虚拟化数据中心的超融合解决方案

2016-08-08

    

一、解决方案设计分析

为帮助某科研单位建设更具有技术竞争力和扩展能力的IT基础设施,先分析一下过去传统数据中心的做法,传统数据中心通常会采用多台物理服务器实现计算和业务服务,服务器内置硬盘或外置存储实现数据存储,这是一种典型的传统数据中心架构,这类架构存在的主要挑战包括:

   服务器数量众多,管理变得越来越复杂;    

     新业务系统上线周期长,部署慢;

•  存储扩展性差,无法支撑新业务的性能需求;

     数据高度分散,不利用集中备份及容灾;

•  应用系统缺乏高可用性保护;

•  新业务走向互联网化,传统架构无法实现动态和线性扩展能力;

•  整体架构的弹性和敏捷性不足。

 

1.1         建设目标分析

通过本次的IT基础设施建设,不仅需要实现本地化的IT应用和管理,还需要充分发挥新一代IT基础设施技术带来的弹性和高效优势,以充分支持当前和未来的业务需求。新建设的IT基础设施需要实现:

1、弹性架构,可灵活的按需配置、扩展计算和存储能力

2、软件定义,以软件为主导的现代数据中心框架,可充分整合各类硬件

3、业务持续,具有较强的数据级和服务级容错能力,可实现不停机扩展

4、高效服务,提供稳定、高效的存储和计算服务,实现敏捷IT服务

5、简单运维,系统架构简洁,运维便捷

 

二  IT基础设施的方案设计思路

2.1 建设思路分析

                                               

近年来,随着各单位业务系统对弹性、资源效率、可靠性要求的不断提升,越来越多的IT系统采用虚拟化架构;快速膨胀的数据、高速的数据交互、各类分布式应用的演进,进一步推动了虚拟化数据中心的发展速度。虚拟化数据中心是一种新型的数据中心形态,通过虚拟化技术将物理资源抽象整合,动态进行资源分配和调度,实现数据中心的自动化部署,并大大降低数据中心的运营成本。当前,虚拟化在数据中心发展中已占据越来越重要的地位,虚拟化概念已经延伸到桌面、统一通信等领域,不仅包括传统的服务器、存储和网络的虚拟化,还囊括IO虚拟化、桌面虚拟化、统一通信虚拟化等等。

虚拟化的资源管理+自动化的资源调度+自助式的资源交付即构成了云化的数据中心,虚拟化数据中心是云数据中心的初级阶段,也是基本形态,从虚拟化数据中心可以平滑过渡到云计算数据中心。

建议首先从将数据中心建设为虚拟化数据中心,随着后续业务的扩展和信息部门技术人员对新形态数据中心知识结构的进一步熟悉,再平滑升级为云数据中心。

 

2.2虚拟化数据中心的建设思路

2.2.1 传统模式

 


 

  


上图为传统的虚拟化架构,核心是实现了计算的虚拟化,采用传统的FC-SAN作为虚机镜像、用户虚机等数据的存储平台。该架构存在以下不足:

1、计算平台与存储平台完全分离,规划、部署、扩容相对复杂

2、由于上述复杂性,需提前超额预配置,而不是按需消费,整体TCO较高

3、传统存储的机制决定了扩容需中断业务,停机扩展,无法满足业务持续的需求

4、存储系统仅仅依靠双控机制来保障服务不中断,是比较显著的故障单点

2.2.2 超融合模式的虚拟化

超融合基础架构(Hyper-Converged Infrastructure,或简称“HCI”)是指在同一套单元设备中不仅仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术,而且还可以包括备份软件、快照技术、重复数据删除、在线数据压缩等元素,而多套单元设备可以通过网络聚合起来,实现模块化的无缝横向扩展(scale-out),形成统一的资源池。HCI是实现“软件定义数据中心”的敏捷技术途径。HCI类似GoogleFacebook、阿里云等互联网数据中心的大规模基础架构模式,可以为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和数据保护。使用计算存储超融合的一体化平台,替代了传统的服务器加集中存储的架构,使得整个架构更清晰,简单。


