設(shè)計(jì)下一代的數(shù)據(jù)中心（二）

四、橫向擴(kuò)展

        下一代數(shù)據(jù)中心中的軟件控制的基本原則以橫向擴(kuò)展設(shè)計(jì)為代表。橫向擴(kuò)展被定位成為企業(yè)IT部署中的主要架構(gòu)，究其原因在于其能夠提供無(wú)縫，透明的資源擴(kuò)展，而無(wú)需涉及到傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)遷移的成本和復(fù)雜性。

1、縱向擴(kuò)展與橫向擴(kuò)展

       縱向擴(kuò)展的架構(gòu)允許擴(kuò)展有限的變量集，因?yàn)槊總€(gè)組件的功能限制了它們的集體性能。數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序通常會(huì)激增，并最終在縱向擴(kuò)展架構(gòu)中達(dá)到最大容量。隨著應(yīng)用程序的增加，基礎(chǔ)架構(gòu)資源分散，性能下降也隨之而來(lái)。通過(guò)縱向擴(kuò)展架構(gòu)，您企業(yè)數(shù)據(jù)中心所運(yùn)行的硬件決定了您在業(yè)務(wù)過(guò)程中將受到的限制，更快的硬件可能需要大量的遷移工作。

      相比之下，橫向擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)則是分布式體系結(jié)構(gòu)。它不限于單臺(tái)機(jī)器的資源容量。其提供所有變量的線性擴(kuò)展，允許您企業(yè)數(shù)據(jù)中心通過(guò)群集資源來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的縮放。橫向擴(kuò)展提供了廣泛的資源擴(kuò)展選項(xiàng)，使企業(yè)能夠在整個(gè)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)和長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中始終如一地利用IT投資。

      成功的橫向擴(kuò)展體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是確保來(lái)自額外添加節(jié)點(diǎn)的性能可以通過(guò)QoS功能進(jìn)行智能化的配置。

      如果工作負(fù)載在性能方面無(wú)法相互保護(hù)，則應(yīng)用程序的所有者將不會(huì)支持這些工作負(fù)載的整合。橫向擴(kuò)展體系結(jié)構(gòu)專為企業(yè)而設(shè)計(jì)，其中IT資源的線性增量增長(zhǎng)是全球IT戰(zhàn)略的一部分。

2、支持橫向擴(kuò)展的趨勢(shì)

●資源的集群

       傳統(tǒng)的孤島式數(shù)據(jù)中心依賴于具有閑置隔離資源的專用物理服務(wù)器。這些服務(wù)器及其所占用的空間決定了其所能夠管理或存儲(chǔ)的最大數(shù)據(jù)量。例如，VMware vSphere等虛擬化技術(shù)就是建立在將隔離資源集群到共享池中的概念之上的。

       此策略是云中并行處理應(yīng)用程序、負(fù)載平衡和容錯(cuò)(冗余)的關(guān)鍵。資源池有助于IT通過(guò)單一控制的軟件實(shí)現(xiàn)快速、無(wú)中斷的修改。向資源池中添加另一臺(tái)服務(wù)器可以有效地?cái)U(kuò)展CPU和內(nèi)存，并且可以縱向或橫向縮放資源，以滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

●脊葉架構(gòu)(Leaf-spine Architecture)

       在采用以太網(wǎng)架構(gòu)之前，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建在類似于分層結(jié)構(gòu)的層中，并且通常被細(xì)分為允許虛擬機(jī)和其他設(shè)備的位置的pod。傳統(tǒng)模型設(shè)計(jì)用于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，由核心路由器，匯聚交換機(jī)和接入層交換機(jī)組成，傳統(tǒng)上需要使用生成樹(shù)協(xié)議(STP)來(lái)促進(jìn)擴(kuò)展。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)增加了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和故障排除的復(fù)雜性。

      脊葉架構(gòu)設(shè)計(jì)只有兩層：葉和脊。葉子層中的接入交換機(jī)連接到虛擬機(jī)、防火墻、邊緣路由器和負(fù)載均衡器等設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)的主干是具有執(zhí)行路由的交換機(jī)的主干層。每個(gè)葉子交換機(jī)通過(guò)動(dòng)態(tài)第3層路由和使用等價(jià)多路徑(ECMP)與每個(gè)主干交換機(jī)互連。最佳路徑的調(diào)整和確定基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)變化的響應(yīng)。

