NetApp HCI是超融合系統中的異類,採用運算與儲存節點分離架構,在2U/4節點伺服器機箱中,混合配置了提供Hypervisor功能的運算節點,與提供全快閃儲存空間的儲存節點,藉此擁有比標準超融合產品更大的擴充與運用彈性,可視需求個別擴充運算能力或儲存空間,另外運算負載與儲存負載也彼此分離,互不干擾,便於效能管理。

在2011年以前,還未出現「超融合基礎架構」,這個詞其實是結合「超融合」與「基礎架構」兩個單詞而成的全新IT名詞。

「基礎架構(Infrastructure)」一詞,指的是為IT環境提供運算、儲存、網路等基礎設施服務的硬體與軟體總合。至於「超融合」,則是在「融合式基礎架構」(Converged Infrastructure)一詞冠上Hyper而成,也就是比融合式架構更進一步的「融合」。

所謂融合式架構,指的是將IT環境需要的基礎設施元件,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,便於用戶端快速部署。

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ㄧ個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,用戶則透過虛擬化平臺與儲存叢集軟體,來運用超融合系統的資源。所以超融合系統也具備這4個特性:

● 軟體定義化:透過虛擬化平臺軟體來運用硬體資源,用戶需要的運算資源是透過Hypervisor以VM的型式來提供,儲存資源亦是透過與Hypervisor結合的分散式檔案系統來提供給VM使用,無論運算資源還是儲存資源都是「軟體定義化」的,硬體部份只是一臺普通的通用硬體伺服器,用戶使用的VM與儲存空間完全依靠Hypervisor等軟體所建構,隔絕了用戶與底層的物理設備。

● 叢集化:透過叢集架構,跨多個節點進行資料分散與多副本複製,來提供系統擴展與資料保護能力。

● 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。

透過這4項特性,讓超融合系統擁有易於建置、部署與管理,以及Web-Scale等級擴展能力等效益,但同時也各自在效能管理、部署門檻與擴充靈活性等方面,帶來了不同的限制,於是為了打破這些限制,開始有一些廠商推出不同於標準型態的超融合產品。

 

【減輕主機運算負擔】非軟體定義的超融合產品

內含專屬硬體的HPE SimpliVity超融合平臺

HPE SimpliVity一反典型超融合系統的純粹軟體定義形態,在伺服器主機上配置了RAID卡與專屬加速卡,利用RAID卡可為每臺節點提供基本的資料保護,無須完全依靠叢集;加速卡則用於執行壓縮與重複資料刪除運算,可顯著減輕主機的儲存應用負載。

如Nutanix等標準的超融合伺服器產品,都是純粹的軟體定義型式,硬體元件只有伺服器本身的處理器、記憶體,以及搭載的硬碟、SSD與網路卡,連RAID卡都不配置,完全依靠系統軟體來實現運算、儲存管理,以及資料保護功能。

但剛併入HPE旗下的SimpliVity,卻一反前述超融合系統的標準型態,引進了專屬的硬體元件。

軟體定義的優勢,是可擺脫特定硬體的依賴,只需使用一般的伺服器硬體,透過軟體的驅動與管理,便能滿足不同面向的需求。但對於超融合伺服器來說,軟體定義化也造成不同運算負載混雜,效能管理不易的副作用。

無論是上層VM的運算負載,還是底層儲存叢集的儲存相關運算負載,都同樣由超融合系統的伺服器主機承擔,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問題。

考慮到許多進階儲存資料服務的運算負載相當大,特別是近來開始普及的即時壓縮與重複資料刪除功能,一旦啟用這些儲存功能時,將會顯著衝擊到上層VM可用的運算資源。

另一方面,對於標準的超融合系統來說,由於個別節點沒有RAID卡,完全依靠跨節點間的多副本資料複製機制,來提供資料保護能力。這雖然可以避免傳統RAID的重建時間過長問題,並幫助擴大系統規模,但多數用戶仍習慣在底層能有RAID架構,來提供基本的資料保護。

而SimpliVity引進專屬硬體的目的,正是為了解決底層儲存應用負載的問題,並藉由保留RAID卡,來幫助提高可用性。

SimpliVity的OmniStack平臺,每一臺節點都擁有RAID卡與專屬加速卡的配置,RAID卡可為每臺伺服器提供基本資料保護,至於加速卡則是用於執行壓縮與重複資料刪除運算作業,因而能有效減輕伺服器主機的負擔,但這樣的配置,也讓OmniStack平臺偏離了典型超融合系統的純粹軟體定義形態,成了部分依賴特定硬體的形態。

 

【追求更寬廣的擴充彈性】提供非對稱式擴充的產品

透過「運算-儲存合一」,以及「對稱的擴充能力」這2個特性,讓超融合系統的擴充變得十分簡單,當資源不夠時,只須堆疊更多節點即可。

不過這樣的特性,在許多時候卻也帶來不便,用戶有時只是需要更多儲存空間,卻也被迫買進一整臺節點機箱,然而這臺節點所帶來的額外的運算能力,是用戶不需要的。

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」與「對稱性擴充」這兩個基本特性的制約,擴充時仍是以一整臺包含了運算能力與儲存空間的節點為單位。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,但仍被迫購入他們不需要的資源。

面對這樣的不便,一些廠商試圖打破超融合系統的常規,例如Cisco的HyperFlex,以及Pivot3的Acuity等產品都支援非對稱擴充,也就是運算能力與儲存容量可以各自獨立地擴展,用戶需要運算能力時,可以只擴充提供運算能力的節點;若只需要儲存空間,也能單獨擴充個別節點的儲存空間,比標準的超融合架構更靈活。

 

【嶄新的超融合應用架構】運算與儲存分離的超融合產品

獨立運算與儲存節點的NetApp HCI

NetApp HCI是超融合系統中的異類,採用運算與儲存節點分離架構,在2U/4節點伺服器機箱中,混合配置了提供Hypervisor功能的運算節點,與提供全快閃儲存空間的儲存節點,藉此擁有比標準超融合產品更大的擴充與運用彈性,可視需求個別擴充運算能力或儲存空間,另外運算負載與儲存負載也彼此分離,互不干擾,便於效能管理。

提供非對稱擴充能力更進一步,NetApp的HCI甚至拋開了超融合架構「運算與儲存合一」這個基本特性,分離了運算與儲存功能。

NetApp HCI可說是超融合產品中的異類,由運算與儲存兩種節點組成,其中運算節點負責執行VMware ESXi軟體、用於提供VM運作功能;儲存節點則負責執行SolidFire Element儲存作業系統、提供了VM儲存所需的全快閃儲存空間。最小組態是2臺運算節點加上4臺儲存節點,最大則可擴充到32臺運算節點與40臺儲存節點。

由於運算節點與儲存節點各自獨立,所以NetApp HCI可以別擴充運算能力、儲存效能與空間;而且這種架構也徹底分離了運算與儲存負載,自然也沒有運算與儲存負載互搶資源的問題,可以更精確地調派系統資源。

除了NetApp HCI外,微軟Azure Stack理論上也能支援這種運算與儲存分離的架構,把上層的Hyper-V叢集,與底層的S2D儲存叢集分離部署。


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