路坦力(Nutanix)技术白皮书

NutanixCompleteCluster技术白皮书NUTANIXCOMPLETECLUSTER:ATECHNICALWHITEPAPER目录内容简介.......................................................................................................................3引言...............................................................................................................................4当前架构的局限性.............................................................................................4谷歌方法..............................................................................................................4NutanixCompleteCluster架构.................................................................................6主要支柱...........................................................................................................6架构综述.............................................................................................................7Nutanix横向扩展型融合存储——主要组件.....................................................8主要功能特点..........................................................................................................11容量优化...........................................................................................................11易于管理...........................................................................................................11性能和可扩展性...............................................................................................12高可用性.........................................................................................................13总结............................................................................................................................15Er-2UJ2UdX-2U内容简介存储是当前虚拟化数据中心的最大挑战。十五年以前针对物理服务器设计的网络存储架构对于虚拟机来说过于昂贵和复杂。但在没有企业级的替代方案时，各组织机构被迫采用各种传统的解决方案，而这些解决方案无法满足虚拟机的需求，因为虚拟机始终保持着动态变化、数量迅速增加、并不断要求全新的性能和容量水平。NutanixCompleteCluster是一种可横向扩展的计算和存储基础设施，它使组织机构无需网络存储（SAN或NAS）便能够将自己的数据中心虚拟化。NutanixCompleteCluster专门针对虚拟机而设计，可提供全面的计算和存储功能，以及企业级的性能、可扩展性、可用性和数据管理功能。它采用符合行业标准的硬件组件、固态硬盘，以及市场领先的管理程序，以便提供开箱即用的解决方案，让桌面虚拟化变得极其简单有效。NUTANIXCompleteCluster：技术白皮书3z20--oz4NUTANIXCompleteCluster：技术白皮书引言当前架构的局限性组织机构采用传统的“服务器通过网络与存储相连（servers-connected-to-storage-over-a-network）”的架构来创建自己的虚拟化基础设施，但这种架构无法满足不断变化的虚拟化需求。除了性能较低之外，网络存储还是虚拟化环境中成本和复杂性的最大源头。物理服务器用于相对不变的工作负载，在这种情况下，基于网络存储的架构非常有用。然而，虚拟化以及现在的云计算使得数据中心处于不断变化之中；虚拟机迅猛增加，在不同的服务器之间来回迁移，并且非常依赖于共享资源。正因为如此，管理虚拟机及其基本的物理基础设施变得极度复杂。由于创建新虚拟机非常简便，因此数据中心的数据量增长很快。在企业中，桌面虚拟化等新项目进一步促进了这种发展趋势。服务提供商必须提供更大量的虚拟机，因为他们创建数据中心的目标客户无法承担虚拟化所需的成本和管理开销。对于通过多跳网络将计算和存储连接起来的传统架构来说，不断增加的虚拟机造成了巨大的成本、性能和管理压力。