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技术|超融合：虚拟化的巅峰

在传统IT基础架构的核心组件中，网络、存储、服务器等尤为重要，而且需要更灵活的配置和应用过程。在这种需求下，超融合应运而生，它集成了虚拟计算资源和存储设备的信息基础架构，不但使同一套单元设备具备了计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且使多套单元设备可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展，形成统一的资源池。超融合已被视为现代IT基础架构的成熟技术路线。因此，本文探讨了超融合技术的原理和应用，体验这一虚拟化的巅峰之作。

什么是超融合

超融合（Hyper-converged）是一种集成了计算、存储、网络和虚拟化等多种技术的IT基础架构解决方案，通过软件定义的方式进行管理和控制，旨在简化数据中心的部署、管理和扩展，并提供更高的灵活性和效率。

我们常说的超融合通常是指超融合基础设施（Hyper-convergedInfrastrucutre，HCI），且通常以软件的形式出现在通用服务器硬件上。维基百科中对超融合的定义是：超融合基础架构是一个软件定义的IT基础架构，它可虚拟化常见“硬件定义”系统的所有元素。

它同时指出HCI包含的最小集合是虚拟化计算（Hypervisor）、虚拟存储（SDS）和虚拟网络。根据Gartner必威体育精装版版魔力象限报告内的定义(MagicQuadrantforHyperconvergedInfrastructureSoftware，17November2024)，超融合基础设施(HCI)软件通过在服务器硬件上运行的单个实例提供虚拟化计算、存储和网络。

HCI软件的核心功能是虚拟计算、存储和网络，并通过横向扩展、无共享架构的“单一管理平台”对这些虚拟资源进行统一管理。可见，超融合的核心就是虚拟化。

传统数据中心主要由服务器、网络设备、存储设备等组成（如图1），而这些设备通常由多家供应商提供，随着业务程序及其产生数据的增长，设备种类和数量也随之增加，从而导致运维成本和设备部署的周期也迅速增加，并且增加了资源调度的难度，降低了系统资源的利用效率。

图1传统数据中心架构示意图

为了解决这一问题，由同一厂商或者若干家厂商联合提供的融合系统开始出现，将服务器、网络设备和存储设备等集成在同一个机柜或者机架上，但服务器和存储等计算资源还是独立管理、独立扩展，运维成本高，升级扩容困难。

超融合架构以软件定义存储，使用大量标准x86服务器组成集群，通过虚拟化计算和虚拟化网络技术，把分布在每个节点上的服务器本地资源天然融合起来，形成统一资源池，通过统一管理界面对外提供标准的计算、存储、网络能力，实现模块化的无缝横向扩展（Scale-Out）（如图2）。

图2超融合架构示意图

超融合架构是软件定义数据中心的一种表现形式，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软硬一体化IT基础架构。服务器集群中各节点间没有明确的计算和存储的分工，因而不存在单点故障，可以根据需要对计算、存储、网络按需进行横向的动态扩展。每个服务器节点上的超融合软件栈高度虚拟化，通过网络和分布式运算，将CPU、内存、硬盘、网络等物理资源进行抽象化，建立起具有高度可用性和弹性的存储及计算资源池。

超融合基础架构以硬件服务器为基础，最大限度地实现数据中心容量扩展性和数据可用性，以虚拟机为核心，提升集群的运算效能和存储空间，具有简单、高效、高性能、易部署等优势。在成本控制和风险防范方面，不需要单独采购服务器和存储，节省了机柜空间和电源消耗。系统采用的软硬件都是统一的技术接口，不存在虚拟化环境的资源争抢问题，可以灵活调配资源，方便快捷。

在超融合架构模式下，用户使用的虚拟机和存储空间是利用软件构建的，这样就使得底层物理设备与用户之间保持隔离的状态，实现了硬件资源与虚拟化平台的完整融合。用户可以以堆叠的形式实现节点的添加，进而实现超融合架构丛集容量的扩展。

超融合的发展历程

全球的IT数据大约以每年40%的速度增加，企业为完成快速的分析决策和管理，就需要借助强大的数据中心。在摩尔定律的演变下，服务器的CPU性能越来越强，数据中心的瓶颈就会出现在传统的存储硬盘上，使得CPU大部分计算能力都处于空闲或等待状态。

Google很早就遇到这个问题，如果存储容量和性能不具备和计算能力相匹配的可扩展性，就不能满足企业进行数据访问的需求。在使用过EMC、IBM，还有当年的SUN存储产品都没能解决这个问题之后，Google开始建立适合自己的数据有哪些信誉好的足球投注网站的存储结构，利用服务器的本地硬盘和软件构建了一个容量和性能可不断扩展的分布式文件系统，并在其上构建了有哪些信誉好的足球投注网站和分析的计算引擎。

这样，就不用把数据从存储端取出来，然后通过网络传输到计算端，而是将计算直接分发到存储上运行，并将其作为传输单元进行