什么是超融合？

前言

随着企业对于IT基础设施的需求不断增长，传统的数据中心架构已经难以满足企业对于高性能、可扩展性和灵活性的需求。而超融合技术正是一种创新的解决方案，通过将计算、存储、网络和虚拟化等多个组件整合在一起，形成了一个简单、高效、可靠的数据中心基础设施。本文将详细介绍超融合技术的原理、优势和应用场景，帮助读者更好地了解这一新兴的技术趋势。

一、超融合是什么？

超融合的概念最早于2012年提出，是为了解决传统的数据中心架构中，计算、存储和网络等组件相互独立，管理复杂，扩展性差，难以满足快速发展的业务需求的问题。

超融合（Hyperconvergence）是一种IT基础设施架构，将计算、存储、网络和虚拟化等多个组件整合在一起，形成一个单一的、易于管理的系统，并在此基础上添加了更多的应用程序和服务。

超融合基础设施由多个节点组成，每个节点都具备计算、存储和网络功能，这些节点通过软件定义的虚拟化技术组成一个集群，并可扩展到数百个节点。超融合基础设施通常使用了先进的软件定义技术，例如虚拟化、软件定义存储（SDS）和软件定义网络（SDN），以实现高度自动化和可伸缩性。

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二、超融合原理

2.1、超融合三大组件

超融合的三大组件是计算虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。

计算虚拟化是将服务器硬件资源（如CPU、内存和IO等）进行虚拟化，形成一个或多个虚拟机，每个虚拟机都具备完整的硬件功能。计算虚拟化四大主流路线有KVM、VMWARE、Hyper-V、Xen。

存储虚拟化是将存储硬件资源进行虚拟化，形成一个或多个虚拟存储池，每个虚拟存储池具备存储硬件的全部功能。存储虚拟化两大主流路线有glustfs、ceph。

网络虚拟化一般采用自研的方式，主要技术有VxLAN、SDN等。

超融合系统将存储和计算功能集成到一个单一节点（或节点集群，每个节点都提供计算和存储功能），超融合系统都具有以下通用核心组件：

分布式存储系统：提供数据存储服务，采用分布式架构，支持数据冗余、数据自动备份和恢复等功能，具有强大的可扩展性和容错性。

计算虚拟化引擎：将物理服务器资源虚拟化为多个虚拟主机，每个虚拟主机可以运行一个独立的操作系统和应用程序。计算虚拟化引擎具备资源调度、负载均衡、弹性伸缩等功能。

网络虚拟化组件：将物理网络资源虚拟化为多个逻辑网络，支持虚拟机的网络连接、安全和管理等功能。

管理组件：提供对超融合系统的统一管理平台，支持资源管理、任务调度、监控告警等功能。

自动化部署工具：提供自动化部署和配置功能，简化超融合系统的安装和配置过程。

备份与恢复工具：提供对超融合系统中数据的备份和恢复功能，确保数据的安全性和可靠性。

高可用性和容错机制：通过部署多个节点和组件的冗余备份，实现高可用性和容错机制，确保超融合系统的稳定性和可靠性。

可扩展性设计：超融合系统采用模块化设计，支持横向和纵向扩展，可根据业务需求灵活增加或减少节点和组件。

安全性保障：超融合系统具备完善的安全性保障机制，包括数据加密、访问控制、安全审计等功能，确保数据的安全性和完整性。

节能环保设计：超融合系统采用低功耗硬件和节能技术，降低能耗和碳排放，符合绿色环保的要求。

2.2、超融合和传统架构对比

从传统架构拓扑和超融合架构拓扑对比图可以看出，在传统的架构中，主机、存储和网络和分离的，而超融合架构将存储和主机融合部署，由三层架构演变为两层架构，简化了组网的同时便于统一管理，这就是为什么通过超融合可以快速构建系统的主要原因。

2.3、传统方案和超融合软件架构与资源管理模式对比

存储是超融合的主要变革，在传统方案的软件架构和资源管理模式中，存储资源因为分布在不同的存储系统中相互隔离，单独由存储系统所在的控制器监管，前端业务访问后端存储时需要根据映射关系访问对应的存储系统，不便于管理。在超融合软件架构与资源管理模式中，通过存储虚拟化将不同X86服务器上的存储资源整合成一个存储资源池，实现资源的集中管理和调配。如果因为业务需求需要扩展时，只要横向扩展X86服务器节点，将节点纳入集群管理即可快速实现扩容的目的。