固态硬盘（SSD）的兴起进一步扩大了计算层和存储层之间的鸿沟。SSD的速度是传统机械硬盘的100-1000倍，它们的使用将使现有的网络瓶颈和复杂性更加恶化——如果虚拟机需要通过网络才能访问它们的话。许多SAN/NAS厂商将SSD添加到自己的解决方案中，一方面他们可以收取较高的硬盘溢价，另一方面客户需要加大网络带宽的投入才能够访问已经非常昂贵的存储层。谷歌方法谷歌以及亚马逊、雅虎、微软（Azure）等领先的云一代企业意识到，基于网络存储的方法不适合自己的数据中心。于是，他们创建了各种软件技术（如谷歌文件系统），将大量的商业服务器和本地存储器融合于单一集群。通过这种方法，谷歌将商业服务器和本地存储器作为构件，创建起了自己的计算和存储融合型基础设施。谷歌文件系统运行于集群服务器上，并提供单一的本地存储库，集群中任意服务器上的应用程序均可对其进行无缝访问。它能够应对硬盘甚至所有服务器的故障，从而实现应用程序的高可用性。谷歌文件系统使得谷歌创建的数据中心具备可大规模扩展的计算和存储能力，同时没有与网络存储相关的高成本和性能局限问题。z20--ozsNUTANIXCOMPLETECLUSTER:ATECHNICALWHITEPAPERNUTANIXCompleteCluster：技术白皮书Nutanix采用类似的横向扩展方法，创建了一种企业级的计算和存储基础设施，它专门针对虚拟机而设计。EuUFF-2UdzEuUOuZUzX2U-dzdNUTANIXCOMPLETECLUSTER:ATECHNICALWHITEPAPER6NUTANIXCompleteCluster：技术白皮书NutanixCompleteCluster架构主要支柱NutanixCompleteCluster利用系统架构、硬件和软件技术的最新发展建立起一个系统，以解决虚拟机的存储问题。Nutanix架构有三大核心支柱：分布式计算Nutanix架构类似于谷歌架构，也是无需网络存储的横向扩展型计算和存储基础设施。同时，Nutanix借鉴了谷歌架构，并可提供一种企业级的解决方案。谷歌文件系统是定制的解决方案，适用于谷歌内部的各种应用（搜索、Gmail等），而Nutanix提供通用的解决方案，适用于各种虚拟化的环境。除了横向扩展能力之外，它还具备与各种先进的网络存储解决方案相同甚至更好的企业级数据管理功能，包括高可用性、备份、快照、灾难恢复等。虚拟化Nutanix架构专门针对虚拟机而设计，因此它支持传统网络存储架构所支持的全部管理程序功能，包括实时虚拟机迁移和高可用性等功能。此外，因为Nutanix架构为虚拟机感知型，所以它能够克服配合物理服务器使用的传统解决方案的各种局限。例如，在计算侧按单个虚拟机开展管理时，存储管理单元传统上为LUN。当LUN由许多虚拟机共享时，按单个虚拟机执行备份、恢复、快照等存储操作就会越来越困难。在过度共享的环境中，识别瓶颈问题也非常困难，因为计算层和存储层之间存在断层。Nutanix架构克服了这些局限。EuUFF-2UdzEuUOuZUzX2U-dzdyNUTANIXCOMPLETECLUSTER:ATECHftllCALWHITEPAPERNUTANIXCompleteCluster：技术白皮书固态硬盘Nutanix架构可充分利用企业级的固态硬盘（SSD）。值得注意的是，传统的存储系统专门针对旋转介质而设计，所以很难有效利用SSD，因为SSD的访问模式截然不同。机械硬盘有旋转和时延，而SSD则不存在这些机械局限性。由于两种媒介之间存在这种不同，因此要求软件进行不同的优化，以实现最佳的性能。我们不能简单拿来专门针对机械硬盘系统编写的软件，然后希望它能够有效运用于固态硬盘。Nutanix架构利用SSD存储各种各样的常用数据——从虚拟机元数据到主数据存储，一方面通过分布式缓存获得高性能，另一方面通过永久存储实现快速检索。为了将SSD的性能优势最大化，Nutanix架构：保留SSD用于I/O密集型功能采用各种节省空间的技术，使得较小的物理空间能够存储大量的逻辑数据自动将“冷”数据或非常用数据迁移至机械硬盘，低优先级的虚拟机避开SSD架构综述NutanixCompleteCluster是一个由高性能的节点或服务器组成的横向扩展型集群，每台设备运行一个标准的管理程序；集群还含有处理器、内存和本地存储器，包括SSD和机械硬盘。每个节点都运行虚拟机，如同标准的虚拟主机一样。此外，所有节点的本地存储器均通过Nutanix横向扩展型融合存储（SOCS）架构进行虚拟化，成为一个统一的存储库（图1）。实际上，SOCS的作用就像一个先进的SAN，利用所有节点的本地SSD和机械硬盘存储虚拟机数据。集群中运行的虚拟机将数据写入SOCS，就像写入SAN一样。SOCS为虚拟机感知型，可提供先进的数据管理功能。它将数据存储于本地系统上，因此数据更接近虚拟机，从而降低了成本并提高了性能。NutanixCompleteCluster能够从几个节点水平扩展到大量的节点，因此组织机构可根据自身需要扩展其基础设施。uEu-2E2Oz-Uu4Xdud2-ELUzd2NUTANIXCompleteCluster：技术白皮书8NUTANIXCompleteCluster：技术白皮书图1：Nutanix横向扩展型融合存储（SOCS）架构通过NutanixCompleteCluster，高可用性和实时虚拟机迁移等虚拟化功能便可无缝发挥作用。管理员通过标准程序在NutanixCompleteCluster上创建虚拟机，而NutanixSOCS通过虚拟硬盘或vDisk为虚拟机提供存储，这些硬盘均为标准的iSCSI设备。Nutanix横向扩展型融合存储——主要组件Nutanix架构的关键是SOCS，它是一种正在申请专利的横向扩展型融合存储层，具备下列独特的功能特点：它与计算层融合在一起。虚拟机和SOCS共存于同一集群。它为虚拟机感知型。SOCS针对单个虚拟机提供存储，并能够