 

下表列举了使用超融合架构(计算+存储)和传统数据中心三层架构(服务器+光纤交换机+存储)的对比:


超融合架构

传统数据中心基础架构

性能

尽可能提供本地吞吐,并支持使用SSD保证应用IO需求。不存在性能瓶颈

随着访问集中存储的服务器越来越多,性能瓶颈将日益凸显

横向扩展

可以简单的在集群中增加节点以扩展集群规模和性能

由于架构限制,无法实现横向扩展

高可用性

可以通过三副本的方式容忍最多两个节点同时故障,并且硬件故障时数据重建速度快,性能几乎不受影响

通过raid技术实现高可用性,但面对硬件故障时,性能下降严重。

整合比

虚拟机密度高,是传统2倍以上

虚拟机密度低

安装配置

开箱即用的部署方式,只需30分钟即可完成安装配置

需要准备大量安装实施前的信息收集和整理工作,并且由专人进行安装部署,最少需要2天时间

管理维护

统一WEB界面管理,维护方便

无需配置LUN、卷、Raid

需要专门存储管理软件,配置复杂。需要各类设备厂商的技术支持。

 

2.3结论

通过上述分析,不难看出,遵循软件定义数据中心的宏观原则,沿着物理数据中心-虚拟化数据中心-云数据中心的实施路径,采用超融合架构实现本次IT系统建设是最富于效率和弹性的建设方案。

本次超融合架构的建设可以分为两个阶段:

1、物理融合,在同一个服务器节点内实现存储、计算和应用的融合,简化系统管理和提升扩展能力;

2、虚拟融合,在同一个服务器节点内部署HypervisorVMwareXenKVM)等,在Hypervisor之上分别创建存储虚机和计算虚机(业务虚机),实现更深度的融合和更高效的资源利用。

三、建设方案

 IT基础设施方案说明

        通过两台聚合存储和计算能力的 BJCSA S400超融合设备,构建分布式的超融合系统,主要提供所有核心业务系统的计算资源和分布式块存储资源,用户可以方便快捷地在超融合节点上直接部署应用系统;

                                   

后期可以在分布式存储上统一部署虚拟化Hypervisor,在Hypervisor上层再部署应用系统(Hypervisor可选VMwareXenKVM等)。



每台BJCSA S400 超融合设备已经包含两个存储计算一体化节点(每节点2Intel E5-2650V3 8核高性能 CPU128GB内存,4600GB 15000SAS磁盘)构建分布式存储及计算资源池,为物理机应用或未来的虚拟化软件提供弹性、高效的资源服务。

BJCSA  S400以高效的BJCSA  BSSAN 软件定义存储系统为数据管理基础,可提供高可靠、高弹性、高性能的存储服务,BJCSA  S400聚合大量的硬件资源,通过LXCCgroup、容器技术将资源隔离为存储池、计算池,也可以根据需求定义网络池。BJCSA  S400可以超融合方式整合各类物理计算和虚拟计算资源,并提供完整、高效的数据存储管理。

使用BJCSA  S400节点构建的超融合的基础设施作为VSI的计算、存储资源,真正实现了“计算和存储都从小规模起步,随增长付费,并始终在线”,使用户的IT基础设施真正实现了云计算架构的思想。

根据性能、成本综合考虑,未来还可配置为全SSD模式或SSD+HDD混合模式,BJCSA  S400SSD Cache功能可实现在配置少量SSD的情况下,即实现更高的性能,高效的ROW快照及克隆功能可支持快速、批量的创建虚拟主机。

BJCSA  S400采用多副本机制,并天然支持存储多活,无需配置任何第三方双活网关,即可实现存储服务级的高可用。

BJCSA  S400支持各类VSI系统,如VMwareXENKVMOVMHyper-V等,对于新兴的Docker容器虚拟化,BJCSA  S400也可以提供良好的支持。


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