【51CTO.com快譯】作為一半職業(yè)生涯是在技術(shù)研究領(lǐng)域度過(guò)的未來(lái)學(xué)家，我想試圖對(duì)未來(lái)作一番預(yù)測(cè)，為此既回顧了超融合的歷史，又分析了幾個(gè)新興的技術(shù)。

一、超融合方面的背景

***代IT基礎(chǔ)設(shè)施是“孤島式”架構(gòu)，計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)由客戶單獨(dú)選擇和購(gòu)買?？蛻粜枰_保這三種產(chǎn)品協(xié)同運(yùn)行。從2007年開始，市面上出現(xiàn)了第二代融合基礎(chǔ)設(shè)施(CI)系統(tǒng)，它們捆綁了現(xiàn)有的服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，并輔以管理軟件。這種方法將客戶購(gòu)買后運(yùn)行***個(gè)應(yīng)用軟件所花費(fèi)的時(shí)間由幾個(gè)月縮短至幾周，因?yàn)閺S商預(yù)先測(cè)試并預(yù)先集成了這三種產(chǎn)品。在孤島式架構(gòu)和融合架構(gòu)中，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)都被用于存儲(chǔ)(為了讓本文簡(jiǎn)單化，我避免討論NAS)。2012年出現(xiàn)了超融合(HCI)系統(tǒng)――這些是緊密耦合的計(jì)算和存儲(chǔ)硬件，不需要SAN。融合基礎(chǔ)設(shè)施其實(shí)是三種預(yù)先測(cè)試的產(chǎn)品，只不過(guò)一起銷售;不像整合基礎(chǔ)設(shè)施，超融合才是真正的單一產(chǎn)品，采用統(tǒng)一管理。HCI系統(tǒng)就好比是第三代融合。

[[179441]]

據(jù)451 Research針對(duì)IT買家的***季度《企業(yè)之聲》調(diào)查報(bào)告聲稱，超融合基礎(chǔ)設(shè)施目前應(yīng)用于40%的企業(yè)組織;451 Research的分析師預(yù)計(jì)這個(gè)數(shù)字在今后兩年會(huì)大幅提升。

作為一半職業(yè)生涯是在技術(shù)研究領(lǐng)域度過(guò)的未來(lái)學(xué)家，我想試圖對(duì)未來(lái)作一番預(yù)測(cè)，為此既回顧了超融合的歷史，又分析了幾個(gè)新興的技術(shù)。

先來(lái)介紹一下歷史。

二. SAN時(shí)代 — — 1994年–2012年

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)是一種網(wǎng)絡(luò)，它讓用戶可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心的多臺(tái)服務(wù)器訪問(wèn)共享塊存儲(chǔ)，比如磁盤陣列。它讓用戶能夠在整個(gè)園區(qū)合并高吞吐量存儲(chǔ)。

串行光纖通道(FC)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)在1994年出現(xiàn)、1 Gbps光纖通道在1997年面市后，SAN變得流行起來(lái)。直接連接存儲(chǔ)(DAS)是當(dāng)時(shí)的一項(xiàng)替代技術(shù)，但是它不支持存儲(chǔ)共享，導(dǎo)致存儲(chǔ)資源的利用率很低。

SAN通過(guò)使用一組共同的存儲(chǔ)功能(數(shù)據(jù)中心中的所有服務(wù)器都可以享用這些功能)，提高了存儲(chǔ)資源的利用率，提高了可靠性，確保高性能存儲(chǔ)共享，還簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理。此外，SAN讓用戶可以獨(dú)自擴(kuò)展存儲(chǔ)和計(jì)算資源，因而可以運(yùn)行各種各樣的存儲(chǔ)及計(jì)算需求大不一樣的工作負(fù)載。

光纖通道SAN網(wǎng)絡(luò)的性能繼續(xù)不斷提升。2000年初，光纖通道SAN的成本和復(fù)雜性大大下降，因而得到了更廣泛的采用，可以部署在大企業(yè)環(huán)境和中小企業(yè)環(huán)境。諸多新功能迅速被引入到共享式SAN存儲(chǔ)中，它們常常是DAS存儲(chǔ)所沒(méi)有的，比如快照、克隆、壓縮、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、存儲(chǔ)分層和遠(yuǎn)程拷貝等功能。后來(lái)出現(xiàn)了作為光纖通道SAN替代技術(shù)的iSCSI SAN和FCoE(基于以太網(wǎng)的光纖通道)。它們讓以太網(wǎng)得以用于存儲(chǔ)，因而通過(guò)消除專門用于存儲(chǔ)的第二種類型的網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化了管理。由于這幾個(gè)發(fā)展動(dòng)向，共享式SAN存儲(chǔ)變得非常流行，DAS存儲(chǔ)卻日漸式微，大概2012之前就是這個(gè)樣子。

