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超整合數據中心解決方案
SmartX超整合架構方案
  1. 1  傳統集中式虛擬化的問題

傳統虛擬化解決方案將計算服務器和存儲服務器獨立開來,采用集中式存儲(SAN/NAS),這種結構是上世紀的遺留結構,缺陷日益凸顯。這是其中的原因在于隨著企業業務數據量的井噴,企業應用呈現出類似大型互聯網應用的特點:

早期的共享存儲,性能瓶頸通常都在磁盤陣列上,通過添加磁盤向上升級的方式能一定程度解決瓶頸的問題,但隨著磁盤數量的增加以及高速硬件 SSD 的出現,存儲端的性能瓶頸轉移到存儲控制器,集中式存儲控制器擴展困難,一般都是固定的雙控或者四控,這種架構設計上的弊端是的集中存儲無法發揮高速硬件設備的潛能,隨著虛擬化平臺下業務數據量的增長,最終導致存儲端無法支撐上層業務的訪問。

共享存儲無法感知上層 VM 的負載,導致出現 I/O Blender 現象,即不同的 VM 間負載的混合,加劇了共享存儲的訪問壓力。例如,上層 VM 出發的順序 I/O 的訪問請求,在通過 Hypervisor 調度后會與其他 VM 的 I/O 請求混合,使得原本順序的 I/O 請求模式在共享存儲端變得隨機化,對機械磁盤極不友好。即便這種問題可以通過添加 SSD 緩解,但之前提到共享存儲中控制器導致的的 SSD 不能充分發揮效用的問題,使得 I/O Blender 的影響無法根本避免。

共享存儲通過存儲網絡與服務器相連。VM 需要經過存儲網絡才能讀寫數據,這個與本地 I/O 僅通過總線訪問物理盤的數據相比,延時大大增加。之前提到的增加物理盤向上升級的方式無法縮小 I/O 讀寫延時,不同服務器或者 VM 發出的 I/O 請求本質還是串行的。在非虛擬化的場景,連接存儲網絡的服務器是線性增加的,規模增加產生的并發延時可能不明顯;但在虛擬化場景下,一個物理服務器上可能會運行十幾個甚至上百個 VM, 這些成幾何級數增長的 VM 并發訪問共享存儲會帶來 I/O 延時的問題。


虛擬化依賴底層的存儲提供 VM 層面的高可用,但是共享存儲本身存在單點故障的風險,存儲控制器和磁盤陣列的錯誤都有可能造成存儲不可用或者數據丟失。通用的解決辦法就是購買維護多套共享存儲,但這樣極大的增加的成本及其管理的復雜性。

共享存儲都是由專有的硬件實現,成本造價高。同時考慮到擴展困難,用戶通常在規劃的時候需要預留出余量,無形中也提高了初次購買成本。

共享存儲支撐下的虛擬化平臺,運維管理需要面向多個平臺,至少包括虛擬化平臺、存儲平臺、備份平臺等,運維負擔重。此外,系統發生異常,管理員需要在不同的管理平臺間切換排查錯誤,效率低下。

2  SmartX超融合存儲計算虛擬化架構

相比分離式的計算存儲虛擬化,超融合虛擬化,也稱做Hyper-converged,在提供存儲的同時,也提供計算能力,這不但大量減少了硬件和電力成本,也將計算放在離存儲更近的地方,達到最優的性能。超融合架構通常采用了全分布式的組件,橫向可擴展,不存在單點失效,數據能夠自動恢復和備份,下圖是超融合的虛擬化架構:

    1. 無中心的系統架構

將計算和存儲功能分布到每個節點中,去掉集中式存儲,利用標準化硬件構建大規模的計算群集及海量的高性能存儲。SmartX摒棄了傳統的通過擴展磁盤柜擴展容量的方式,而是通過添加新的服務器節點同時獲得存儲容量和性能的水平擴展,擴展后的空間、容量和性能是可預估的,能極大幫助企業IT選擇最合適的軟硬件解決方案。SmartX每一次都可水平擴展: 

SMARTX OS基于Linux的操作系統,提供ZBS分布式文件系統,Elf Compute KVM管理平臺, Fisheye性能監控平臺。

硬件包括:X86服務器、交換機等;

擴展節點后,SmartX會根據集群中各個服務器節點的負載和容量使用情況做負載均衡,以達到整個系統的負載均衡,避免單點過熱的情況出現。

水平擴展只需要將部署了SmartX的新節點和原有集群連接到同一網絡,通過圖形控制臺或者命令將新節點添加到SmartX集群中即可,整個擴容過程不會影響任何服務,虛擬機無需停機。

