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超融合架构是未来数据中心的发展趋势. 2020-10-20
数据中心发展到现在主要经历了4个阶段，基于传统IT架构的数据中心，虚拟化数据中心，云数据中心和基于超融合架构的云数据中心。
1、基于传统IT架构的数据中心
传统数据中心所采用的基础架构，是一个包含孤立存储、X86或小型机服务器、网络、高可用软件和管理软件的复杂系统架构，需要很多集成商和不同硬件厂商提供技术服务团队。包括需要不的存储、技术和网络团队负责采购、扩充和对设备的支持，维护生产系统，和不同的厂商打交道。这种传统IT架构需要庞大的专业技术服务团队来支撑，不仅成本高，维护复杂，而且容易让企业对厂商形成过度依赖。再加上多厂商合作存在兼容性和管理上的问题，使数据中心缺乏灵活性，部署周期也往往长达几个月，严重制约了企业数据中心的发展。
这种架构适应了当时的数据大集中趋势，直到现在仍然还被很多企业采用，它是数据中心进入初始发展阶段的标志。
传统IT硬件厂商在这一阶段得到了飞速的发展。因为集中的部署方式必然会带来对硬件产品的性能、可靠性及扩展性需求的增加，促进了高端设备的销售。特别是存储设备厂商，由于数据大集中的需要，集中式的SAN/NAS存储得到了快速的发展。
所谓传统存储，是相对于现在兴起的分布式存储而言，传统存储是集中式的，由控制器（处理器、内存、系统、软件）、IO控制卡、IO总线、磁盘阵列组成，按照能力特性又分为低端、中端和高端。其主要的差别还是在控制器的能力的不同，目前大部分企业采用的SAN存储或网络存储。由于存储的硬盘技术在很长一段时间内没有技术和工艺的突破，传统存储厂商只能在其他的特性寻找突破，包括：双控制器、多控制器、镜像、双活、自动分层、重删、快照、精简配置和数据复制等。
由于传统数据中心的架构制约，这种存储孤岛式的数据中心弊端也随之产生，目前正受到严重的挑战：
无法满足对云计算、大数据等新兴业务的需要，缺乏灵活性
容易形成数据孤岛，资源利用率很低，运维和管理成本高
系统结构复杂、设备部署周期长，采购成本高、性价比低
随着企业应用的增加，传统存储无法适应快速增长的性能和容量需求
2、基于虚拟化技术的数据中心
服务器虚拟化技术的出现代表数据中心进入了虚拟化的时代。以VMware为代表的软件厂商带领数据中心由物理硬件数据中心向虚拟化数据中心转变。
虚拟花技术就是将物理服务器、操作系统、及其应用程序打为一个可移动的虚拟机(VM)。在一个物理服务器上运行多个虚拟机，这些虚拟机共享底层硬件，从应用的角度看就象是一个物理服务器，有自己的操作系统，cpu、内存和存储等虚拟资源。虚拟机是可移动的，可以提高服务器的利用率；同虚拟机支持操作系统的和数据的备份、实施更加灵活。
虚拟化技术提高了服务器的资源利用率，并通过VMware的Vmotion/HA/FT等高可靠性技术极大的提高数据中心的业务系统的连续性。服务器虚拟化技术的大规模应用直接导致了业务应用由传统IBM/HP等小型机服务器平台迁移至X86服务器、VMware虚拟化软件和集中SAN存储平台。虚拟化技术所带来的好处是显而易见的，大部分企业由传统IT架构逐步转向基于虚拟化技术的数据中心架构。
服务器虚拟化的应用对数据中心带来的好处主要有：
1、传统IT架构数据中心的硬件的成本非常高，利用虚拟化技术，可以减少硬件的需求的数量，从而降低硬件采购成本。除了节省成本，虚拟机技术和还能使数据中心更加易维护、用电少，随着时间的推移，虚拟化带来的成本降低是非常明显的。