三. DAS和超融合時(shí)代 — — 2012年–2016+

然而近幾年，由于SAN存在下列四大問(wèn)題，鐘擺又開始擺回來(lái)擺向DAS。

1. 由于出現(xiàn)速度越來(lái)越快的存儲(chǔ)設(shè)備(閃存、SSD等)，通過(guò)SAN網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)這些存儲(chǔ)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件方面的開銷開始在總的響應(yīng)時(shí)間中占大頭。DAS的訪問(wèn)時(shí)間只有SAN訪問(wèn)時(shí)間的一半至三分之一。

2. SAN陣列中的存儲(chǔ)設(shè)備其價(jià)格比DAS存儲(chǔ)中的存儲(chǔ)設(shè)備貴得多，即便使用的存儲(chǔ)設(shè)備一模一樣。

3. 除了少數(shù)幾個(gè)例外，SAN存儲(chǔ)通常是專有的，無(wú)法橫向擴(kuò)展。添加更多的存儲(chǔ)(超過(guò)一定的范圍)常常需要更復(fù)雜的升級(jí)流程。

4. SAN管理起來(lái)復(fù)雜。基于光纖通道標(biāo)準(zhǔn)的SAN需要獨(dú)特的主機(jī)總線適配器(HBA)、獨(dú)特的交換機(jī)、獨(dú)特的電纜、邏輯單元號(hào)(LUN)分區(qū)、LUN掩碼和新的多路徑驅(qū)動(dòng)程序。雖然基于以太網(wǎng)的SAN(比如iSCSI SAN)不需要一種不同類型的網(wǎng)絡(luò)用于存儲(chǔ)，但管理起來(lái)仍有點(diǎn)復(fù)雜。SAN方面的復(fù)雜性主要來(lái)自虛擬機(jī)等應(yīng)用程序概念和LUN等存儲(chǔ)概念之間的脫節(jié)，以及計(jì)算和存儲(chǔ)的分開管理。

由于SAN的這些問(wèn)題，市面上出現(xiàn)了新的存儲(chǔ)軟件，名為虛擬SAN或vSAN軟件。

超融合或HCI系統(tǒng)是緊密耦合的計(jì)算和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，因而不需要普通的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)，它使用vSAN軟件來(lái)獲得同等的功能，并利用現(xiàn)有服務(wù)器來(lái)滿足網(wǎng)絡(luò)和DAS存儲(chǔ)需求。應(yīng)用服務(wù)器上的DAS存儲(chǔ)和vSAN軟件這對(duì)組合現(xiàn)在的價(jià)格低于SAN存儲(chǔ)，但提供大致相當(dāng)?shù)墓δ?。存?chǔ)功能通過(guò)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)中的軟件來(lái)提供，還可添加可選功能，比如備份、恢復(fù)、復(fù)制、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除和壓縮。典型的HCI系統(tǒng)包括：Nutanix、Simplivity、思科Hyperflex、 Gridstore、Pivot3和Scale Computing。

相比光纖通道SAN，HCI系統(tǒng)不需要新的HBA、電纜或交換機(jī)。但是，與所有SAN一樣，HCI系統(tǒng)確實(shí)需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)。某個(gè)應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)可能存儲(chǔ)在本地DAS上，也可能存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)上。在后一種情況下，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)設(shè)備讀取數(shù)據(jù)。類似的是，某個(gè)應(yīng)用程序?qū)懭霐?shù)據(jù)時(shí)，本地副本可能寫入到本地DAS，然而第二個(gè)副本必須始終經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)，寫入到另外某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)設(shè)備。HCI系統(tǒng)試圖通過(guò)把數(shù)據(jù)放在最有可能訪問(wèn)該數(shù)據(jù)的服務(wù)器的DAS存儲(chǔ)上來(lái)提升性能――這項(xiàng)技術(shù)名為數(shù)據(jù)本地化(data locality)。

HCI系統(tǒng)通過(guò)這兩種方法來(lái)簡(jiǎn)化存儲(chǔ)管理：一是提供以應(yīng)用為中心的存儲(chǔ)管理功能(虛擬機(jī)快照而不是LUN快照)，二是提供計(jì)算和存儲(chǔ)的綜合管理。