節點被添加到集群,該新增節點的計算和存儲資源會通過一輪“心跳”向集群匯報,集群系統的整體容量和性能也隨之線性擴展,此后新節點的資源就會被SmartX接管。

    1. 2) 高性能分層存儲

SmartX區別于傳統存儲架構的一大特點就是對SSD的合理使用。SmartX實現了智能Cache的技術,將熱數據緩存在SSD里,加速數據讀性能;同時使用Journal合并小的寫操作來加速寫性能。不同于傳統的SAN和NAS—通常SSD容量的配比不能超過5%,SmartX支持用戶根據業務的數據訪問需求,自行配置SSD的大小和比例。


    1. 3) 基于彈性副本技術的數據高可用

ZBS通過軟件實現了彈性副本的功能,該功能將副本分布在不同的服務器上,來提供數據冗余及對上層應用連續性在存儲層面的支持。ZBS對每個虛擬存儲盤支持1~3個不同的副本,因此用戶可以根據業務需求靈活的制定業務所需要的副本數。

同一份數據的多個副本會分布到不同的物理服務器節點上,即便一個服務器節點損壞也不會影響數據的可用性和可靠性。系統會周期性的掃描系統中可用的數據塊,一旦發現某個數據塊的可靠性級別低于設定值,就會觸發智能恢復。假定用戶設定某個虛擬盤副本數為兩份,系統會將虛擬盤切分成小的數據塊(如圖:D1、D2、D3),同一份數據會復制到兩個不同的服務器上,假使某臺服務器損壞(服務器3),由于整個集群仍舊有該虛擬盤的完整數據,可以確保數據的可用性。此外,數據副本數減少,ZBS會及時發現這一事件,并將數據恢復到其它健康的物理服務器(服務器1、服務器2),以確保兩副本的數據可靠性。

服務器Server 3故障


數據重構后

傳統RAID重建時,經常導致存儲系統不可用。不同于RAID重建機制,ZBS在恢復副本的時候,正常業務仍可正常運行,ZBS通過控制恢復流量所占的I/O帶寬,確保業務性能不受大的影響。

    1. 4) 強大硬件兼容性

SmartX 超融合架構擁有兩種部署模式,一是 SmartX Halo 一體機,包含SmartX OS軟件和高密度服務器,二是將 SmartX OS 軟件安裝在符合硬件配置要求的x86 服務器上。

SmartX Halo 一體機為 SmartX OS 軟件定制了硬件,是 SmartX 超融合平臺最佳軟硬件實踐。硬件平臺經過嚴格測試,是最快捷、最穩定的交付方式。 可減少硬件投入成本、機房空間和電力消耗。

如需將 SmartX OS 軟件部署在其它通用 x86 服務器平臺上,請參考 “SmartX 硬件配置及支持” 獲得更為詳細的信息。

    1. 5) 其它特性


SKC基礎架構云方案架構

一 SKC基礎架構云方案架構


SKC提供了一套從底層硬件到上層服務的完整端到端的云管理能力,SKC的核心管理軟件底層具備有分別針對IBM Power和X86服務器資源的管理能力;分別通過PowerVM和VMWare vCenter接入虛擬化后的計算資源,從而向上層云管理平臺提供動態資源。在SKC的管理層提供了豐富的各種面向服務的功能模塊和完整的服務生命周期管理能力:服務產品管理、服務申請、服務審批、服務供應、服務變更和服務回收。作為一款起步云的解決方案,可以升級為到高級云管理平臺。


云計算管理域:使用IBM SKC 系統實現基礎設施云計算服務管理,提供包括資源分配和回收、快速部署、項目流程管理、資源監控和使用統計等高級功能;并提供開發API供二次開發和客戶化使用。

虛擬化管理域:使用VMware vCenter實現X86平臺下虛擬化引擎管理,實現虛擬資源的供給、部署和管理,SKC通過vCenter調用底層基于vSphere的虛擬化資源。另外,通過IBM System Director(可選配StorageControl存儲虛擬化管理組件,AEM節能管理等組件)與vCenter的結合,可以實現物理資源和虛擬資源的統一管理。

X86系統池:由兩臺或以上X86平臺的PC服務器構成虛擬資源池,可以根據需求動態增加服務器數量。該池可提供若干個基于X86的Windows或Linux虛擬環境。

存儲資源池(選配):由一臺或以上磁盤陣列或存儲服務器構成,可以由IBM SVC存儲虛擬化引擎進行統一管理,從而實現存儲資源虛擬化、為服務器系統池提供自動化供給的基礎設施管理功能。