      隨著葉脊架構(gòu)規(guī)?；瘮U(kuò)展到數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)，接入訪問(wèn)層交換機(jī)之間的延遲和瓶頸(傳統(tǒng)架構(gòu)中常見(jiàn))被最小化，因?yàn)檫@些交換機(jī)不超過(guò)一跳。例如，像Arista Networks的網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商就通過(guò)這種下一代數(shù)據(jù)中心的拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了速度，密度，可預(yù)測(cè)性和可擴(kuò)展性。

●固態(tài)陣列SSA(Solid-State Array)

       即使計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)管理員開(kāi)始充分利用云服務(wù)的效率，但存儲(chǔ)技術(shù)仍然是靜態(tài)的。在傳統(tǒng)存儲(chǔ)中，企業(yè)別無(wú)選擇，只能為不同的性能級(jí)別和關(guān)鍵應(yīng)用程序使用單獨(dú)的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和不同的池。管理傳統(tǒng)縱向擴(kuò)展架構(gòu)的管理員需要添加固定數(shù)量的驅(qū)動(dòng)器架以增加容量。這些磁盤陣列需要預(yù)先進(jìn)行用于滿足未來(lái)擴(kuò)展需求的所有資源的預(yù)付資本方面的前期支出。

      橫向擴(kuò)展的固態(tài)陣列正在擴(kuò)展曾經(jīng)孤立的、靜態(tài)存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)。在下一代數(shù)據(jù)中心中，存儲(chǔ)池(GB，IOPS)是共享資源。集群這些資源的能力提供了按需擴(kuò)展的能力; 使得企業(yè)IT僅需要采購(gòu)和管理當(dāng)前業(yè)務(wù)所需的內(nèi)容即可。

      下一代數(shù)據(jù)中心橫向擴(kuò)展的存儲(chǔ)提供了靈活性，可以在一段時(shí)間內(nèi)以可預(yù)測(cè)的線性模式獨(dú)立，無(wú)中斷地?cái)U(kuò)展容量和性能。這意味著企業(yè)數(shù)據(jù)中心可以戰(zhàn)略性地橫向或縱向擴(kuò)展縮放，并在任意數(shù)量的節(jié)點(diǎn)上分配數(shù)據(jù)和流量，同時(shí)增加數(shù)據(jù)服務(wù)的范圍。通過(guò)利用云服務(wù)在存儲(chǔ)層中的彈性并與所有其他服務(wù)、資源和云管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)緊密集成，IT可以提高效率。

       在下一代數(shù)據(jù)中心中，原始性能是解決方案的一半;僅僅只是提供服務(wù)還并不足夠。必須在整個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)中使用QoS資源控制，否則任何性能保證都只能達(dá)到最薄弱的環(huán)節(jié)一樣的水平。動(dòng)態(tài)管理CPU、內(nèi)存、帶寬、存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)性能，以提供預(yù)期和所需的應(yīng)用程序體驗(yàn)。

      確保性能的趨勢(shì)

●監(jiān)控工具

       信息就是力量。自動(dòng)化的性能監(jiān)控為數(shù)據(jù)中心管理人員們提供了管理所有IT資源的使用情況和可用性所需的關(guān)鍵智能。企業(yè)正在使用軟件來(lái)監(jiān)控，報(bào)告和分析云服務(wù)中的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。這些工具可以提高服務(wù)水平，管理安全風(fēng)險(xiǎn)，并降低運(yùn)營(yíng)成本。

       Splunk Inc.公司是在監(jiān)控工具領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的企業(yè)之一。該公司所推出的IT服務(wù)智能(ITSI)是一款用于基礎(chǔ)架構(gòu)分析和可視化的監(jiān)控和性能跟蹤平臺(tái)。ITSI在生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行，其中包含用于顯示關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)和基礎(chǔ)架構(gòu)的儀表板，并提供用于問(wèn)題評(píng)估的深入數(shù)據(jù)。該軟件是為在企業(yè)內(nèi)部，云中或混合環(huán)境中的IT操作運(yùn)營(yíng)而開(kāi)發(fā)的。用戶表示，部署此類軟件產(chǎn)品，能夠帶來(lái)：事件調(diào)查，更強(qiáng)的安全性，可用性和關(guān)鍵業(yè)務(wù)洞察力等諸多方面的好處。

●網(wǎng)絡(luò)QoS

       在下一代數(shù)據(jù)中心中，企業(yè)架構(gòu)師們通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)流量細(xì)分為不同優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列來(lái)管理性能，同時(shí)控制將采用多少管道用于存儲(chǔ)或應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)QoS旨在保證關(guān)鍵應(yīng)用程序流量的服務(wù)交付，而不會(huì)破壞其他流量，并實(shí)現(xiàn)對(duì)帶寬利用率的精細(xì)控制。