2、应用部署的灵活性得到了极大的改善，随着虚拟化技术的发展，重新部署应用可以通过虚拟机的快照技术在几分钟之内就能够完成。同时，应用的备份和迁移同样也变得简单、方便。
随着企业业务的不断发展，越来越多的业务需要互联网化，基于虚拟化技术的数据中心也不能完全适应业务发展带来的变化。因为基于虚拟化技术的数据中心仅仅解决了服务器资源利用率和高可用性的问题，但是计算与存储分离，只能通过专用的SAN/NAS的存储访问方式。VMware服务器虚拟化的Vmotion/HA等高可用特性极度依赖于集中存储，如果没有集中存储设备，这些特性都无法实现。所以基于虚拟化的数据中心又带来了新的存储问题：
1、集中存储通常采用纵向扩展方式，性能和容配置无法扩展，存储设备之间的数据迁移非常困难，这也会导致性能孤岛和数据孤岛的出现。
2、VMware虚拟化软件+集中存储的架构非常依赖于存储，存储设备故障将导致整个虚拟机资源的停机。
3、VMware的存储性能完全取决于后端集中存储的能力。而单一存储的性能是有限的。
4、虚拟化存储并不能解决数据中心的存储性能和架构复杂性的问题。虚拟化存储只是可以整合存储资源，提高存储设备的资源利用率。其实存储虚拟化是一个网关类设备，只是在SAN存储网络上加了一个存储管理层，这并不能降低整个IT架构的复杂性。在大规模部署的时候反而会带来新的问题。
5、基于虚拟化技术的数据中心只是提高了架构的灵活性，成本并没有降低。基础设施投入比和传统IT架构基本一致，虽然采用X86服务器可以降低计算成本，但是同时也需要购买VMware的许可证和高端集中存储设备，成本并没有显著降低。同时，为了保证虚拟化系统的可靠性，存储系统往往需要购买2台做镜像。
3、云计算数据中心
云计算数据中心不仅仅是技术，而是一种服务模式的创新。云计算之所以能够为用户带来更高的效率、灵活性和可扩展性，是基于对整个IT数据中心架构的变革，其技术和应用涉及硬件系统、软件系统、应用系统、运维管理、服务模式等各个方面。云计算的服务模式有SPI（即SaaS、PaaS和IaaS）这三个层次。
IaaS（基础架构即服务）作为云计算的三大部分之一，将基础架构进行云化，从而更好的为应用系统的上线、部署和运维提供支撑，提升效率，降低TCO。同时，由于IaaS包含各种类型的硬件和软件系统，因此在向云迁移过程中也面临前所未有的复杂性和挑战。
云计算架构在虚拟化的技术架构上丰富了虚拟化层，并通过云管理平台系统实现对虚拟化资源的自动调度、分配和计费等自助按需服务内容。
虚拟化层：大多数云计算架构都广泛采用虚拟化技术，包括计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。通过虚拟化层，屏蔽了硬件层自身的差异和复杂度，向上呈现为标准化、可灵活扩展和收缩、弹性的虚拟化资源池；虚拟化层对资源池进行调配、组合，根据应用系统的需要自动生成、扩展所需的硬件资源，将更多的应用系统通过流程化、自动化部署和管理，提升IT效率。
相对于虚拟化架构，云计算架构通过虚拟化整合与自动化，应用系统共享基础架构资源池，实现高利用率、高可用性、低成本、低能耗，并且通过云平台层的自动化管理，实现快速部署、易于扩展、智能管理，帮助用户构建IaaS（基础架构即服务）云业务模式。
云计算架构资源池使得计算、存储、网络以及对应虚拟化单个产品和技术本身不再是核心，重要的是这些资源的整合，形成一个有机的、可灵活调度和扩展的资源池，面向云应用实现自动化的部署、监控、管理和运维。
