經過長時間的醞釀後,NetApp終於正式投入了超融合應用市場,NetApp的超融合產品就叫做HCI,也就是超融合基礎架構(Hyper Converged Infrastructure)的縮寫。

雖然NetApp投入超融合產品領域的時間相當晚,但HCI這款產品頗具特色,在市場上別樹一幟,採用運算與儲存節點分離的架構,從而帶來更靈活的擴充能力,並一律採用全快閃組態,以保證I/O效能。

超融合系統的兩大關鍵元件,是提供運算服務的Hypervisor虛擬化軟體,與提供儲存服務的儲存叢集軟體,NetApp HCI目前支援的虛擬化平臺,是VMware ESXi,至於搭配的儲存叢集系統,則選擇NetApp自家的平臺,也就是SolidFire Element儲存作業系統。

NetApp HCI的基本單元,是2U/4節點的伺服器機箱,其內包含了運算與儲存2種節點。其中的運算節點,是運行VMware ESXi的1U/半寬伺服器,有小、中、大等3種處理器與記憶體規格的款式可選;而儲存節點,則是配置了6臺SSD、運行SolidFire Element OS儲存軟體的1U/半寬伺服器,同樣有小、中、大等選項,提供3種不同SSD容量與效能的款式。

獨具一格的超融合架構

所謂的「超融合基礎架構」,是「超融合」與「基礎架構」兩個單詞結合而成的IT名詞。

其中「基礎架構(Infrastructure)」指的是為IT環境提供運算、儲存、網路連接等基礎設施服務。至於「超融合」一詞,則是在「融合式基礎架構」(Converged Infrastructure)一詞冠上Hyper而成,意味著比融合式架構更進一步的「融合」。

而所謂的融合式架構,是指這樣的一類產品:將包括伺服器、網路、儲存等硬體單元,搭配VMware之類的虛擬化軟體平臺,整合成為一個預先完成組裝、測試與調校的整包式套件出售。至於超融合架構的「超」之所在,則是進一步,將伺服器運算單元與儲存單元融合一個機箱中,也就是「Infrastructure in a box」的概念。

超融合系統的標準型態,是包含了運算與儲存資源的標準化節點機箱,擴充時,則是透過堆疊更多這種標準化節點機箱來組成叢集,從而得到更大的運算能力與儲存空間,並獲取企業應用所需的高可用性與擴充性,這也賦予了超融合系統下列兩個特性:

● 運算與儲存合一的硬體:超融合系統的運算與儲存單元在實體上是合一的,是由同一臺伺服器硬體來提供。

● 對稱的擴充能力:超融合系統在擴充時,運算與儲存資源的配置與擴充是對稱的。每增加一臺節點,就相對應地增加一定比例的運算能力與儲存空間。

透過「運算—儲存合一」,以及「對稱的擴充能力」這2個特性,也讓超融合系統的擴充變得十分簡單,當資源不夠時,堆疊更多節點即可。超融合系統的兩大龍頭——Nutanix,以及眾多基於VMware vSAN架構的超融合產品,都是屬於這種標準型態的超融合系統。

然而,NetApp HCI將運算與儲存服務分別由不同節點來承擔,這樣的架構能不能算是「超融合系統」?在產品分類有所爭議,嚴格來說,NetApp HCI的架構,更接近一種介於融合式與超融合式之間的產品。儘管如此,藉由這種非標準的架構,也賦予NetApp HCI幾個獨有的優勢:

更靈活的擴充能力

標準的超融合系統,必須一次擴充一整臺伺服器,也就是包含了運算能力與儲存空間的節點。然而,用戶有時候只是需要額外儲存空間,有時候則只需要額外運算能力,但要擴充硬體使用規模時,仍被迫購入他們不需要的資源。

一般超融合系統供應商,大多是提供幾種不同用途與性能取向的節點款式,來設法提高擴充搭配的彈性,有些節點款式著重於提供大儲存容量,另ㄧ些款式則著重提供高I/O效能或高運算效能等,但即使如此,仍沒有擺脫「運算與儲存合一」以及「對稱性擴充」這兩個基本特性的制約。