網絡資源池:由兩臺以上網絡交換機構成,網絡的IP資源根據客戶的IP資源管理來分配,帶寬資源是根據實際需求決定,由網絡交換機產品的網絡管理來進行分配。網絡資源池的調度、分配和計量,取決于網絡設備的功能。




 二 SKC基礎架構云方案部署示意圖

IBM Pureflex 云平臺就緒方案

數十年以來,公司的IT始終受到兩大并行演進趨勢的影響,雖然它們并非始終都是互補的:

1) 完全有別于以往的全新計算技術和計算形式的出現;

2) IT應用在業務流程方面的穩步增長。這些一連串的轉型事件推動大型機、向上擴展Unix及向外擴展x86系統相繼出現。而現在,我們又看到了能夠預測客戶需求的解決方案,如高度靈活的、集成的、緊湊型服務器系統。

近期,這些相同的趨勢在兩類全新IT產品身上再次得到證實 — 云計算基礎架構及工作負載或應用優化型系統和專用設備。前者趨向于利用高度虛擬化的大眾服務器、存儲器和網絡組件以及簡單的管理工具,因此成為輕松部署與快速集成的理想之選,這對快速增長與靈活資源分配發揮關鍵作用的云數據中心來說是彌足珍貴的。

后者經常包含許多與前者相同的大眾化硬件組件,還包括由工廠或客戶集成用于處理特殊工作負載的經過優調的中間件及應用堆棧。許多此類解決方案都是為了迎接新興挑戰而生,如IBM Netezza數據分析解決方案。但某些供應商卻通過專注于垂直集成的“堆!倍鴮⑦@個概念先前推進了一大步,這些產品雖然有時也會提供卓越的性能,但成本極高并且會將客戶鎖定在長期承諾之中。


難道沒有更好、更有效的方法嗎?

當然有 — IBM最新推出的PureSystems利用了公司公認的系統設計與組件以及數十年的系統集成與管理經驗。IBM PureSystems是兼備通用服務器的靈活性、云計算的高彈性、以及優調用于處理特定工作負載的專用設備簡便性的“專家集成系統”。IBM PureSystems產品是深度優化的預集成解決方案,專門設計用于支持關鍵應用和流程以及不斷演進的IT基礎架構,包括云計算。

注:這個報告是由Pund-IT, Inc.在IBM的幫助和資助下開發制作的。這個報告可能使用了包括IBM在內的多家公司和大量來源的信息,包括公開提供的數據。報告中的觀點僅代表本文作者的觀點,不一定是IBM立場。


IBM PureSystems系列中的前兩款產品分別是:

IBM PureFlex System — 將計算、存儲、網絡、虛擬化及管理功能統統集成到擅長感知和預測優化IT基礎架構所需資源的單一基礎架構系統中。

IBM PureApplication System — 具有工作負載感知能力的靈活平臺,專為事務處理型web及數據庫應用設計和優調。

除交付卓越的性能以及顯著加快創收速度外,IBM PureSystems套系還代表從設計伊始便為客戶考慮而不是為其IT供應商考慮的新型IT解決方案。


現狀 — 曾經和未來的數據中心挑戰

簡答說,維持數據中心現狀不僅令現如今的IT陷入困境,而且也令他們把握未來優勢的夢想化為泡影。大量預測顯示,全球每年3.5萬億美元的IT預算,有近3/4用在了維護現有數據中心上面,由此導致許多IT事項被擱置長達18個月,大約1/5的數據中心新建項目從一開始便注定失敗。這個數字雖然令人震驚,但隱含的危害更加嚴重。

公司對這種狀態司空見慣,已經習慣于長時間等待項目啟動和運行以及通過過量配置(購買超過實際需求的產品)來確保獲得足夠多的性能、容量及/或帶寬來滿足需求。為此,他們迫切需要創建定制解決方案來充分利用現有資源,令原本已經過于復雜的IT環境變得更加復雜。但是,鑒于大多數公司都無法避免快速變化,因此,專用定制解決方案很快便會失去價值。

那么,公司真正想要的是什么呢?是提供更好的選項、更加深度的集成、更高的原裝性能及強韌容量/帶寬的易于部署系統?是提供簡單卻極為高效的自動管理工具的解決方案?還是與供應商合作,購買不僅能夠在今天加快創收速度、而且還能提供足夠的靈活性和適應性以便滿足持續變化的未來需求的產品呢?

