設計下一代的數(shù)據中心（二）

四、橫向擴展

        下一代數(shù)據中心中的軟件控制的基本原則以橫向擴展設計為代表。橫向擴展被定位成為企業(yè)IT部署中的主要架構，究其原因在于其能夠提供無縫，透明的資源擴展，而無需涉及到傳統(tǒng)基礎架構遷移的成本和復雜性。

1、縱向擴展與橫向擴展

       縱向擴展的架構允許擴展有限的變量集，因為每個組件的功能限制了它們的集體性能。數(shù)據和應用程序通常會激增，并最終在縱向擴展架構中達到最大容量。隨著應用程序的增加，基礎架構資源分散，性能下降也隨之而來。通過縱向擴展架構，您企業(yè)數(shù)據中心所運行的硬件決定了您在業(yè)務過程中將受到的限制，更快的硬件可能需要大量的遷移工作。

      相比之下，橫向擴展的體系結構則是分布式體系結構。它不限于單臺機器的資源容量。其提供所有變量的線性擴展，允許您企業(yè)數(shù)據中心通過群集資源來實現(xiàn)規(guī)模化的縮放。橫向擴展提供了廣泛的資源擴展選項，使企業(yè)能夠在整個數(shù)據中心基礎架構和長期的運營過程中始終如一地利用IT投資。

      成功的橫向擴展體系結構的關鍵是確保來自額外添加節(jié)點的性能可以通過QoS功能進行智能化的配置。

      如果工作負載在性能方面無法相互保護，則應用程序的所有者將不會支持這些工作負載的整合。橫向擴展體系結構專為企業(yè)而設計，其中IT資源的線性增量增長是全球IT戰(zhàn)略的一部分。

2、支持橫向擴展的趨勢

●資源的集群

       傳統(tǒng)的孤島式數(shù)據中心依賴于具有閑置隔離資源的專用物理服務器。這些服務器及其所占用的空間決定了其所能夠管理或存儲的最大數(shù)據量。例如，VMware vSphere等虛擬化技術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用程序、負載平衡和容錯(冗余)的關鍵。資源池有助于IT通過單一控制的軟件實現(xiàn)快速、無中斷的修改。向資源池中添加另一臺服務器可以有效地擴展CPU和內存，并且可以縱向或橫向縮放資源，以滿足不斷變化的業(yè)務需求。

●脊葉架構(Leaf-spine Architecture)

       在采用以太網架構之前，網絡拓撲構建在類似于分層結構的層中，并且通常被細分為允許虛擬機和其他設備的位置的pod。傳統(tǒng)模型設計用于企業(yè)網絡，由核心路由器，匯聚交換機和接入層交換機組成，傳統(tǒng)上需要使用生成樹協(xié)議(STP)來促進擴展。這種拓撲結構增加了網絡設計和故障排除的復雜性。

      脊葉架構設計只有兩層：葉和脊。葉子層中的接入交換機連接到虛擬機、防火墻、邊緣路由器和負載均衡器等設備。網絡的主干是具有執(zhí)行路由的交換機的主干層。每個葉子交換機通過動態(tài)第3層路由和使用等價多路徑(ECMP)與每個主干交換機互連。最佳路徑的調整和確定基于對網絡變化的響應。

      隨著葉脊架構規(guī)模化擴展到數(shù)千個節(jié)點，接入訪問層交換機之間的延遲和瓶頸(傳統(tǒng)架構中常見)被最小化，因為這些交換機不超過一跳。例如，像Arista Networks的網絡供應商就通過這種下一代數(shù)據中心的拓撲實現(xiàn)了速度，密度，可預測性和可擴展性。

●固態(tài)陣列SSA(Solid-State Array)

       即使計算和網絡管理員開始充分利用云服務的效率，但存儲技術仍然是靜態(tài)的。在傳統(tǒng)存儲中，企業(yè)別無選擇，只能為不同的性能級別和關鍵應用程序使用單獨的存儲網絡和不同的池。管理傳統(tǒng)縱向擴展架構的管理員需要添加固定數(shù)量的驅動器架以增加容量。這些磁盤陣列需要預先進行用于滿足未來擴展需求的所有資源的預付資本方面的前期支出。

      橫向擴展的固態(tài)陣列正在擴展曾經孤立的、靜態(tài)存儲生態(tài)系統(tǒng)。在下一代數(shù)據中心中，存儲池(GB，IOPS)是共享資源。集群這些資源的能力提供了按需擴展的能力; 使得企業(yè)IT僅需要采購和管理當前業(yè)務所需的內容即可。

      下一代數(shù)據中心橫向擴展的存儲提供了靈活性，可以在一段時間內以可預測的線性模式獨立，無中斷地擴展容量和性能。這意味著企業(yè)數(shù)據中心可以戰(zhàn)略性地橫向或縱向擴展縮放，并在任意數(shù)量的節(jié)點上分配數(shù)據和流量，同時增加數(shù)據服務的范圍。通過利用云服務在存儲層中的彈性并與所有其他服務、資源和云管理平臺實現(xiàn)緊密集成，IT可以提高效率。

