超融合架构 (HCI) 和软件定义存储 (SDS) 的关系和发展

2023-05-10 14:56:27

先来看下到底什么是超融合架构（HCI），什么又是软件定义存储（SDS）？

在《SDS之四：软件定义存储的分类》中，曾回顾了超融合架构这个概念的来源及含义，为了大家阅读方便，摘抄如下，略有修改。

什么是超融合架构（HCI）？

“2012年8月，VCE CTO办公室的 Steve Chambers，在其博客中首次提出 Hyper Converged (超融合) 的概念。当时，超融合指的是，基于标准的X86服务器，在每个物理服务器节点通过 Virtual Storage Appliance (虚拟存储设备，简称 VSA)，管理节点内的 HDD 和 SSD，并与其他节点中的 VSA 一起来构建一个集群的分布式存储，

后来，VMware 公司的 Chuck Hollis 在其博客里做出了更为准确的阐述， Hyper Converged ，其实就是 Hypervisor Converged。 Hypervisor (虚拟服务器) 做为位于应用层与基础架构层之间的战略层，能够抽象并池化计算、网络和存储资源，并拥有强大的控制平面的功能，而且 Hypervisor (虚拟服务器) 能整合软件定义的数据中心内运维管理的经验，管理更简单。

HCI (Hyper Converged Infrastructure) ，就是超融合基础架构（简称超融合架构），或者超融合基础设施，是指在同一套单元设备（如x86服务器）中具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术的架构。

HCIA (Hyper Converged Infrastructure Appliance) ，意指超融合基础架构设备，或者超融合基础设施设备。

HCIA (超融合基础架构设备) 由多个服务器节点构成，每个节点同时提供计算资源和存储资源，支持在线的横向扩展。扩展节点时，性能和存储容量都能线性的增长。它为用户了一个很重要的特性：性能可预测性，性能可确保始终如一地按节点数，简单地、线性地在线扩展。运行在HCIA硬件之上的就是分布式的存储虚拟化软件（包括分布式文件系统），来完成存储资源的池化、部署和管理。典型的HCIA，包括EMC VxRail、DELL推出的VSAN Ready Nodes(就绪节点)一体机，以及其他友商推出的超融合架构等。正因为大家都看好超融合的市场趋势，VSAN推出后，存储巨头、服务器巨头都纷纷支持，例如早先的基于 EVO:RAIL 的一体机，就有EMC (VSPEX BLUE)、NetApp、HDS、 DELL、SuperMicro (超微) 、Inspur (浪潮) 、Fujitsu (富士通) 等IT大厂商推出各自的，基于VSAN的软硬件一体机；近来基于VSAN Ready Nodes，也有许多IT大厂(包含存储厂商和服务器厂商)已经，或者将要推出类似 EMC VxRail 的，多种型号配置的 VSAN 一体机。

可以看出，HCI (超融合架构) 符合Server SAN的特征：采用商用硬件，分布式，能在线横向扩展。实际上，HCI是Server SAN的一种，是Server SAN的子集。

Server SAN中除了HCI以外，至少还有另外一类，就是仍然采用商用硬件，也能在线横向扩展，但每个节点不提供计算资源，只提供存储资源的存储产品”

这里提到HCI属于Server SAN的子集，是基于笔者对于纷繁复杂的SDS这个概念的分类，如下图所示：

坦率说，HCI 属于 Server SAN 的子集这个说法并不是非常严谨，因为 HCI 除了存储资源池之外，还提供了计算资源池。不过，当我们以存储的视角，也就是重点关注HCI的存储属性的时候，这个说法还是成立的。

完整的来看，HCI 就是分布式存储形态的 SDS 结合 Hypervisor。需要注意的是，SDS 资源如何提供给 Hypervisor 上的虚机？主要有两大流派，一个就是内嵌在 Hypervisor 内核的 VSAN，虚机直接访问 Hypervisor 的物理存储设备；另一个就是如下图所示，业务应用虚机必须通过CVM(一种运行在Hypervisor上的存储控制器虚机，也被称作 VSA -Virtual Storage Appliance，虚拟存储设备)，才能访问 Hypervisor 的物理存储设备，基本上除了 VSAN 以外，绝大多数其他的 HCI 都是类似 CVM 这种方式。VSAN 这类的优势在于：

