Что такое гиперконвергентная инфраструктура?

Гиперконвергентная инфраструктура — это программно-ориентированная архитектура, которая объединяет вычислительные ресурсы, ресурсы хранения и виртуализации в единой системе.

Современные предприятия полагаются на центры обработки данных, которые предоставляют вычислительные ресурсы, ресурсы хранения, сети и управление, необходимые для размещения жизненно важных корпоративных рабочих нагрузок и данных. Но центры обработки данных могут быть довольно сложными местами, где множество поставщиков конкурируют за поставку множества различных устройств, систем и программного обеспечения. Этой разнородной структуре часто сложно взаимодействовать — и она редко обеспечивает максимальную производительность для бизнеса без тщательной и отнимающей много времени оптимизации. Сегодня у ИТ-команд просто нет времени на решение проблем развертывания, интеграции и управления центром обработки данных, которые возникают в традиционных неоднородных средах.

Идея конвергенции изначально возникла как средство решения проблем неоднородности. Вначале один поставщик собирал системы и программное обеспечение разных поставщиков в единый предварительно настроенный и оптимизированный набор оборудования и инструментов, который продавался как единый комплекс. Это было известно как конвергентная инфраструктура или CI. Позднее поставщики конвергенции сделали следующий шаг, спроектировав собственную линейку предварительно настроенных и высокоинтегрированных вычислительных систем, систем хранения данных и сетевых устройств для центров обработки данных. Это был эволюционный шаг, который теперь называется гиперконвергентной инфраструктурой или HCI.

Конвергентные и гиперконвергентные инфраструктуры возможны благодаря сочетанию технологии виртуализации и унифицированного управления. Виртуализация позволяет рассматривать вычислительные ресурсы, ресурсы хранения и сетевые ресурсы как единый пул ресурсов. Единое управление позволяет обнаруживать все эти ресурсы, организовывать их в пулы, разделять на уровни производительности и затем беспрепятственно предоставлять рабочим нагрузкам независимо от того, где эти ресурсы физически расположены. Унифицированное управление предлагает качественный скачок по сравнению с традиционными неоднородными средами центров обработки данных, которые используют несколько разрозненных инструментов управления, и которые часто не обнаруживают и не управляют всеми ресурсами.

Сегодня комбинация виртуализированного оборудования и связанных с ним инструментов управления часто рассматривается как автономное устройство, которое может работать как единая целостная подсистема в центре обработки данных или в сочетании с другими устройствами HCI для быстрого и простого развертывания и масштабирования гиперконвергентной инфраструктуры.

Гиперконвергентная инфраструктура основана на двух основных предпосылках интеграции и управления, которые возникли как средство решения двух самых сложных проблем традиционных гетерогенных центров обработки данных: неоптимальной производительности и раздробленного — проблемного — управления системами. Цель HCI — предоставить виртуализированные масштабируемые вычислительные ресурсы, ресурсы хранения и сетевые ресурсы, которые можно обнаружить и которыми можно управлять с помощью единой платформы.

Однако, помимо этой базовой предпосылки, существуют многочисленные варианты и разновидности гиперконвергентной инфраструктуры. Важно понимать наиболее распространенные соображения, встречающиеся в технологии HCI.

Оборудование или программное обеспечение. Гиперконвергентная инфраструктура может быть реализована с помощью оборудования или программного обеспечения.