而NetApp HCI由於分離了運算與儲存節點,因而,更能夠適應用戶需要,單獨擴充運算能力或儲存容量,也徹底解決過去超融合系統的擴充靈活性問題。

更精細的效能管理

對於標準的超融合伺服器來說,每一臺節點,不僅必須執行Hypervisor平臺軟體,提供底層儲存服務的儲存叢集系統,也以VM形式嵌在Hypervisor上運行,而這種架構雖然同時結合了運算與儲存服務,但也造成兩種服務互搶資源的副作用——儲存服務需占用可觀的硬體資源,特別是一旦啟用了重複資料刪除、即時壓縮等進階儲存功能,將會十分耗費處理器資源,以致影響到超融合伺服器實際可供VM使用的資源。

對此,一些廠商提出的解決辦法,是運用專屬加速卡,來卸載超融合伺服器的處理器負擔,例如去年併入HPE的SimpliVity,便為其超融合系統引進專屬的OmniStack 加速卡,用於承擔壓縮與重複資料刪除運算,以求減輕超融合伺服器處理器負載,獲得更確定的效能。

但NetApp HCI的解決辦法則更徹底,由於分離了運算與儲存節點,儲存服務已由獨立的儲存節點負責,自然也不會影響運算節點的負載。

且NetApp HCI的儲存節點,還能藉由SolidFire Element系統,提供確定規格的I/O效能(每節點5萬或10萬IOPS),便於管理者精確掌握資源運用,因為,搭配SolidFire Element系統擅長的QoS控管,可提供十分精細的VM效能管理。

便於提供通用儲存服務

多數超融合系統嵌在底層的儲存叢集,都僅為超融合系統上層Hypervisor內VM使用,儲存空間不能分享給超融合平臺以外的主機。若用戶環境含有非超融合系統的主機,就必須另外建置其他的儲存系統。也就是說,儲存空間是超融合系統自身專用,不能與其他平臺共享通用,直到近兩年,才開始有部份超融合系統提供通用存取功能。

而NetApp HCI一開始便具備了通用存取能力,與運算節點分離的儲存節點,實質上就等同於一套SolidFire全快閃儲存叢集系統,可透過iSCSI協定將儲存空間掛載給任何主機使用。

除了由儲存節點利用iSCSI提供區塊類型的通用儲存服務外,NetApp HCI只要在Hypervisor中,部署NetApp的ONTAP Select軟體,就能提供NAS類型的檔案存取服務,也就是,將儲存節點的空間,以NAS形式分享給其他主機使用。

較高的起始門檻

底層提供儲存服務的儲存叢集系統,可說是超融合產品最關鍵的元件,NetApp選擇自身SolidFire Element儲存作業系統,來為HCI建構底層儲存儲存叢集空間,雖然這有利於NetApp完全掌控HCI這款產品的發展,不像採用第三方儲存叢集軟體的超融合產品,有受制於人的疑慮(例如眾多基於VMware vSAN的超融合產品,以及採用Nutanix軟體平臺的聯想與Dell超融合產品),但也為此付出了起始門檻較高的代價。

首先,SolidFire Element是一套專門針對Flash快閃記憶體設計的儲存作業系統,連帶造成NetApp HCI限定只支援全快閃組態,不像其他超融合系統可選擇門檻較低的SSD+硬碟混合組態。

其次,SolidFire Element要求的最小叢集規模是4節點,相較下,大多數超融合產品的儲存叢集最小規模都是3節點。

由於NetApp HCI採運算—儲存分離的架構,在運行SolidFire Element OS的儲存節點外,還要加上最少2臺運行VMware ESXi的運算節點,所以NetApp HCI的起始最小組態是6節點,包括2臺運算節點,以及6臺儲存節點,需使用2臺2U/4節點機箱,而且儲存節點還是全快閃組態。相對的,其他超融合產品的起始組態多只需3節點,有些還只需2節點即可,對比之下,NetApp HCI的起始門檻要比其他產品高了很多。

提供高密度的運算與儲存資源

目前NetApp HCI的最新版本是1.1.0.6版,比起剛推出時的1.0.x.x版,運算節點運行的VMware ESXi版本,從6.0U3升級到6.5U1版,儲存節點運行的SolidFire Element OS則是最新的10.1版,新增對SnapCenter的支援,可將資料同步複製到ONTAP 9.3版以上的FAS儲存系統。

