【51CTO.com快譯】作為一半職業(yè)生涯是在技術研究領域度過的未來學家，我想試圖對未來作一番預測，為此既回顧了超融合的歷史，又分析了幾個新興的技術。

一、超融合方面的背景

***代IT基礎設施是“孤島式”架構，計算、存儲和網絡由客戶單獨選擇和購買。客戶需要確保這三種產品協(xié)同運行。從2007年開始，市面上出現(xiàn)了第二代融合基礎設施(CI)系統(tǒng)，它們捆綁了現(xiàn)有的服務器、存儲和網絡產品，并輔以管理軟件。這種方法將客戶購買后運行***個應用軟件所花費的時間由幾個月縮短至幾周，因為廠商預先測試并預先集成了這三種產品。在孤島式架構和融合架構中，存儲區(qū)域網絡(SAN)都被用于存儲(為了讓本文簡單化，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算和存儲硬件，不需要SAN。融合基礎設施其實是三種預先測試的產品，只不過一起銷售;不像整合基礎設施，超融合才是真正的單一產品，采用統(tǒng)一管理。HCI系統(tǒng)就好比是第三代融合。

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據451 Research針對IT買家的***季度《企業(yè)之聲》調查報告聲稱，超融合基礎設施目前應用于40%的企業(yè)組織;451 Research的分析師預計這個數(shù)字在今后兩年會大幅提升。

作為一半職業(yè)生涯是在技術研究領域度過的未來學家，我想試圖對未來作一番預測，為此既回顧了超融合的歷史，又分析了幾個新興的技術。

先來介紹一下歷史。

二. SAN時代 — — 1994年–2012年

存儲區(qū)域網絡(SAN)是一種網絡，它讓用戶可以通過數(shù)據中心的多臺服務器訪問共享塊存儲，比如磁盤陣列。它讓用戶能夠在整個園區(qū)合并高吞吐量存儲。

串行光纖通道(FC)網絡標準在1994年出現(xiàn)、1 Gbps光纖通道在1997年面市后，SAN變得流行起來。直接連接存儲(DAS)是當時的一項替代技術，但是它不支持存儲共享，導致存儲資源的利用率很低。

SAN通過使用一組共同的存儲功能(數(shù)據中心中的所有服務器都可以享用這些功能)，提高了存儲資源的利用率，提高了可靠性，確保高性能存儲共享，還簡化了存儲管理。此外，SAN讓用戶可以獨自擴展存儲和計算資源，因而可以運行各種各樣的存儲及計算需求大不一樣的工作負載。

光纖通道SAN網絡的性能繼續(xù)不斷提升。2000年初，光纖通道SAN的成本和復雜性大大下降，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存儲中，它們常常是DAS存儲所沒有的，比如快照、克隆、壓縮、重復數(shù)據刪除、存儲分層和遠程拷貝等功能。后來出現(xiàn)了作為光纖通道SAN替代技術的iSCSI SAN和FCoE(基于以太網的光纖通道)。它們讓以太網得以用于存儲，因而通過消除專門用于存儲的第二種類型的網絡，簡化了管理。由于這幾個發(fā)展動向，共享式SAN存儲變得非常流行，DAS存儲卻日漸式微，大概2012之前就是這個樣子。

三. DAS和超融合時代 — — 2012年–2016+

然而近幾年，由于SAN存在下列四大問題，鐘擺又開始擺回來擺向DAS。

1. 由于出現(xiàn)速度越來越快的存儲設備(閃存、SSD等)，通過SAN網絡訪問這些存儲設備在網絡協(xié)議和軟件方面的開銷開始在總的響應時間中占大頭。DAS的訪問時間只有SAN訪問時間的一半至三分之一。

2. SAN陣列中的存儲設備其價格比DAS存儲中的存儲設備貴得多，即便使用的存儲設備一模一樣。

3. 除了少數(shù)幾個例外，SAN存儲通常是專有的，無法橫向擴展。添加更多的存儲(超過一定的范圍)常常需要更復雜的升級流程。

4. SAN管理起來復雜。基于光纖通道標準的SAN需要獨特的主機總線適配器(HBA)、獨特的交換機、獨特的電纜、邏輯單元號(LUN)分區(qū)、LUN掩碼和新的多路徑驅動程序。雖然基于以太網的SAN(比如iSCSI SAN)不需要一種不同類型的網絡用于存儲，但管理起來仍有點復雜。SAN方面的復雜性主要來自虛擬機等應用程序概念和LUN等存儲概念之間的脫節(jié)，以及計算和存儲的分開管理。