• Развертывание оборудования. Технология HCI возникла как аппаратная платформа, которая помещает вычислительные ресурсы, ресурсы хранения, а иногда и сетевые ресурсы в выделенное устройство. Аппаратный HCI обеспечивает высокий уровень интеграции и оптимизации, что может значительно повысить производительность в жизненно важных процессах, таких как передача данных от хранилища к процессору. Аппаратное обеспечение HCI может быть идеальным решением, когда высокая производительность важна для рабочих нагрузок, таких как задачи анализа данных в реальном времени, и когда модульность и масштабируемость оборудования важны для бизнеса. Аппаратный HCI позволяет компании легко добавлять новые устройства HCI по мере необходимости, не беспокоясь о совместимости и поддержке программного обеспечения для управления. Примерами аппаратных HCI являются системы Dell VxRail, Nutanix NX, Fujitsu PrimeFlex, Lenovo ThinkAgile и др.
• Развертывание программного обеспечения. HCI также может быть реализован как программный слой, предназначенный для обнаружения, виртуализации и управления существующими аппаратными компонентами. Программный подход позволяет бизнесу получить преимущества HCI без необходимости значительных инвестиций в новое оборудование. Недостатком здесь является то, что существующие аппаратные устройства, включая серверы и подсистемы хранения, не могут выиграть по интеграции, оптимизации и производительности у аппаратных HCI. Программное обеспечение HCI доступно в VMware vSAN, Nutanix Acropolis, Microsoft Azure Stack — локальной версии Azure — и даже в OpenStack. Программный подход также может требовать архитектурных модификаций и новых требований к мониторингу, которые может не обеспечить программный уровень HCI. Таким образом, программные HCI могут быть более сложными для внедрения и обслуживания предприятий.

Интегрированные или дезагрегированные. Гиперконвергентная инфраструктура может использовать два разных подхода к проектированию оборудования.

• Интегрированный HCI. Интегрированный подход является более традиционным, когда устройство HCI содержит сбалансированное сочетание вычислительных ресурсов, включая процессоры, память и хранилище. Каждое устройство называется узлом, и развертывание HCI можно масштабировать до множества узлов. Интегрированное оборудование HCI обеспечивает высокую производительность — все в одной коробке. Но ресурсы ограничены, и рабочие нагрузки обычно не используют ресурсы равномерно. Когда на узле не хватает ресурса, такого как процессоры, бизнесу потребуется добавить совершенно новый узел, даже если другие ресурсы в новом узле, такие как память и хранилище, пока не будут использоваться. Это создает потенциал для напрасных инвестиций.
• Дезагрегированный HCI. В последнее время гиперконвергентная инфраструктура начала принимать дезагрегированную архитектуру. Идея состоит в том, чтобы не размещать ЦП, память и хранилище в одном ящике — устройстве, а предоставлять различные компоненты ресурсов в разных модулях. Таким образом, при дезагрегированном развертывании аппаратного обеспечения HCI процессоры и память будут помещены в один вычислительный блок, а хранилище — в отдельный блок хранения. Все различные модули ресурсов связаны друг с другом в сети. Хотя технически возможно также разделить ЦП и память для большей дезагрегации, для повышения производительности лучше хранить ЦП и память вместе в одном устройстве, поскольку ЦП и память тесно связаны в вычислительной среде. Дезагрегированные подходы обещают дополнительную гибкость, позволяя бизнесу сконцентрировать инвестиции HCI на наиболее выгодных ресурсах. Некоторые поставщики HCI, в том числе Datrium, NetApp и HPE, предлагают дезагрегированные предложения HCI.

Развертывание. Гиперконвергентная инфраструктура обычно считается прорывной технологией — она ​​обычно заменяет существующее оборудование центра обработки данных. Каждый раз, когда в центре обработки данных внедряется HCI, важно учитывать, как эта технология будет реализована или работать. Существует три основных способа добавить HCI в традиционный неоднородный центр обработки данных.

1. Полная замена на HCI. Первый вариант — это полная замена традиционной среды продуктом с гиперконвергентной инфраструктурой. На практике это, вероятно, наименее желательный вариант, поскольку он представляет собой максимально возможное перемещение оборудования, а также самые высокие потенциальные затраты. Немногие организации имеют необходимые капиталовложения или технологические возможности для такого мероприятия. Более вероятно, что новое развертывание HCI будет принято для проектов с нуля, таких как строительство второго — резервного или удаленного — центра обработки данных.
2. Параллельное развертывание HCI. Второй — и гораздо более приемлемый — подход — это параллельное развертывание, при котором платформа HCI развертывается в существующем центре обработки данных вместе с традиционной инфраструктурой. Такой подход позволяет предприятиям со временем переносить рабочие нагрузки на HCI. Вытесненное оборудование может быть перепрофилировано или выведено из эксплуатации меньшими, более управляемыми частями. Вполне вероятно, что в долгосрочной перспективе HCI будет работать в тандеме с традиционными инфраструктурами, и они могут легко сосуществовать.
3. Развертывание HCI для каждого конкретного приложения. Третий подход также добавляет гиперконвергентную инфраструктуру в существующую среду центра обработки данных. Но вместо того, чтобы переносить существующие рабочие нагрузки в новую инфраструктуру, HCI предназначен только для поддержки определенных новых приложений или вычислительных операций, таких как развертывание новой инфраструктуры виртуальных рабочих столов или новый кластер обработки больших данных; предыдущие рабочие нагрузки остаются нетронутыми в существующей инфраструктуре.