四. 存儲(chǔ)和SAN協(xié)議方面的新動(dòng)向

在本章節(jié)，不妨看看存儲(chǔ)和SAN協(xié)議方面最近的三大動(dòng)向。

1. NVMe over Fabrics取代SCSI

1986年，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(SCSI)成為用于連接以及主機(jī)和目標(biāo)塊存儲(chǔ)設(shè)備或系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的一種標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)和磁帶還是主要的存儲(chǔ)介質(zhì)。NVMe是一種比較新的SCSI替代方案，它旨在與更快速的介質(zhì)結(jié)合使用，比如固態(tài)硬盤(SSD)和基于后閃存的技術(shù)。

NVMe提供了經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的寄存器接口和命令集，減少輸入/輸出堆棧的處理器開銷。基于NVMe的存儲(chǔ)設(shè)備有諸多好處，包括延遲較低、增強(qiáng)了并行處理能力、提升了性能。

NVMe原先是為通過(guò)計(jì)算機(jī)的PCIe主線來(lái)本地使用而設(shè)計(jì)的。NVMe over Fabrics(NVMeoF)讓用戶能夠使用替代傳統(tǒng)方法，這些替代方法延長(zhǎng)了NVMe主機(jī)設(shè)備和NVMe存儲(chǔ)設(shè)備或子系統(tǒng)可以連接的距離。NVMeoF的設(shè)計(jì)目的是，讓遠(yuǎn)程存儲(chǔ)設(shè)備的延遲在本地連接的NVMe存儲(chǔ)設(shè)備的延遲的10微秒之內(nèi)。

SAN網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)上使用基于光纖通道傳輸?shù)腟CSI協(xié)議。NVMeoF規(guī)范在2016年6月發(fā)布后，未來(lái)的SAN將使用基于結(jié)合RDMA的以太網(wǎng)(iWARP或RoCE)等傳輸方法的NVMeoF協(xié)議。Mangstor已宣布提供使用NVMeoF的NX系列閃存陣列，支持300萬(wàn)IOPS和不到100微秒的延遲。Mellanox和Qlogic也在2016年8月的英特爾開發(fā)者論壇上展示了NVMeoF解決方案。

這些新興的SAN，SAN和DAS之間的性能差異實(shí)際上會(huì)消失。

2. 標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器上出現(xiàn)頗有競(jìng)爭(zhēng)力的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

在過(guò)去，與SAN連接的共享塊存儲(chǔ)控制器往往是專有的。它們是用特殊主板、有時(shí)甚至用特殊ASIC來(lái)制造的，3Par的產(chǎn)品就是這樣。

共享塊存儲(chǔ)日益使用標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器來(lái)制造，這種系統(tǒng)在成本、性能和可擴(kuò)展性方面與用專有硬件來(lái)制造的共享塊存儲(chǔ)相比頗有競(jìng)爭(zhēng)力。用標(biāo)準(zhǔn)硬件來(lái)制造的共享塊存儲(chǔ)的幾個(gè)例子包括：EMC ScaleIO、Formation Data和Hedvig等，這類軟件定義存儲(chǔ)陣列有很多。

3. 網(wǎng)絡(luò)共享存儲(chǔ)中出現(xiàn)以應(yīng)用為中心的存儲(chǔ)管理

過(guò)去的SAN存儲(chǔ)提供了以LUN為中心的存儲(chǔ)管理。網(wǎng)絡(luò)SAN存儲(chǔ)廠商(比如Tintri5)現(xiàn)在提供以應(yīng)用為中心的存儲(chǔ)管理。

4. 小結(jié)

這三大動(dòng)向表明，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)塊存儲(chǔ)可以：

·用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器硬件來(lái)制造

·擁有簡(jiǎn)單的以應(yīng)用為中心的管理中心

·使用NVMeoF協(xié)議，擁有高性能

在我看來(lái)，這三大動(dòng)向會(huì)給未來(lái)的存儲(chǔ)和融合架構(gòu)帶來(lái)重大影響。

五. 下一代存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代 — — 2016年 — ?

