是否定的。

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和SmartX。

国内很多厂商用Ceph来包装超融合产品，以上三点都没有满足。

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？
这里挑选了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。

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？
超融合在性能方面的架构优势也非常明显，代价是消耗计算资源，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，可以对比使用成本。

这里不包括人员维护成本，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。