IO 路径短，在相同硬件配置下，相同的实际业务应用场景下，性能表现更好；

消耗Hypervisor节点服务器上的CPU和内存更少；

与vSphere和VMware产品体系无缝集成，如vMotion、HA、FT、VR等；

如下图所示：

当然，内嵌在 Hypervisor 的 VSAN 的劣势也凸显出来，就是主要为本集群的vSphere虚机提供存储资源。不过，VSAN通过NAS插件（其中有一个插件NexentaConnect，早在大约2年前，就被VMware验证通过）。另外，在10月18日在巴塞罗那的 VMworld 2016 大会公布的VSAN 6.5，已经公布VSAN支持iSCSI接口，，可以对外（包括其他Hypervisor虚机，甚至物理机）提供存储资源。

什么是软件定义存储（SDS）？

首先，开宗明义：软件定义，为云而生。这里包括了软件定义的数据中心整个概念。

其次，我们具体来看下软件定义存储。在笔者主编的《软件定义存储：原理、实践与生态》书籍当中，提到：

软件定义的存储（SDS）是一个不断进化的概念，在现阶段看来，是指存储资源由软件自动控制，通过抽象、池化和自动化，将标准服务器内置存储、直连存储，外置存储，或云存储等存储资源整合起来，实现应用感知，或者基于策略驱动的部署、变更和管理，最终达到存储即服务的目标。

软件定义存储包含两个部分，一部分是控制平面，基于策略或者基于应用的存储资源分配、变更和管理；另一部分是数据平面，负责数据的存放、处理和优化。

更多关于软件定义存储的含义，分类，来龙去脉，可以回顾如下文章：

SDS 之一：为何出现软件定义存储？

SDS 之二：什么是软件定义存储？

SDS 之三：软件定义存储之现状 – 抽象、池化篇 (v2.0)

SDS 之四：软件定义存储的分类 (v2.0)

SDS之五：软件定义存储的现状 – 自动化篇

(文章请通过作者微信公众号“乐生活与爱IT”进行查看)

SDS之六：软件定义存储之未来 - 十年后的存储排行榜会怎样？

超融合架构(HCI)和软件定义存储(SDS)的关系和发展

笔者认为两者是相辅相成，相互促进的。单纯从存储属性来看，HCI 是 SDS 的一部分，正如前面 SDS 的分类所描述的那样，HCI 属于数据平面。HCI 具有的在线横向扩展的特性，非常适合云化的时代，但云化所需的存储资源即刻交付、动态扩展、在线调整，其实还需要借助控制平面的存储策略才能完成。

在笔者的SDS分类里，软件定义存储还包含了能被控制平面层（如VMware SPBM、OpenStack Cinder等）驱动的外置共享存储，不过这部分的发展在国内还相对缓慢。软件定义存储的蓬勃发展，在比较长的一段时间内，还需借助超融合架构的快速落地。

下面所阐述的内容，需要注意 HCI 软件和 HCI 一体机（也即HCIA）的区别。由于目前的市场上，当我们谈到超融合架构或者HCI时，绝大多数指的是出厂时就预装好软硬件合架构也就是 HCI 一体机。而 VSAN 比较特别的是，大多数是以HCI软件的形态出售，为用户提供了灵活性和多种选择。当然，如果各方面条件具备，用户选择类似 EMC VxRail 这种出厂前就预装好软硬件的VSAN一体机，可以简化部署和运维的工作量。

下面转载在微信公众号"乐生活与爱IT" 2015年12月12日的一段内容，表明笔者对超融合架构的一些看法：

写到这里，我想起了有不少朋友经常遇到的困惑：超融合架构是存储的未来吗？软件定义存储不是要做软硬件的解耦吗？不想被传统外置阵列厂商锁定，也不想被新的HCI硬件方式锁定，怎么办？