不妨回過(guò)頭來(lái)分析鐘擺遠(yuǎn)離SAN、擺向DAS和超融合的四大原因。

1. DAS訪問(wèn)時(shí)間只有SAN訪問(wèn)時(shí)間的一半至三分之一。NVMeoF問(wèn)世后，這個(gè)說(shuō)法不再成立。

2. SAN存儲(chǔ)設(shè)備比DAS存儲(chǔ)設(shè)備昂貴?，F(xiàn)在許多SAN陣列只是在擁有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器上運(yùn)行的軟件。這常常被稱為軟件定義存儲(chǔ)(SDS)。由于這些是標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器，與它們相連接的存儲(chǔ)設(shè)備不再比DAS中所用的那些存儲(chǔ)設(shè)備昂貴。所以，這個(gè)觀點(diǎn)不再適用。

3. SAN存儲(chǔ)是專有的。就上面描述的軟件定義存儲(chǔ)而言，基于標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器而建的SAN存儲(chǔ)不再是專有的。

4. SAN管理起來(lái)復(fù)雜。對(duì)未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)塊存儲(chǔ)而言，不再是這樣?，F(xiàn)在可以使用標(biāo)準(zhǔn)x86服務(wù)器作為由高性能以太網(wǎng)連接至計(jì)算服務(wù)器的存儲(chǔ)控制器來(lái)建造網(wǎng)絡(luò)塊存儲(chǔ);可以使用虛擬網(wǎng)絡(luò)，因而不需要LUN分區(qū)和掩碼;可以使用標(biāo)準(zhǔn)的Linux MPIO驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)共享存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)高可用性訪問(wèn)。此外，這類存儲(chǔ)很容易提供以應(yīng)用為中心的存儲(chǔ)管理，Tintri及其他廠商證明了這一點(diǎn)。這類存儲(chǔ)還可以與支持綜合管理計(jì)算和存儲(chǔ)的融合解決方案中的計(jì)算服務(wù)器集成起來(lái)。

總之，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)塊存儲(chǔ)將使用RDMA網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)(而不是光纖通道)，使用NVMeoF協(xié)議(而不是SCSI)，使用虛擬網(wǎng)絡(luò)來(lái)消除分區(qū)和LUN掩碼。

由于SAN這個(gè)詞在許多人的頭腦中常常與光纖通道聯(lián)系起來(lái)，還與分區(qū)和LUN掩碼等概念聯(lián)系起來(lái)，我不會(huì)使用SAN這個(gè)詞來(lái)稱呼未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)塊存儲(chǔ)。

六. 下一代融合時(shí)代 — — 2016年 — ?

如前所述，超融合或HCI系統(tǒng)在2012年出現(xiàn)，作為第三代融合。

在我看來(lái)，會(huì)出現(xiàn)利用我們?cè)谇耙还?jié)描述的下一代存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的第四代融合。我們將這類系統(tǒng)稱為超級(jí)融合或SCI系統(tǒng)，它將集成服務(wù)器和存儲(chǔ)，并使用下一代存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接。與HCI一樣，SCI也將作為單一產(chǎn)品來(lái)制造和交付，采用單一管理控制臺(tái)。同樣的RDMA以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將用于把計(jì)算服務(wù)器彼此連接起來(lái)，并將計(jì)算服務(wù)器與基于x86的存儲(chǔ)服務(wù)器連接起來(lái)。不像在超融合系統(tǒng)中，用戶可以選擇SCI中的存儲(chǔ)服務(wù)器，確保針對(duì)存儲(chǔ)功能經(jīng)過(guò)了優(yōu)化(在可用的DRAM、網(wǎng)卡的數(shù)量和速度、x86核心的數(shù)量等方面)，SCI的存儲(chǔ)服務(wù)器可能不同于計(jì)算服務(wù)器。與超融合系統(tǒng)一樣，存儲(chǔ)系統(tǒng)也將以應(yīng)用為中心，單一控制臺(tái)將提供綜合管理計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)的功能。

從上述分析來(lái)看，很顯然，未來(lái)的超級(jí)融合系統(tǒng)與超融合系統(tǒng)相比不再有缺陷。恰恰相反，使用DAS的超融合系統(tǒng)比使用共享塊存儲(chǔ)的超級(jí)融合系統(tǒng)會(huì)存在下列缺陷。

1. 基于DAS的超融合系統(tǒng)以耦合的方式擴(kuò)展計(jì)算和存儲(chǔ)。新節(jié)點(diǎn)通常以不同的比率添加存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源。超級(jí)融合系統(tǒng)可以單獨(dú)擴(kuò)展存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源。這樣可以更精確地分配資源，以滿足應(yīng)用需求。結(jié)果是，超級(jí)融合系統(tǒng)可支持更多樣化的工作負(fù)載。