在最大擴充能力方面,NetApp HCI目前支援最大32臺運算節點,與40臺儲存節點,在超融合產品中算是中等的擴充能力。接下來NetApp HCI的新版本,會將運算節點的擴充上限,提高到VMware ESXi允許的64臺節點上限。

至於在儲存節點的擴展性方面,SolidFire Element理論上最多支援100臺節點,但標準的最大組態是40臺節點。

原廠對此表示,就SolidFire的架構來說,雖然能支援更多節點,然而在實際應用中,大多數SolidFire用戶的環境,都不超過40臺節點(剛好是一座機櫃),所以,原廠提出的標準客戶端測試計畫,是以最大40節點為基準。如果要使用超過40節點(會超過一座機櫃),將會牽涉到額外的網路架構需求,此時,原廠會要求用戶提出驗證確認需求,通過驗證後,才會讓用戶採行41~100臺節點。

所以,當SolidFire Element用在NetApp HCI的儲存節點時,連帶也把儲存節點數量定為最大40個。儘管如此,憑藉全快閃組態,40個儲存節點能匯聚出高達200萬到400萬IOPS的效能,且占用的總空間僅有20U,可為上層Hypervisor內的VM,提供高效能密度的儲存服務。

超融合產品的新型態:非對稱式架構的興起

為了擺脫「運算與儲存合一」與「對稱性擴充」,不讓這兩個基本特性制約超融合系統的擴充性,近來一些新推出的超融合產品,開始支援「非對稱性」的架構。

如Cisco的Hyperflex,以及Pivot3的超融合產品,都支援非對稱擴充架構,也就是,運算能力與儲存容量可以各自獨立地擴展——當用戶需要運算能力時,可以只擴充運算節點;若只需要儲存空間,也能單獨擴充節點的儲存容量。

而NetApp HCI則在「非對稱性架構」這條路上走得更遠,進一步拋棄超融合系統「運算與儲存合一」這個基本特性,分離了運算與儲存節點,不僅擴充時是不對稱的,連系統的基本組成也都是不對稱的,運算與儲存節點不是一一對應地結合,藉此獲得以往超融合系統沒有的擴充彈性與深度效能管理能力,但也付出起始門檻較高的代價,至於這樣的嶄新作法,用戶能否接受,進而成為超融合系統的主流型態之一,則還有待後續的觀察。

 

運算與儲存節點分離的超融合架構

各自獨立的運算與儲存節點,是NetApp HCI有別於其他超融合產品的最大特色。標準的超融合伺服器架構,是將運算與儲存功能結合在單一節點上,而NetApp HCI的系統,則是由負責運行VMware ESXi虛擬化平臺的運算節點,與運行SolidFire Element儲存系統的全快閃儲存節點所組成,最小組態是2組運算節點與4組儲存節點,一共6節點。

藉由這種與眾不同的建置架構,NetApp HCI允許獨立地擴充運算節點或儲存節點,比起運算與儲存合一的一般超融合產品更具彈性。另外,由於運算與儲存服務是彼此分離,由不同節點來執行,互不干擾,所以,也可提供更精細的效能與資源管理。

NetApp HCI採用2U/4節點的機箱,每一臺運算節點與儲存節點,都是一臺1U/半寬的伺服器,其中的運算節點,擁有較大容量的記憶體配置,儲存節點則含有提供叢集儲存空間的SSD,各有小、中、大等3種款式,基本規格如下表。

 

NetApp HCI的系統部署與初始化

相對於其他同類產品,NetApp HCI由於分離了運算與儲存節點,起始組態的節點數量比較多,因此部署與初始化的程序也較複雜些。NetApp為此提供了稱作NetApp Deployment Engine(NDE)的自動化部署工具,可以將將原本需要400個以上設定動作的部署程序,簡化到30個以下,用戶只需輸入環境參數,包括vCenter的名稱、帳號、IP位址、各節點IP位址等,後續部署作業便會自動執行。