這些都是IBM開發全新專家集成PureSystems套系時所遵循的原則,包括PureFlex System及PureApplication System產品。


為何選擇IBM?

在開始具體討論IBM PureFlex System之前,我們先來看看公司的總體狀況以及眾多企業將IBM視為值得信賴的供應商的原因。

我們首先要提到的是IBM在企業硬件、軟件、系統、基礎架構管理與設施解決方案以及服務開發過程中的幾乎每一個階段都具備令人矚目的豐富經驗/專業能力。與公司市場領先的Power Systems和 4System z大型機一樣,公司基于x86的System x服務器一直都在交付卓越性能。最后,IBM的研發投資(年平均60億美元)比任何主要競爭對手都要多,并且已經連續19年蟬聯美國專利冠軍。最后,IBM在與不同領域的供應商建立密切成功的合作關系以便滿足共同客戶需求方面擁有永久歷史,包括Oracle及HP等競爭對手。結果?不僅從本質上定義了企業IT標準,而且還推動對其他供應商感到不滿的企業客戶紛紛投入IBM懷抱。


IBM PureFlex System — 與眾不同的智慧性

以這些固有優勢為基礎, IBM打算如何通過最新推出的PureFlex System來實現目標呢?

IBM非常清楚借鑒過去的經驗教訓以及充分利用新技術的價值,包括最新的Intel “Sandy Bridge” Xeon E5-2400及IBM POWER7 CPU。但同時,IBM還知道許多公司在購置和部署新系統時選擇的“購買/構建”模式將從本質上阻止他們實現IT和業務目標。此時問題變成了:1) 企業客戶需要解決哪些計算/業務問題;2) 成功的解決方案應該具備哪些特征?

解決第一個問題的簡單答案便是:易用性、速度、功能和自動化。簡言之,公司希望系統容易購置、部署、管理和支持,交付頂級性能,可輕松集成到限于環境中,而且能夠適應流程及需求的變化。這意味著系統無需公司過量配置,而是能夠通過自動擴展來支持全新工作負載。此外,理想的解決方案不會像異構系統那樣需要使用多個工具和顯示板,而是能夠對計算、存儲、網絡、軟件和服務實施單點管理。

這樣的系統將能夠顯著加快創收速度并且改進生命周期管理。那么,供應商如何能夠滿足這些嚴格要求呢?IBM知道深度集成是切實提供強韌性能以及內建工作負載彈性及可擴展性的唯一方式。此外,集成還能幫助公司加快購置和部署流程,并且支持最大化管理工具與特性。

因此,在設計全新的IBM PureFlex System時,公司基本上是將定制解決方案的組件轉變成為標準SKU。認識到系統架構需要同時滿足全新和新興工作負載的需求之后,IBM投資超過20億美元開展與PureSystems相關的收購與研發工作,以便包括IBM PureFlex System在內的新產品能夠最充分地利用公司在軟硬件開發和集成領域的豐富經驗。此外,內建的“專家能力”能夠顯著增強新系統執行日益復雜的關鍵業務和運營任務的能力。

IBM PureFlex System共支持三個基本配置(易捷Express、標準Standard和企業Enterprise)及“專家集成”訂購模式(在工廠集成),具體取決于客戶需求及 IT資源?蛻粢部蛇x擇通過系統擴展和組件選項來升級/定制產品。此外,IBM正在與ISV合作伙伴密切協作,以便擴展集成解決方案的覆蓋范圍及用例。因此,IBM這種做法不僅能夠為客戶提供最佳靈活性,而且還能幫助他們避免被暗暗鎖定在專用“堆!敝。







Eblock 數據中心建設方案

當前傳統的數據中心正面臨如下問題:

(一) 運維成本及投入逐年增多

大部分數據中心的業務系統使用Windows平臺;

新業務系統的部署周期過長;

數據中心未做虛擬化部署,這將導致服務器的數量隨著業務的增多(目前每臺物理的服務器大多做單一的應用部署)而逐年增長;服務器數量的增多將導致一系列的問題:

投資成本逐年提高:所有的IT投資當中將有70%的成本用于運維,而僅有30%的成本用于新業務的開展和新技術的應用;

服務器增多意味著管理成本的上升,在遇到突發問題的時候不能快速的恢復業務應用;

電力成本逐年上升:UPS供電、機房制冷等成本隨著服務器的增多其負載成本必然逐年增高;