2. 基于DAS的超融合系統(tǒng)使用閃存緩存和數(shù)據(jù)本地化來(lái)提升性能。對(duì)未來(lái)的橫向擴(kuò)展型工作負(fù)載而言，數(shù)據(jù)本地化很難維持，這是由于它們的數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式無(wú)法預(yù)測(cè)，又由于一些數(shù)據(jù)可能從多個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)共享和訪問(wèn)。此外，工作負(fù)載從一個(gè)節(jié)點(diǎn)遷移到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，超融合系統(tǒng)需要把數(shù)據(jù)從原始節(jié)點(diǎn)遷移到新節(jié)點(diǎn)，確保性能良好。這對(duì)使用高性能NVMeoF的超級(jí)融合系統(tǒng)來(lái)說(shuō)沒(méi)有必要，因?yàn)榇鎯?chǔ)性能從任何節(jié)點(diǎn)來(lái)看都將一樣。此外，主機(jī)閃存緩存在超級(jí)融合系統(tǒng)中毫無(wú)必要，因?yàn)橹鳈C(jī)閃存訪問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)閃存訪問(wèn)之間的延遲差異可以忽略不計(jì)。開發(fā)緩存和數(shù)據(jù)本地化軟件的復(fù)雜性，以及任何隨之而來(lái)的編程錯(cuò)誤在超級(jí)融合系統(tǒng)中都被消除了。

3. 不像HCI，SCI系統(tǒng)可以選擇針對(duì)運(yùn)行存儲(chǔ)功能經(jīng)過(guò)了優(yōu)化的存儲(chǔ)服務(wù)器，從而優(yōu)化存儲(chǔ)性能。

4. HCI系統(tǒng)以一種低效的方式提供了高可用性存儲(chǔ)。所有現(xiàn)有的HCI系統(tǒng)不是使用復(fù)制(相比RAID很昂貴)，就是使用糾刪碼(性能通常比同等實(shí)施的RAID略為遜色，因?yàn)橄啾萊AID采用的簡(jiǎn)單奇偶校驗(yàn)，采用了計(jì)算開銷更高、內(nèi)存更密集的功能)。超級(jí)融合系統(tǒng)可以實(shí)施高性能RAID，提供高效的高可用性存儲(chǔ)。

5. HCI系統(tǒng)通常很難保證應(yīng)用性能，因?yàn)檫\(yùn)行客戶應(yīng)用軟件所需的計(jì)算資源勢(shì)必會(huì)與在同一組節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行vSAN軟件所需的計(jì)算資源相競(jìng)爭(zhēng)，而且性能高度依賴數(shù)據(jù)本地化。

由于這些原因，我得出結(jié)論：未來(lái)的超級(jí)融合系統(tǒng)可能會(huì)比基于DAS的超融合系統(tǒng)更勝一籌。

七. 小結(jié)和結(jié)論

SAN存在的問(wèn)題導(dǎo)致超融合系統(tǒng)問(wèn)世。由于最近的技術(shù)發(fā)展，比如NVMeoF、軟件定義存儲(chǔ)和以應(yīng)用為中心的存儲(chǔ)管理，我認(rèn)為，在不遠(yuǎn)的將來(lái)出現(xiàn)的共享塊存儲(chǔ)系統(tǒng)不再面臨原來(lái)的SAN缺陷。此外，包括這些下一代存儲(chǔ)系統(tǒng)的未來(lái)集成系統(tǒng)(名為超級(jí)融合系統(tǒng))消除了超融合系統(tǒng)的幾個(gè)局限性，比如耦合擴(kuò)展、需要遷移數(shù)據(jù)以保持?jǐn)?shù)據(jù)本地化、存儲(chǔ)冗余低效、性能不一致，等等。

我的結(jié)論是，未來(lái)的***基礎(chǔ)設(shè)施將是基于使用NVMeoF的新興存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)融合系統(tǒng)。超融合系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)占有一席之地，尤其是作為中小企業(yè)客戶的入門級(jí)系統(tǒng);對(duì)中小企業(yè)來(lái)說(shuō)，易用性至關(guān)重要，可擴(kuò)展性不是很要緊的問(wèn)題，但是我們很可能在炒作周期(hype cycle)上看到超融合系統(tǒng)達(dá)到頂峰(暗指此后日漸沒(méi)落)。

原文標(biāo)題：What comes after Hyperconverged? Superconverged!   作者：Menon

【51CTO譯稿，合作站點(diǎn)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原文譯者和出處為51CTO.com】