登入NDE部署介面

首先登入預設的NetApp Deployment Engine(NDE)部署引擎首頁,用戶首先必須選擇讓NetApp HCI加入既有vCenter,或新建一個vCenter。

選擇部署的節點

NDE會掃描整個網段,並將所偵測到的NetApp HCI運算與儲存節點列出,接著,我們可以點選要讓NDR部署軟體的節點。

自動完成軟體部署作業

完成環境參數設定後,系統便會自動將ESXi系統部署到NetApp HCI。

 

NetApp HCI硬體組態

相較於一般的超融合伺服器產品,NetApp HCI的硬體規格有許多特別之處,從節點構成、儲存組態到網路規格,都有與同類產品不同的設定。

NetApp HCI採用超融合伺服器常見的2U/4節點機箱,但機箱中搭載了運算與儲存兩種節點,其中運算節點負責運行VMware ESXi虛擬化平臺,儲存節點負責運行SolidFire的Elements儲存作業系統,不像一般超融合伺服器,只有1種運算—儲存合一的節點。

NetApp HCI最基本的組態,是2組運算節點加上4組儲存節點,需占用2臺機箱的空間(2臺機箱一共含有8個節點插槽,所以在最小組態下會剩2個未使用空節點插槽)。2組運算節點可構成一個最基本的ESXi叢集,4組儲存節點則構成一個最基本的SolidFire儲存叢集。

在儲存組態方面,大多數超融合系統的儲存底層,都是採用SSD+硬碟的混合配置,部份產品另外還提供了全快閃組態的款式。而NetApp HCI底層的SolidFire儲存叢集,是一種專門針對快閃儲存設計的儲存作業系統,因此NetApp HCI也只提供全快閃儲存組態。

透過各自獨立的運算與儲存節點,用戶可單獨地擴充NetApp HCI的運算或儲存節點數量。運算與儲存節點都有大、中、小等3種款式可選,其中運算節點最多可擴充到32節點(即將推出的新版能支援64節點),儲存節點則可擴充到最多40節點。

至於在網路規格方面,NetApp HCI特別之處在於提供了25GbE的支援,是我們所知最早導入這種新網路介面的超融合產品。

採用全快閃儲存組態

NetApp HCI只支援全快閃組態,運算節點與儲存節點都含有開機用的Flash儲存模組,至於系統的儲存空間,則是由儲存節點組成的儲存叢集來提供。儲存節點有3種容量規格可選:小容量H300s儲存節點為6臺480GB SSD,中容量H500s儲存節點為6臺960GB SSD,大容量H700s儲存節點為6臺1.92TB SSD。

 

 

I/O介面

NetApp HCI的2U機箱中混插著運算節點與儲存節點,2種節點都含有主機板提供的2組GbE埠 1 與2組10/25GbE埠 2 ,其中若要使用25GbE,必須搭配使用新的SFP 28光纖收發模組。除了前述基本的傳輸埠,運算節點還在擴充槽額外安裝1張雙埠10/25GbE網路卡 3 ,以強化用戶端對VM的存取效能。

運算節點與儲存節點解剖

NetApp HCI的運算節點與儲存節點,都是1臺1U半寬的2路伺服器,兩種節點的處理器規格基本一致,另行針對扮演的運算或儲存角色,強化特定規格。

如運算節點只有開機用Flash儲存模組,不提供SSD儲存空間,但安裝了較多數量的記憶體模組,並多了1張雙埠10/25GbE網路卡,使得這裡提供的10/25GbE埠數量,比儲存節點多了一倍(4個對2個),以強化運行VM所需的運算效能與傳輸頻寬;儲存節點則提供了6臺SSD空間,另外安裝了1張8GB容量的PCIe NVRAM模組,以配合儲存節點運行的Element儲存作業系統存取架構。

 

NetApp HCI的系統管理功能

如同多數超融合產品,NetApp HCI的系統管理,也是透過vCenter進行,其中VM相關操作是由vCenter執行,至於底層儲存叢集管理,則是透過嵌在vCenter Web Client的NetApp SolidFire Configuration,與NetApp SolidFire Management的元件來執行,原廠宣稱95%的管理都可在此完成。

