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联想超融合架构:应运而生的新一代数据中心

通信世界网消息(CWW) 在当今“互联网+”的大时代背景下,数据量呈现爆炸式增长,企业对于高弹性的横向扩展能力以及对业务快速响应的需求不断提高。传统的数据中心架构已经远远不能满足当前的需求,主要体现在如下三个方面:

痛点1:架构复杂

早期90 年代中后期数据中心形成的以大型机、小型机、大型数据库、集中式存储加上高可用软件组成的架构,均采用专用的物理服务器为特定的应用程序提供支持,设备种类繁多,运维难度大,而且应用的可靠性严重依赖于硬件提供的RAS特性,导致硬件产品的规格不断提高,硬件采购成本极为高昂。

2003年服务器虚拟化技术出现,数据中心进入另一个阶段——虚拟化数据中心。数据中心的架构逐渐演变为X86 服务器+虚拟化+集中存储,但是集中存储磁盘阵列的扩展性通常采用Scale Up的方式扩展,在生产制造时就已经决定,存储设备之间的数据迁移也非常困难,这就导致了性能孤岛和数据孤岛的出现。其次,各家厂商的存储设备是互不兼容的,各种设备都需要专业的运维人员,大大增加到了运维的复杂性。另一方面,水平扩展的虚拟化对接集中的存储架构,非常依赖于存储的RAS特性,存储设备故障将导致整个虚拟机资源池的停机。

痛点2:计算和存储分离

传统数据中心是计算和存储分离的体系架构,在当今的虚拟化平台中,管理的对象粒度以虚拟机为单位,虚拟机的计算能力由服务器提供,而存储能力由底层存储设备提供,这样便需要分别提供面向虚拟化和面向存储的数据服务。另外这样的架构体系导致存储的配置更加复杂,不仅需要关注虚拟机与Datastore和LUN的配比,还需要注意存储控制器数量对应的I/O需求。

另一方面,传统架构中计算和存储相互孤立,导致虚拟机的数据分布完全取决于存储设备的能力,其数据分散在本地和远端,这样虚拟机进行数据访问时,很多时候均为远程访问,数据访问路径长,延迟相对较大。

痛点3:性能瓶颈

传统数据中心架构中从计算节点到数据存储设备的访问,需要经过网络存储交换机,而当今的存储系统中用固态硬盘变得更加普遍,其特点是无需借助很多的盘阵就可以实现很高的I/O性能,然而,在这种高性能下,存储网络和存储控制器不能处理海量的I/O吞吐能力,成为一个瓶颈。

另一方面,虚拟机的I/O性能完全取决于后端存储的能力,随着物理机上虚拟机数量的增加,所有虚拟机数据均需要通过存储交换机和存储控制器流向后端存储,从而引发数据网络的阻塞,导致虚拟机数据访问的性能降低。

更重要的一点,由于存储的瓶颈导致虚拟机不能获得足够的数据,从而也导致了计算资源也有了闲置。

传统数据中心的虚拟化技术只能在专用的硬件设备上实现资源的虚拟化和管理,并没有彻底实现硬件资源与虚拟化软件之间的解耦,导致其架构复杂、性能瓶颈以及管理运维困难等一系列问题。传统架构已经不能满足企业IT数据中心的高速发展和变化的需求。新一代数据中心的设计目标主要体现在以下方面:

特点1:架构简单

新一代数据中心利用通用并且易于获得的X86服务器实现所有功能,并且采用软件定义的技术,实现软件定义计算、软件定义存储和软件定义网络,使得这三个数据中心的重要基础设施(服务器、网络和存储设备)变得更为灵活、更少的依赖基础物理硬件。

新一代数据中心采用水平扩展的分布式系统,从存储到计算,架构设计始终遵循分布式原理,每个节点功能地位对等,分布式处理一切,避免单点瓶颈,可根据业务需求来实现自由的水平扩展。

特点2:计算与存储的融合

新一代数据中心实现计算和存储的融合,使得数据访问本地化,减少访问延迟。其次还应当根据不同应用场景提供相应的服务,比如数据的迁移、克隆等。

特点3:高效

新一代数据中心首先需要能够随着支撑各种业务场景,随着业务规模的不断扩大,节点数不断增加,需要保证延迟不变,并且性能和并发数可以线性的增长。其次,需要保证数据的安全可靠和高效的利用率;最后,软件可通过自身的能力实现自我检测和修复,使系统更加方便和快捷,从而提高运维的效率。

联想超融合技术架构应运而生,联想超融合架构是基于通用x86服务器,将计算、存储全面整合,提供计算虚拟化和软件定义存储的基础设施架构。

从计算角度来看,一方面联想超融合技术基于通用的x86服务器,另一方面采用标准的虚拟化平台,包括VMware及KVM。

从存储角度来看,有如下几个特点

分层的持久存储

所有物理服务器上的硬盘组成一个存储资源池,包括所有的SSD和HDD硬盘。其中所有机械硬盘组成存储容量层,SSD闪存盘组成存储性能层,两者一起构建了分层持久存储(TPC:Tiered Persistence Store)

虚拟存储控制器

采用标准的计算虚拟化技术将传统的存储控制器替换为虚拟存储控制器(VSC:virtual storage controller),提供数据读取、I/O引擎、集群管理和缓存等功能

水平扩展的分布式系统

在每个服务器上都具有相同的VSC,这样便将传统垂直扩展的存储设备转换为水平扩展的分布式系统,当随着用户业务的增长,更加利于扩展规模。

联想超融合架构:应运而生的新一代数据中心

联想超融合技术架构

超融合技术中最重要的就是计算和存储的融合。联想的超融合技术一方面提供本地的数据访问,另一方面提供各种面向应用的数据服务,包括快照、克隆、压缩和数据迁移等功能。

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