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

超融合或HCI系統(tǒng)是緊密耦合的計算和存儲節(jié)點，因而不需要普通的存儲區(qū)域網絡(SAN)，它使用vSAN軟件來獲得同等的功能，并利用現(xiàn)有服務器來滿足網絡和DAS存儲需求。應用服務器上的DAS存儲和vSAN軟件這對組合現(xiàn)在的價格低于SAN存儲，但提供大致相當?shù)墓δ?。存儲功能通過服務器節(jié)點中的軟件來提供，還可添加可選功能，比如備份、恢復、復制、重復數(shù)據刪除和壓縮。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。但是，與所有SAN一樣，HCI系統(tǒng)確實需要通過網絡訪問遠程存儲。某個應用程序讀取數(shù)據時，數(shù)據可能存儲在本地DAS上，也可能存儲在一個或多個遠程節(jié)點上。在后一種情況下，需要通過網絡從一個或多個遠程存儲設備讀取數(shù)據。類似的是，某個應用程序寫入數(shù)據時，本地副本可能寫入到本地DAS，然而第二個副本必須始終經由網絡，寫入到另外某個節(jié)點上的遠程存儲設備。HCI系統(tǒng)試圖通過把數(shù)據放在最有可能訪問該數(shù)據的服務器的DAS存儲上來提升性能――這項技術名為數(shù)據本地化(data locality)。

HCI系統(tǒng)通過這兩種方法來簡化存儲管理：一是提供以應用為中心的存儲管理功能(虛擬機快照而不是LUN快照)，二是提供計算和存儲的綜合管理。

四. 存儲和SAN協(xié)議方面的新動向

在本章節(jié)，不妨看看存儲和SAN協(xié)議方面最近的三大動向。

1. NVMe over Fabrics取代SCSI

1986年，小型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)成為用于連接以及主機和目標塊存儲設備或系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據的一種標準，當時硬盤驅動器(HDD)和磁帶還是主要的存儲介質。NVMe是一種比較新的SCSI替代方案，它旨在與更快速的介質結合使用，比如固態(tài)硬盤(SSD)和基于后閃存的技術。

NVMe提供了經過簡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?；贜VMe的存儲設備有諸多好處，包括延遲較低、增強了并行處理能力、提升了性能。

NVMe原先是為通過計算機的PCIe主線來本地使用而設計的。NVMe over Fabrics(NVMeoF)讓用戶能夠使用替代傳統(tǒng)方法，這些替代方法延長了NVMe主機設備和NVMe存儲設備或子系統(tǒng)可以連接的距離。NVMeoF的設計目的是，讓遠程存儲設備的延遲在本地連接的NVMe存儲設備的延遲的10微秒之內。

SAN網絡傳統(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，未來的SAN將使用基于結合RDMA的以太網(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之間的性能差異實際上會消失。

2. 標準x86服務器上出現(xiàn)頗有競爭力的網絡存儲

在過去，與SAN連接的共享塊存儲控制器往往是專有的。它們是用特殊主板、有時甚至用特殊ASIC來制造的，3Par的產品就是這樣。

共享塊存儲日益使用標準x86服務器來制造，這種系統(tǒng)在成本、性能和可擴展性方面與用專有硬件來制造的共享塊存儲相比頗有競爭力。用標準硬件來制造的共享塊存儲的幾個例子包括：EMC ScaleIO、Formation Data和Hedvig等，這類軟件定義存儲陣列有很多。

3. 網絡共享存儲中出現(xiàn)以應用為中心的存儲管理

過去的SAN存儲提供了以LUN為中心的存儲管理。網絡SAN存儲廠商(比如Tintri5)現(xiàn)在提供以應用為中心的存儲管理。

4. 小結

這三大動向表明，未來的網絡塊存儲可以：

·用標準服務器硬件來制造

·擁有簡單的以應用為中心的管理中心

·使用NVMeoF協(xié)議，擁有高性能

在我看來，這三大動向會給未來的存儲和融合架構帶來重大影響。

五. 下一代存儲網絡時代 — — 2016年 — ?

不妨回過頭來分析鐘擺遠離SAN、擺向DAS和超融合的四大原因。

1. DAS訪問時間只有SAN訪問時間的一半至三分之一。NVMeoF問世后，這個說法不再成立。

2. SAN存儲設備比DAS存儲設備昂貴?，F(xiàn)在許多SAN陣列只是在擁有標準以太網網絡和存儲設備的標準x86服務器上運行的軟件。這常常被稱為軟件定義存儲(SDS)。由于這些是標準x86服務器，與它們相連接的存儲設備不再比DAS中所用的那些存儲設備昂貴。所以，這個觀點不再適用。

3. SAN存儲是專有的。就上面描述的軟件定義存儲而言，基于標準x86服務器而建的SAN存儲不再是專有的。

4. SAN管理起來復雜。對未來的網絡塊存儲而言，不再是這樣?，F(xiàn)在可以使用標準x86服務器作為由高性能以太網連接至計算服務器的存儲控制器來建造網絡塊存儲;可以使用虛擬網絡，因而不需要LUN分區(qū)和掩碼;可以使用標準的Linux MPIO驅動程序，對共享存儲實現(xiàn)高可用性訪問。此外，這類存儲很容易提供以應用為中心的存儲管理，Tintri及其他廠商證明了這一點。這類存儲還可以與支持綜合管理計算和存儲的融合解決方案中的計算服務器集成起來。

總之，未來的網絡塊存儲將使用RDMA網絡的以太網(而不是光纖通道)，使用NVMeoF協(xié)議(而不是SCSI)，使用虛擬網絡來消除分區(qū)和LUN掩碼。