除了透過vCenter,管理者也可登入儲存節點,利用獨立SolidFire管理控制臺,管理底層儲存叢集。

由於SolidFire儲存叢集內含豐富的資料服務與效能管理功能,也讓NetApp HCI擁有多樣的資料保護與效能管理能力。例如NetApp HCI可藉由vCenter,提供VM層級的快照與遠端複製,另藉由底層SolidFire叢集,提供整個Datastore層級的快照,以及遠端複製功能。

透過vCenter管理整個超融合環境

NetApp HCI透過vCenter便能涵蓋絕大部分管理工作,包括底層的SolidFire儲存叢集,也能利用嵌在Web Client控制臺內的2組plug-in工具來管理。

可直接登入SolidFire管理儲存叢集

除了利用vCenter外,管理者也可直接登入儲存節點,透過獨立的SlolidFire管理控制臺,來管理底層的儲存叢集環境。

嵌入vCenter的儲存管理介面

除了介面外觀不同,嵌在vCenter的SolidFire儲存管理工具,可執行與SolidFire獨立控制臺相同的儲存叢集設定與管理功能,包含各式進階功能的使用。

 

NetApp HCI的QoS效能管理

效能的管理,是SolidFire Element儲存系統的一大強項,這項特點也帶入NetApp HCI這套產品中,提供了有別於其他超融合產品,而且是更多樣化、更精細的QoS效能管理能力。

以底層SolidFire Element的QoS功能為基礎,再結合系統上層VMwre ESXi平臺本身的效能管理功能,如今的NetApp HCI,擁有3種不同層級的效能管理方式:

首先,SolidFire儲存叢集本身可設定Datastore層級的IOPS效能,針對整個Datastore儲存區的IOPS效能,管理者可以設定上、下限。

其次,底層SolidFire Element的QoS功能,也可以整合vCenter的儲存I/O控制(Storage I/O Control,QoS SIOC),配合vCenter執行VM層級I/O效能管理,讓Datastore儲存區的QoS效能設定,與vCenter的QoS SIOC效能的設定一起連動。

最後,HCI的儲存節點也能和標準的SolidFire儲存叢集一樣,支援VMware的VVols架構,依預設政策,來為個別VM,套用不同層級的VVols效能設定。

Datastore層級的效能管理

HCI底層SolidFire儲存叢集,提供Datastore層級的IOPS效能設定功能,可設定最大、最小與突發(Burst)等3個層級,能保證最小IOPS,這項特色在同類產品中比較罕見。

VM層級的效能管理

NetApp HCI在底層SolidFire儲存叢集,也能與vCenter的儲存I/O控制功能(Storage I/O Control,SIOC)互相整合,配合SIOC設定的IOPS效能上限,自動調整Datastore層級的IOPS效能上限設定。

 

提供GUI設定轉CLI命令功能

現在的網頁式圖形控制臺,雖能提供親和、簡易的操作程序,但對於含有幾十個節點的大型環境來說,要透過GUI圖形介面,逐一為各節點設定參數的作法,非常繁瑣,不太切合實際要求,因此,仍須依賴CLI命令列指令,以批次作業方式,來為大量節點套用設定。

然而,CLI指令又有語法不易記憶、學習與使用的問題,針對這點,NetApp HCI底層的SolidFire儲存叢集提供了API,在GUI圖形控制臺中,只需一個步驟,就能將GUI介面中所作的系統管理與儲存區設定,轉為對應的CLI指令給管理者參考,讓管理者能藉此編寫出需要CLI指令,然後以批次作業方式,將設定自動套用到其他節點上,可大幅簡化大型環境的管理作業。

將GUI設定轉為CLI指令

在SolidFire的控制臺介面中,能將GUI介面的管理設定,轉為對應的CLI指令,有了這項功能,可供管理者參照、編寫CLI指令,套用到其餘節點上。

 

利用PowerShell工具執行CLI指令

參照API提供的CLI指令,管理者可利用SolidFire的PowerShell工具,編寫與執行CLI指令,以自動化的批次作業方式,將系統管理或儲存區的設定,同時套用在多個儲存節點上。


Advertisement

更多 iThome相關內容