       在網(wǎng)絡(luò)層采用QoS是促進(jìn)融合和端到端服務(wù)水平協(xié)議的關(guān)鍵推動(dòng)因素。來(lái)自英特爾的營(yíng)銷計(jì)劃經(jīng)理Brian Yoshinaka解釋了企業(yè)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的選擇所帶來(lái)的影響：

“今天，隨著企業(yè)IT部門紛紛積極的準(zhǔn)備部署內(nèi)部云環(huán)境，評(píng)估對(duì)于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的選擇將如何影響到云服務(wù)對(duì)于其服務(wù)級(jí)別協(xié)議(SLA)滿足的能力非常重要。通常用于描述云計(jì)算功能的術(shù)語(yǔ)，包括諸如敏捷性，靈活性和可擴(kuò)展性，也應(yīng)該絕對(duì)適用于底層網(wǎng)絡(luò)?！?/span>

●存儲(chǔ)QoS

       在存儲(chǔ)方面，QoS這一術(shù)語(yǔ)在行業(yè)供應(yīng)商中缺乏一致的定義，故而在企業(yè)的IT決策者中產(chǎn)生了一定的(可理解的)懷疑。傳統(tǒng)存儲(chǔ)模型在獨(dú)立的存儲(chǔ)池上運(yùn)行各種虛擬工作負(fù)載。創(chuàng)建該模型是為了在每個(gè)應(yīng)用程序具有必須支持的多樣化I / O模式時(shí)，保護(hù)單個(gè)應(yīng)用程序在單個(gè)存儲(chǔ)陣列中的性能和可用性。雖然這些系統(tǒng)可以按需提供容量，但他們很難有效地分配性能資源，因?yàn)樗鼈儾皇菫榱酥С旨w工作負(fù)載的個(gè)別容量和性能要求而構(gòu)建的。然后，企業(yè)購(gòu)買的存儲(chǔ)空間超出了他們的需求，從而提升了成本，并降低了效率。來(lái)自ESG實(shí)驗(yàn)室的分析師Aviv Kaufmann解釋了傳統(tǒng)平臺(tái)所面臨的挑戰(zhàn)：“傳統(tǒng)的存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)發(fā)展到可以通過(guò)利用新興技術(shù)來(lái)更好地滿足企業(yè)工作負(fù)載的需求。但“不斷發(fā)展”和“融合”意味著部分的妥協(xié);這與為任務(wù)專門構(gòu)建的某些架構(gòu)不同。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)可以配置為滿足當(dāng)今大多數(shù)整合工作負(fù)載的SLA，但這樣做通常需要過(guò)度配置和超支，因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施不靈活，管理復(fù)雜，并且對(duì)業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)速度慢。”

       在下一代數(shù)據(jù)中心中，存儲(chǔ)QoS意味著通過(guò)確保每個(gè)應(yīng)用程序獲得保證數(shù)量的存儲(chǔ)資源，在細(xì)粒度級(jí)別強(qiáng)制執(zhí)行性能控制。無(wú)論任何其他應(yīng)用程序的活動(dòng)、容量級(jí)別或I / O模式如何，每個(gè)為其配置的應(yīng)用程序都會(huì)分配有保證的IOPS，并且這些分配的IOPS將得到一致的遵守。下一代數(shù)據(jù)中心使用基于節(jié)點(diǎn)，無(wú)共享的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，可以在不增加應(yīng)用程序風(fēng)險(xiǎn)配置文件的情況下擴(kuò)展和整合工作負(fù)載。其根據(jù)業(yè)務(wù)的要求和價(jià)值提供一致的、可預(yù)測(cè)的性能，同時(shí)隔離和保護(hù)工作負(fù)載免受其他工作負(fù)載或硬件/軟件故障的影響。

       下一代數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)設(shè)計(jì)中的性能和容量之間的精確平衡有助于通過(guò)真正的QoS來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于性能的確保，并降低OPEX。虛擬化技術(shù)的采用為計(jì)算資源所帶來(lái)的益處，現(xiàn)如今在下一代數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)架構(gòu)也能夠充分實(shí)現(xiàn)了，這包括：獨(dú)立資源的池化和隔離，關(guān)鍵工作負(fù)載的資源預(yù)留以及動(dòng)態(tài)地將資源在工作負(fù)載之間進(jìn)行遷移。