云计算架构资源的整合，对计算、存储、网络虚拟化提出了新的挑战，并带动了一系列网络、虚拟化技术的变革。传统IT架构和虚拟化架构模式下，服务器、网络和存储是基于物理设备连接的，因此，针对服务器、存储的访问控制、QoS带宽、流量监控等策略基于物理端口进行部署，管理界面清晰，并且设备及对应的策略是静态、固定的。云计算架构模式下，服务器、网络、存储、安全采用了虚拟化技术，资源池使得设备及对应的策略是动态变化的。
为了应对这种变化，实现云计算的发展，进行异构硬件系统的融合是必须解决的问题。一般的云计算技术只能在专用的硬件设备上实现资源的虚拟化和管理，并没有彻底实现硬件资源与虚拟化管理软件之间的解耦。这使得存储虚拟化这类技术并不适用于大规模的虚拟数据中心环境。比如，企业如果想将传统的IT基础架构改造为虚拟化的云计算数据中心，在技术上和经济性上都是不可行的。
主要存在以下几个问题：
云计算技术为更容易的管理应用而生，它利用虚拟化技术解决了CPU、内存资源闲置的问题。但随着虚拟化的大规模应用，虚拟机越来越多，虚拟机在传统存储上运行却越来越慢了。“慢”造成“体验差”，“体验差”成为了限制虚拟化应用的最大的瓶颈。这里面的最重要原因自然是，存储的I/O性能不够，大量的虚拟机和容器同时运行，I/O的混合，使得随机读写急剧增加，传统存储的结构无法承受大量的随机I/O。
4、基于超融合架构的云数据中心
基于超融合架构的云数据中心是指大量采用软件定义的技术，将计算、存储、网络与专用硬件实现解耦，实现IT基础架构的真正融合，为云计算数据中心的实施与部署扫清最后一个障碍。
软件定义的概念围绕让数据中心的三个重要基础设施，即服务器、网络和存储变得更为灵活，更自动化，并且更少依赖基础物理硬件。以亚马逊、阿里、百度和腾讯等互联网公司为代表的云计算服务商都是基于标准化的X86服务器，通过软件定义技术心向客户提供计算、网络和存储服务。在存储服务上，这些互联网服务商使用大量标准的x86服务器组成集群，没有集中或共享的SAN/NAS存储设备，把分布在每个节点上的服务器本地存储，用软件定义存储的方式聚合为可共享的逻辑存储池，这是大规模互联网基础设施的典型特征。超融合架构存储是以软件定义技术替代了传统IT基础系统中的SAN，核心内容是构筑于标准X86服务器硬件上的软件定义存储和服务器虚拟化。超融合架构被广泛认为是互联网技术影响传统IT企业领域的体现。
软件定义技术是构建大规模云计算服务的基础，为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和可靠性。可以说，这是实现“超融合架构云数据中心”所必须的技术之一。
因此，采用超融合架构提供云计算服务已经是一个明显的趋势。其特点是通过软件帮助用户将服务器、网络、虚拟化等整合为一个易于管理的集成系统，并通过自动化运维减少手动操作，提高安全性和降低人为错误，从而降低实施和运维风险，并降低运营成本。
IT数据中心的发展趋势
实现基于超融合架构的云数据中心几个必要条件：
超融合架构是基于标准通用的硬件平台，通过软件定义实现计算、存储、网络融合，实现以虚拟化为中心的软件定义数据中心的技术架构。这里面有几个必要条件：通用硬件平台、软件定义、虚拟化，其中软件定义的分布式存储是核心。
(1)完全软件定义。独立于硬件，采用商业通用标准硬件平台(如X86)，完全采用软件实现计算、存储、网络等功能。
(2)完全虚拟化。以虚拟化计算为中心，计算、存储、网络均由虚拟化引擎统一管理和调度，软件定义存储由虚拟机控制器CVM进行管理。
(3)完全分布式。横向扩展的分布式系统，计算、存储、网络按需进行动态扩展，系统不存在任意单点故障，采用分布式存储。