三、 超融合与SDS、分布式存储关系

相信大家和我一样被眼花缭乱的技术概念绕晕，是不是会误以为超融合与SDS、分布式存储似乎大差不差，接下来就介绍它们之间的区别与联系。

3.1、SDS是什么 ？

软件定义存储（SDS）是一种数据存储方式，其将存储系统的控制平面和数据平面分离，并使用软件层对存储资源进行抽象和管理。传统的存储系统通常采用专用的硬件设备，例如存储阵列和磁盘阵列，其控制和数据处理功能紧密耦合在硬件中。而SDS将这些功能抽象成软件，使得存储设备可以通过标准化的硬件实现，并在虚拟化环境中运行。SDS通过将存储功能从硬件解耦，提供了更高的灵活性和可扩展性。它可以适应不同厂商、不同类型的硬件设备，并在统一的管理界面下对这些存储资源进行集中管理和配置，从而降低了存储系统的复杂性和成本。

3.2、分布式存储是什么？

分布式存储是相对于传统的集中式存储而言的一种数据存储方式。在分布式存储中，数据被分散存储在多个节点上，这些节点通过网络互连提供存储服务。与传统的集中式存储相比，分布式存储具有更高的可靠性和可扩展性，因为数据分散存储在多个节点上，避免了单点故障的问题。同时，分布式存储可以随着业务需求的变化而横向扩展，提高了存储资源的利用率和灵活性。

分布式存储系统通常采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷。这种架构可以提高系统的可靠性、可用性和存取效率，易于扩展。在分布式存储中，数据被分散存储在多个节点上，每个节点都提供存储服务。这些节点通过网络互连，形成一个庞大的存储网络。

3.3、超融合是什么？

超融合基础架构（hyper-converged infrastructure）是一个软件定义的 IT 基础架构，它可虚拟化常见“硬件定义”系统的所有元素。HCI 包含的最小集合是：虚拟化计算（hypervisor），虚拟存储（SDS）和虚拟网络。HCI 通常运行在标准商用服务器之上。

3.4、区别与联系

软件定义存储(SDS)强调的是存储资源虚拟化和软件定义，不一定是分布式存储，从部署形式上来看，可以是分布式或者是集中式的，也就是说 SDS 不一定是分布式存储，虽然大部分软件定义存储(SDS) 是分布式的，SDS 存储内部有可能是单机运行的，不通过网络分散存放数据的。

分布式存储重点是多节点部署，数据分散在不同的节点之上，需要注意的是，分布式存储不一定是软件定义的，有可能是绑定硬件的，通过专用硬件进行交付，成本较高，所有市面上用的也不多。

超融合基础架构包含了软件定义存储(SDS)，通过分布式的架构，有效提升系统可靠性与可用性，可以说超融合是分布式存储的典型应用场景之一。

四、超融合优缺点

4.1、超融合优点

相比传统的数据中心架构，超融合具有以下优点：

1、简化IT基础架构：超融合架构将多个系统功能整合到一个硬件平台上，使IT基础架构更加简单，减少了部署和管理的工作量。

2、资源利用率高：超融合架构可以有效地利用硬件资源，减少资源浪费，提高工作效率。

3、可扩展性强：超融合架构可以支持更多的虚拟化、云技术和自动化工具，从而支持不断变化的IT需求。

4、高可用性和灵活性：超融合架构可以实现高可用性和灵活性的平衡。通过复制数据和应用程序实现高可用性，同时通过虚拟化技术实现灵活性，使得应用程序可以随时移动和扩展。

5、简化部署和管理：超融合架构可以通过集成的管理工具，实现对整个系统的集中管理，包括虚拟机、存储、网络和安全等方面。这样可以简化部署和管理的工作，提高了IT运维的效率。

6、成本效益显著：超融合架构可以有效地减少IT成本，并且可以更快地提供服务，提高工作效率。

4.2、超融合存在的问题

虽然说超融合具备诸多优点，但也存在不足。

1、性能问题：超融合技术虽然可以提供高性能的计算和存储服务，但是也存在一些性能问题。例如，在虚拟化环境中，虚拟机的性能可能会受到硬件性能的限制，资源共享可能导致性能瓶颈。此外，超融合架构中的数据传输和存储也需要高性能的网络和存储设备来支持。

2、耦合性高：超融合方案中一般选择软硬一体机的方式交付，软件包括了服务器、存储、网络的虚拟化软件，存储基本上采用服务器的硬盘构建虚拟存储。软硬件的耦合度更强，复杂度更低。

3、兼容性问题：超融合技术需要与多个供应商的硬件和软件进行集成，因此可能会存在兼容性问题。例如，不同供应商的存储设备可能存在不兼容的情况，导致数据无法正常访问或存储。

总的来说，超融合是一种集成多个技术的解决方案，可以帮助企业实现更高的效率和更好的性能，同时降低了成本和管理复杂性，同时还提供了更多的应用程序和服务集成。