機房空間占用越來越大;

一臺物理服務僅負責一個單一的應用,無高可用性(HA)設計,CPU資源和內存資源利用率底下,這是一種極大的浪費。

(二) 數據的管理風險

數據分散,沒有統一管理

對重要數據無統一備份管理機制

無法保證重要數據的高可靠

現有存儲無法滿足未來信息化建設的需要

(三) 數據中心的設備管理風險

服務器硬件老化,增加系統宕機風險

缺少對所有服務器的狀態及性能監控

每個系統都運行在一臺物理服務器上,且無高可靠性(HA)保障

(四) 應用交付不完善

雖然出口有多條鏈路但是未做負載均衡處理,致使鏈路壓力不均得不到充分的利用;

多臺服務器(物理服務器、或者虛擬服務器)之間不能實現負載均衡;

無廣域網加速設計等。

以上為目前各數據中心大多存在的問題。針對上面提到的種種問題,目前數據中心理想的設計方式是做云計算平臺的部署。利用云計算操作系統及統一的計算、存儲等硬件資源可以為用戶提供虛擬桌面、虛擬服務器等諸多“按需提取”資源的應用方式。通過虛擬化系統的部署,整合所有IT資源,最終形成私有云架構。

在形成私有云機構的同時我們還需借助相應的產品及技術實現應用交付層面的優化,最終實現高可用、高效率、高優化比的云計算平臺,基于此平臺可流暢的部署目前98%以上的IT應用,且部署時間由原本的幾個月縮短至幾天。


全新的云計算數據中心架構

簡化管理降低成本

虛擬化管理,簡化部署減少人力成本。減少服務器數量,降低物力成本。

高可用的虛擬化解決方案,提高應用的高可用性

節省電力,綠色環保

虛擬化提高服務器利用率,降低TCO

集中管理降低風險

集中存儲,統一備份,完善數據管理。

無狀態計算,服務器上無數據,全部存放在存儲內部,硬件的高可用和軟件的高可用雙重保障業務的高可用。

架構靈活優化業務

多種鏈路優化、負載均衡設計、業務優化,從4-7+應用交付滿足不同客戶需求。

搭建2層零丟包的、無邊界(OTV)的數據中心.


 

(云計算數據中心拓撲圖)


Eblock云計算數據中心解決方案

思科、EMC攜手VMware結成虛擬計算環境(Virtual Computing Environment)聯盟,這是三大IT業界領袖企業的首次共同協作。該聯盟的成立,旨在通過普適數據中心虛擬化和向私有云架構的轉型,不斷提高IT基礎架構的靈活性,降低IT、能源和空間成本,從而讓客戶能夠快速地提高業務敏捷性。

三方有著共同的愿景,即企業IT基礎架構的未來是私有云計算。私有云是一種虛擬的IT基礎架構,專為一個機構安全地控制和獨立的運行。它可以由該機構或第三方管理,它可以在該機構所在地點之內或者之外,或者兼而有之。私有云計算既提供了當前數據中心的可控性和安全性,又提供了業務創新所要求的敏捷性,而且大幅降低成本。

“虛擬計算環境聯盟”為各種規模的組織機構提供了數據中心轉型的加速之路,從而幫助他們極大地提高數據中心效率,同時大幅降低資本開支和運營費用。這樣,組織機構就不用再為究竟是選擇最好的技術,還是選擇端到端的供應商可靠性而勞神。

伴隨著Vblock TM基礎架構包的發布,“虛擬計算環境聯盟”將為客戶將提供更好的方法,去從根本上簡化和優化私有云相關的IT戰略。 Vblock基礎架構包是一個完全集成、經過測試和驗證的、整裝待發和蓄勢成長的基礎架構包,它融合了思科、EMC和VMware提供的業內最強的虛擬化、網絡、計算、存儲、安全和管理技術,并且具備端到端的供應商可靠性。

Eblock是在Vblock的基礎之上,更加的注重企業的應用安全,應用交付,應用加速,虛擬機安全,數據備份及網絡的3-7層的網絡優化。真正從中小型企業的需求出發,滿足不同企業用戶需求。

Eblock解釋

“E”為Express、Economic、Easy to expand 快速部署,易于擴展。

整合最先進的產品與技術

IT巨頭的產品與技術,VMware、Cisco、EMC、F5、BlueCoat、McAfee

成熟的打包方案

針對不同行業的客戶定制的基礎架構包,方便、快捷

完整的系統集成

提供集成的技術架構路線,滿足用戶以后升級的需要




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