我个人认为，Server SAN软件厂商选择少数几家服务器硬件厂商，绑定为一体机形式，销售给用户，主要原因是厂商的能力和规模都还太小。

首先，需要肯定的是，存储控制器OS与专有存储控制器硬件的解耦，这本身是一个进步。但是，业界除了 VMware 能依托其 vSphere 强大、完整的生态链之外，其他 Server SAN 软件厂商很难有能力、资源去做如此广泛的服务器、IO控制器、SSD、HDD 等部件组合的兼容验证。

记得之前笔者在 Compellent 公司时(被DELL收购前)，看到 Compellent 公司维持着一张 Excel 表格，每做过一次验证测试，比如 HBA 卡的某种新型号，甚至某种原来型号的新微码，就增加一条记录。因为初创公司是很难有时间、人力和成本去做，如同天文数字般组合的兼容性验证。

VSAN Ready Nodes 之所以可以按照HCI的软件版被用户广泛接受，就是因为依托于 vSphere 已有验证库的基础之上，已经通过了十多个服务器厂商，成百上千种不同的部件组合(特别是 IO 控制器和 SSD)的严格测试和验证，有时针对 SSD的性能测试，甚至长达很多天的时间持续的运行。

所以，初创的Server SAN软件公司在其起步的时候，选择两、三家的服务器硬件进行捆绑销售，是明智的选择。这种标准件的产品推出，是经过了多次磨合最终确定的，兼容性稳定性得以验证，有时甚至针对某些特性在软件或者硬件进行优化，用户使用时能够获得可预期的体验。换句话说，其实也是无可奈何的选择，因为初创公司没有资源去穷尽各种组合的兼容性验证或优化。

对于用户而言，需要警惕的是，如果Server SAN软件公司开始和新的服务器硬件公司合作时，最好先观望一段时间，等待双方经过了足够长的磨合期，才去考虑购买新的HCI一体机，以确保存储的稳定性。

所以超融合架构以软硬件捆绑形式呈现，我认为是一个过渡期，当然这个过渡期有可能比较长。如果用户不喜欢被少数几家锁定，赶紧考虑VSAN Ready Nodes吧 : ) 相信VMware经过十多年的磨合，已经与各大服务器厂商的硬件磨合得非常完美了”

我在2016年7月3日 SDS新书发布会及SDS技术沙龙的演讲里，也重申了这一观点：

HCI（超融合）vs. SDS（软件定义存储）

HCI软硬一体机是SDS漫长征程的一种形态

实际上，当软件的兼容性在五花八门的各种硬件上不成问题时，紧耦合就会成为历史。例如，SDS之于外置磁盘阵列(也即专有的硬件存储)。再举个例子，以VMware vSphere 或 Microsoft Hyper-V 为例，你现在听说过 Hypervisor 一体机吗？我相信假以时日，各种不同品牌的HCI软件的兼容性，在多种服务器的不同部件得到广泛地验证后，用户将不用担心新的硬件锁定。

另外，多说几句，在7月3日 SDS 技术沙龙的演讲中，我还表明了一个观点：软件定义除了因云而生以外，也受益于硬件日新月异的发展。因为CPU、存储介质（包含内存和SSD等）、高速网络等厂商的硬件技术的突破，使得软件定义有了用武之地。

就在最近两天，看到一则消息，劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员使用新材料，将晶体管的制程从14纳米缩减到了1纳米。我想，这是不是意味着，软件定义是不是有了更大的发展空间。

总结

仅从存储属性来看，超融合架构（HCI）是软件定义存储（SDS）的一部分，是SDS的数据平面。为了更好的配合云计算（无论是私有云还是混合云）所需的快速、弹性的部署，按需提供的自助服务等特性，还需对接SDS的控制平面，才能真正实现存储自动化。而当前，最领先最成熟的SDS控制平面技术，莫过于 VMware SPBM（基于存储策略的管理）了。

本文作者 @叶毓睿 (Peter Ye)，VMware存储架构师，“乐生活与爱IT" 微信公众号作者

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