Построение эффективной неоднородной инфраструктуры центра обработки данных требует времени и усилий. Аппаратное и программное обеспечение необходимо отдельно приобретать, интегрировать, настраивать, оптимизировать — если возможно — и затем управлять с помощью инструментов, которые часто являются уникальными для собственных продуктов поставщика. Таким образом, для управления разнообразной инфраструктурой обычно требуется опыт использования множества инструментов, которыми ИТ-персонал должен владеть и поддерживать. Это вызывает дополнительные временные и интеграционные проблемы, когда инфраструктуру необходимо изменять или увеличивать.

Сегодня бизнес меняется гораздо быстрее. ИТ- отделы должны гораздо быстрее реагировать на запросы бизнеса; предоставление новых ресурсов для возникающих рабочих нагрузок по требованию, чтобы поддерживать работу и безопасность корпоративных приложений; в то же время ИТ- отдел также должен устранять ошибки и упущения в управлении системами, которые могут сделать критически важные системы уязвимыми. И все это должно осуществляться с постоянно сокращающимися бюджетами и персоналом ИТ. Гиперконвергентная инфраструктура — это скорость и гибкость развертывания.

Продукты HCI — это, по сути, центры обработки данных «в коробке». Если бизнесу нужно больше центров обработки данных, просто добавьте больше «коробок». Но привлекательность HCI распространяется не только на центры обработки данных. Компактные, высокоинтегрированные устройства легко внедряются и могут управляться удаленно, поэтому технология HCI стала важной при создании удаленных офисов/филиалов (ROBO) и периферийных вычислений.

В качестве примера рассмотрим типичную систему для работы с большими данными, в которую петабайты данных поступают от целой армии устройств IoT. Вместо того чтобы полагаться на сеть для отправки необработанных данных напрямую в ЦОД, данные можно собирать и хранить локально на периферии — там, где они появляются, — устройства HCI устанавливаются на объектах для сбора, обработки и анализа необработанных данных, устраняя перегрузку сетевого трафика, отправляя только результаты анализа в главный центр обработки данных.

Хотя HCI не может быть идеальным решением для всех рабочих нагрузок, она может справиться с большим количеством приложений и сценариев использования, чем когда-либо прежде.

Сегодня предложения HCI извлекают выгоду из радикальных изменений, которые произошли в процессорах, памяти и устройствах хранения, а также значительного прогресса в программно-определяемых технологиях, которые по-новому определяют то, как предприятия воспринимают и обрабатывают ресурсы и рабочие нагрузки. Примеры включают следующее:

1. HCI с поддержкой контейнерных кластеров. Такие поставщики, как Dell EMC/VMware, Nutanix и Cisco, теперь предлагают конфигурации HCI, оптимизированные для популярного контейнерного программного обеспечения, такого как Kubernetes.
2. Поддержка алгоритмов машинного обучения и алгоритмов глубокого обучения. Возможность поддерживать огромный объем масштабируемых контейнеров делает HCI естественным приспособлением для рабочих нагрузок машинного обучения и искусственного интеллекта, которые требуют огромного количества вычислительных ресурсов.
3. Появление потоковой аналитики данных. Потоковая аналитика — это представление больших данных, позволяющее системе HCI получать, обрабатывать и составлять отчеты по данным и показателям, собранным из широкого спектра источников в режиме реального времени. Такую аналитику можно использовать для получения ценной бизнес-информации и прогнозирования надвигающихся проблем или ошибок.