       在下一代數(shù)據中心中，原始性能是解決方案的一半;僅僅只是提供服務還并不足夠。必須在整個基礎架構中使用QoS資源控制，否則任何性能保證都只能達到最薄弱的環(huán)節(jié)一樣的水平。動態(tài)管理CPU、內存、帶寬、存儲容量和存儲性能，以提供預期和所需的應用程序體驗。

      確保性能的趨勢

●監(jiān)控工具

       信息就是力量。自動化的性能監(jiān)控為數(shù)據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鍵智能。企業(yè)正在使用軟件來監(jiān)控，報告和分析云服務中的實時和歷史數(shù)據。這些工具可以提高服務水平，管理安全風險，并降低運營成本。

       Splunk Inc.公司是在監(jiān)控工具領域處于領先地位的企業(yè)之一。該公司所推出的IT服務智能(ITSI)是一款用于基礎架構分析和可視化的監(jiān)控和性能跟蹤平臺。ITSI在生產環(huán)境中運行，其中包含用于顯示關鍵性能指標(KPI)和基礎架構的儀表板，并提供用于問題評估的深入數(shù)據。該軟件是為在企業(yè)內部，云中或混合環(huán)境中的IT操作運營而開發(fā)的。用戶表示，部署此類軟件產品，能夠帶來：事件調查，更強的安全性，可用性和關鍵業(yè)務洞察力等諸多方面的好處。

●網絡QoS

       在下一代數(shù)據中心中，企業(yè)架構師們通過將網絡流量細分為不同優(yōu)先級的隊列來管理性能，同時控制將采用多少管道用于存儲或應用程序。網絡QoS旨在保證關鍵應用程序流量的服務交付，而不會破壞其他流量，并實現(xiàn)對帶寬利用率的精細控制。

       在網絡層采用QoS是促進融合和端到端服務水平協(xié)議的關鍵推動因素。來自英特爾的營銷計劃經理Brian Yoshinaka解釋了企業(yè)對于網絡基礎設施的選擇所帶來的影響：

“今天，隨著企業(yè)IT部門紛紛積極的準備部署內部云環(huán)境，評估對于網絡基礎架構的選擇將如何影響到云服務對于其服務級別協(xié)議(SLA)滿足的能力非常重要。通常用于描述云計算功能的術語，包括諸如敏捷性，靈活性和可擴展性，也應該絕對適用于底層網絡?！?/span>

●存儲QoS

       在存儲方面，QoS這一術語在行業(yè)供應商中缺乏一致的定義，故而在企業(yè)的IT決策者中產生了一定的(可理解的)懷疑。傳統(tǒng)存儲模型在獨立的存儲池上運行各種虛擬工作負載。創(chuàng)建該模型是為了在每個應用程序具有必須支持的多樣化I / O模式時，保護單個應用程序在單個存儲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，因為它們不是為了支持集體工作負載的個別容量和性能要求而構建的。然后，企業(yè)購買的存儲空間超出了他們的需求，從而提升了成本，并降低了效率。來自ESG實驗室的分析師Aviv Kaufmann解釋了傳統(tǒng)平臺所面臨的挑戰(zhàn)：“傳統(tǒng)的存儲基礎架構已經發(fā)展到可以通過利用新興技術來更好地滿足企業(yè)工作負載的需求。但“不斷發(fā)展”和“融合”意味著部分的妥協(xié);這與為任務專門構建的某些架構不同。傳統(tǒng)的存儲架構可以配置為滿足當今大多數(shù)整合工作負載的SLA，但這樣做通常需要過度配置和超支，因為基礎設施不靈活，管理復雜，并且對業(yè)務需求的響應速度慢?！?/span>

       在下一代數(shù)據中心中，存儲QoS意味著通過確保每個應用程序獲得保證數(shù)量的存儲資源，在細粒度級別強制執(zhí)行性能控制。無論任何其他應用程序的活動、容量級別或I / O模式如何，每個為其配置的應用程序都會分配有保證的IOPS，并且這些分配的IOPS將得到一致的遵守。下一代數(shù)據中心使用基于節(jié)點，無共享的存儲設計，可以在不增加應用程序風險配置文件的情況下擴展和整合工作負載。其根據業(yè)務的要求和價值提供一致的、可預測的性能，同時隔離和保護工作負載免受其他工作負載或硬件/軟件故障的影響。

       下一代數(shù)據中心存儲設計中的性能和容量之間的精確平衡有助于通過真正的QoS來實現(xiàn)對于性能的確保，并降低OPEX。虛擬化技術的采用為計算資源所帶來的益處，現(xiàn)如今在下一代數(shù)據中心的存儲架構也能夠充分實現(xiàn)了，這包括：獨立資源的池化和隔離，關鍵工作負載的資源預留以及動態(tài)地將資源在工作負載之間進行遷移。