由于SAN這個詞在許多人的頭腦中常常與光纖通道聯(lián)系起來，還與分區(qū)和LUN掩碼等概念聯(lián)系起來，我不會使用SAN這個詞來稱呼未來的網絡塊存儲。

六. 下一代融合時代 — — 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，會出現(xiàn)利用我們在前一節(jié)描述的下一代存儲網絡的第四代融合。我們將這類系統(tǒng)稱為超級融合或SCI系統(tǒng)，它將集成服務器和存儲，并使用下一代存儲網絡來連接。與HCI一樣，SCI也將作為單一產品來制造和交付，采用單一管理控制臺。同樣的RDMA以太網網絡將用于把計算服務器彼此連接起來，并將計算服務器與基于x86的存儲服務器連接起來。不像在超融合系統(tǒng)中，用戶可以選擇SCI中的存儲服務器，確保針對存儲功能經過了優(yōu)化(在可用的DRAM、網卡的數(shù)量和速度、x86核心的數(shù)量等方面)，SCI的存儲服務器可能不同于計算服務器。與超融合系統(tǒng)一樣，存儲系統(tǒng)也將以應用為中心，單一控制臺將提供綜合管理計算、網絡和存儲的功能。

從上述分析來看，很顯然，未來的超級融合系統(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)比使用共享塊存儲的超級融合系統(tǒng)會存在下列缺陷。

1. 基于DAS的超融合系統(tǒng)以耦合的方式擴展計算和存儲。新節(jié)點通常以不同的比率添加存儲資源和計算資源。超級融合系統(tǒng)可以單獨擴展存儲資源和計算資源。這樣可以更精確地分配資源，以滿足應用需求。結果是，超級融合系統(tǒng)可支持更多樣化的工作負載。

2. 基于DAS的超融合系統(tǒng)使用閃存緩存和數(shù)據本地化來提升性能。對未來的橫向擴展型工作負載而言，數(shù)據本地化很難維持，這是由于它們的數(shù)據訪問模式無法預測，又由于一些數(shù)據可能從多個節(jié)點來共享和訪問。此外，工作負載從一個節(jié)點遷移到另一個節(jié)點時，超融合系統(tǒng)需要把數(shù)據從原始節(jié)點遷移到新節(jié)點，確保性能良好。這對使用高性能NVMeoF的超級融合系統(tǒng)來說沒有必要，因為存儲性能從任何節(jié)點來看都將一樣。此外，主機閃存緩存在超級融合系統(tǒng)中毫無必要，因為主機閃存訪問和網絡閃存訪問之間的延遲差異可以忽略不計。開發(fā)緩存和數(shù)據本地化軟件的復雜性，以及任何隨之而來的編程錯誤在超級融合系統(tǒng)中都被消除了。

3. 不像HCI，SCI系統(tǒng)可以選擇針對運行存儲功能經過了優(yōu)化的存儲服務器，從而優(yōu)化存儲性能。

4. HCI系統(tǒng)以一種低效的方式提供了高可用性存儲。所有現(xiàn)有的HCI系統(tǒng)不是使用復制(相比RAID很昂貴)，就是使用糾刪碼(性能通常比同等實施的RAID略為遜色，因為相比RAID采用的簡單奇偶校驗，采用了計算開銷更高、內存更密集的功能)。超級融合系統(tǒng)可以實施高性能RAID，提供高效的高可用性存儲。

5. HCI系統(tǒng)通常很難保證應用性能，因為運行客戶應用軟件所需的計算資源勢必會與在同一組節(jié)點上運行vSAN軟件所需的計算資源相競爭，而且性能高度依賴數(shù)據本地化。

由于這些原因，我得出結論：未來的超級融合系統(tǒng)可能會比基于DAS的超融合系統(tǒng)更勝一籌。

七. 小結和結論

SAN存在的問題導致超融合系統(tǒng)問世。由于最近的技術發(fā)展，比如NVMeoF、軟件定義存儲和以應用為中心的存儲管理，我認為，在不遠的將來出現(xiàn)的共享塊存儲系統(tǒng)不再面臨原來的SAN缺陷。此外，包括這些下一代存儲系統(tǒng)的未來集成系統(tǒng)(名為超級融合系統(tǒng))消除了超融合系統(tǒng)的幾個局限性，比如耦合擴展、需要遷移數(shù)據以保持數(shù)據本地化、存儲冗余低效、性能不一致，等等。

我的結論是，未來的***基礎設施將是基于使用NVMeoF的新興存儲網絡的超級融合系統(tǒng)。超融合系統(tǒng)會繼續(xù)占有一席之地，尤其是作為中小企業(yè)客戶的入門級系統(tǒng);對中小企業(yè)來說，易用性至關重要，可擴展性不是很要緊的問題，但是我們很可能在炒作周期(hype cycle)上看到超融合系統(tǒng)達到頂峰(暗指此后日漸沒落)。

原文標題：What comes after Hyperconverged? Superconverged!   作者：Menon

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