Гиперконвергентная инфраструктура оказала огромное влияние на периферийные вычисления. Сегодняшнее беспрецедентное распространение устройств IoT, датчиков, удаленных сайтов и мобильной доступности требует от организаций пересмотра процессов сбора, хранения и обработки огромных объемов данных. В большинстве случаев для этого требуется, чтобы бизнес переместил обработку и анализ данных из центрального ЦОД и переместил эти ресурсы ближе к источнику данных. Простота и универсальность, обеспечиваемые предложениями HCI, значительно упрощают удаленное развертывание и управление по сравнению с традиционными ИТ-инфраструктурами.

Наконец, скорость и гибкость сделали HCI подходящим для быстрого развертывания и даже быстрого перепрофилирования. Возникновение пандемии COVID-19 заставило огромное количество пользователей работать из дома. Это заставило организации быстро развернуть дополнительные ресурсы и инфраструктуру для поддержки бизнес-вычислительных потребностей пользователей, которые теперь работают удаленно. Системы HCI сыграли заметную роль в такой быстрой корректировке инфраструктуры.

Рынок гиперконвергентной инфраструктуры предлагает широкий выбор продуктов от основных поставщиков, включая Dell EMC, Nutanix и HPE. Каждый поставщик поддерживает набор продуктов и программного обеспечения для удовлетворения различных потребностей в ресурсах рабочей нагрузки.

Семейство VxRail от Dell EMC предоставляет пять различных аппаратных платформ VxRail.

1. Серия E : форм-фактор 1U, обеспечивающий сбалансированные ресурсы для машинного обучения и общего использования.
2. Серия P : высокопроизводительное предложение высотой 2U для баз данных и других ресурсоемких рабочих нагрузок.
3. Серия V : еще одна система 2U для виртуальных рабочих столов и рабочих нагрузок с интенсивным использованием графики.
4. Серия 2U S : основное внимание уделяется емкости хранения.
5. Серия 2U G : предназначена для предоставления универсальной аппаратной платформы для ресурсоемких рабочих нагрузок.

Если Dell EMC применяет строгий аппаратно-ориентированный подход к HCI, Nutanix следует программному подходу. Цель Nutanix — предоставить программный уровень, который может предоставить функции, необходимые для HCI, но при этом поддерживать широкий спектр программного и аппаратного обеспечения. Например, Nutanix поддерживает несколько гипервизоров: VMware vSphere, Microsoft Hyper-V или Nutanix Acropolis Hypervisor. Nutanix предлагает свои собственные специализированные гиперконвергентные устройства NX, но устройства производства Cisco, HPE, Lenovo, Fujitsu, Inspur, IBM, Intel, Dell EMC и других поставщиков также могут использовать программное обеспечение Nutanix. Таким образом, Nutanix широко рассматривается как платформа HCI общего назначения.

VMware, например, предоставляет своим заказчикам возможность создания собственной гиперконвергентной платформы путем объединения vSphere, vSAN, NSX и vRealize Suite. Аналогичным образом, можно использовать Microsoft Windows Server в качестве основы для пользовательского устройства гиперконвергентной инфраструктуры.

HPE предоставляет платформу SimpliVity HCI. SimpliVity обещает больший баланс между аппаратным и программным обеспечением, используя программную основу HCI, работающую на серверах HPE DL380 Gen10 в качестве общей аппаратной платформы. Продукт рекламирует производительность корпоративного класса, защиту данных и отказоустойчивость, а также высокий уровень автоматизации и аналитики, основанный на аналитике HPE InfoSight.

Помимо крупных игроков, существует множество мелких поставщиков, стремящихся получить долю рынка HCI, например: Ctera Networks Edge X Series, HiveIO Hive Fabric, Pivot3 HCI, Robin Storage, StorMagic SvSAN и Cloudian HyperStore.

Некоторые поставщики активно используют ту или иную форму дезагрегированных технологий HCI — dHCI или HCI 2.0. К этим поставщикам относятся Datrium, HPE Nimble dHCI и NetApp HCI.