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一、 超融合的概念
超融合(Hyper- Converged)目前还没有一个严格的标准定义， 各个厂商和机构都有各自的定义，这也说明超融合仍然处于快速发展
演变当中，并未形成统一的标准规范。 超融合中“超”对应英文“Hyper”，特指虚拟化，对应虚拟化计算架
构，如 KVM、XEN、Hyper-V 等。这一概念最早源自 Nutanix 等存储 厂商将 Google/Facebook 等互联网厂商采用的计算存储融合架构用于 虚拟化环境，为企业客户提供一种基于 X86 硬件平台的计算存储融 合产品或解决方案。按照这个概念，数据库一体机和大数据一体机都 不能划为超融合的范畴，因为RAC/Hadoop等应用并非运行在虚拟机 之上。此外，超融合架构中最根本的变化是存储，由原先的集中共享 式存储(SAN/NAS)转向软件定义存储，特别是分布式存储。
超融合中的“融合”是指计算和存储部署在同一个节点上，同时提
供计算和存储能力。融合一般可以分为物理融合和超融合两种，超融 合是融合的一个子集。物理融合系统中，计算和存储仍然可以是两个 独立的组件，没有直接的相互依赖关系，共享主机的物理资源。超融 合与物理融合不同在于，重点以虚拟化计算为中心，计算和存储紧密 相关，存储由控制器虚拟机(Controller VM，CVM)而非物理机来控 制并将分散的存储资源形成统一的存储池，用于创建用户的应用虚拟 机。物理融合与超融合对比如所示。出于性能考虑，超融合架构通常 都需要将主机物理设备透传(Pass Through)给控制器虚机 CVM。
总结以上超融合的内涵可见，超融合架构是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技术架构。要判断一套系统是否采用超融合 架构，主要基于以下几点:(1) 完全软件定义。独立于硬件，采用商业通用标准硬件平台(如 X86)，完全采用软件实现计算、存储、网络等功能。
(2) 完全虚拟化。以虚拟化计算为中心，计算、存储、网络均由 虚拟化引擎统一管理和调度，软件定义存储由虚拟机控制器 CVM 进 行管理。
(3) 完全分布式。横向扩展的分布式系统，计算、存储、网络按 需进行动态扩展，系统不存在单点故障，采用分布式存储。
二、 超融合架构发展情况和案例
未来 5 至 10 年新一代数据中心基础架构朝着软件定义和超融合 方向发展，SAN/NAS 存储逐渐被软件定义的存储所替代。在软件定 义存储(SDS)的推动下，超融合将成为数据中心基础架构的核心， 并且是软件定义数据中心(SDDC)的未来技术发展趋势。基于多种 复杂设备的数据中心最终会归一化成以通用服务器加互连网络的体 系架构。在这些通用服务器上部署关键的软件，通过虚拟化的方式实 现计算、存储资源。然后再在这些虚拟化资源的基础上部署应用，完 成具体功能。
存储、计算和网络的深度融合是未来IT基础设施发展的大趋势， 超融合架构因此成为企业级客户的首选，加速业务系统从传统架构向 云计算架构的转型。IDC 的统计报告显示，2016 年全球超融合市场规 模预计将增长 94%。另一家市场分析公司 Gartner 预计，2019 年全球 超融合市场的规模将超过 1000 亿美元，有大约 30%安装在企业数据 中心内的存储阵列都将是部署在软件定义存储或者基于 x86 硬件系 统的超融合集成系统架构。
2016 年以来，中国超融合市场持续升温，越来越多的超融合团队 逐渐发展起来。根据市场研究和咨询公司 Gartner 在 2016 年 11 月针 对中国超融合市场趋势发布的报告，思科、HP、Dell、EMC、NetApp 等老牌服务器和存储大厂纷纷将技术与产品战略转向超融合的路线 上来。报告指出，中国一跃成为全球超融合基础架构增速最快的市场，，
国内的 H3C、华为、Nutanix、联想、SmartX、深信服等厂商迅速跟 进了国际主流超融合解决方案。
目前超融合架构在国内的主要应用案例如下:
政府相关机构:中国检查出版社，中国证监会，中国互联网信息 中心，中国大连市政府，青海水利，广州地税局数据库虚拟化，国家卫计委云数据中心，湖北省公安厅审计平台，厦门公安局警务云平台， 最高法司法统计管理平台，深圳海关业务系统，广东海事局智慧海事 平台，中国(西安)丝绸之路研究院，温州医科大学第一附属医院等。
金融行业:招商银行，中银证券，南京证券，中信银行等。 制造行业:东风本田，宝山钢铁，中铁资源集团有限公司等。 IT 企业:科陆电子，联想集团，中国联通沃云，中国电信等。 教育行业:中国地质大学，中国科技大学，南开大学，北京邮电大学，北京外交学院，陕西省行政学院等。
三、 超融合架构的优势
超融合架构迅速发展的原因是其具有显著的优势，能够带来极高 的客户价值。超融合架构实现了计算、存储、网络等资源的统一管理 和调度，具有更弹性的横向扩展能力，可以为数据中心带来最优的效 率、灵活性、规模、成本和数据保护。使用计算存储超融合的一体化 平台，替代了传统的服务器加集中式存储的架构，使得整个架构更清 晰简单，极大简化了复杂 IT 系统的设计。厂商宣传超融合架构与传
统架构相比的优势对比如下表所示。
四、 超融合架构存在的问题
超融合架构的优势和客户价值已经得到了全球和国内市场的肯 定，是未来 5 至 10 年新一代数据中心基础架构的首选方案。但也不 可避免地存在一些局限或问题，主要包括以下几个方面:
(1) 性能一致性 数据中心中存储的性能至关重要，而且希望能保持一致性，包括
延迟、IOPS 和带宽，对于超融合架构可能存在一定问题: 一是超融合架构“共享一切”。计算和存储会争抢 CPU/内存/网络 等物理资源，而且计算和存储又相互依赖，一旦一方资源需求骤升会 导致另一方资源减少，进而影响性能。虽然可以从技术上进行资源隔离限制，但还是会对性能造成影响。 二是超融合架构“一切分布式和软件定义”，集群规模较大后，网络、硬盘、服务器发生故障的概率都会增大，数据重删/压缩/加密/纠 删码等功能都用软件实现，故障的自修复和数据功能实现都会消耗一 定的系统资源，导致性能下降和抖动。可以采用自修复的流控，数据 功能旁路到硬件模块处理，这些方法会缓解性能一致性问题，但又与 超融合的理念相背。
(2) 横向扩展问题 超融合架构关键特征之一就是易于扩展，最小部署，按需扩容。 超融合厂商宣称最大集群规模也差别很大，从数十到数千节点不等， 通常从 3 节点起配。超融合中计算能力、存储性能和容量是同步扩容 的，无法满足现实中单项能力的扩展，有些厂商还对扩容最小单元有 要求，扩展灵活性会受到限制。
集群达到一定规模后，系统架构复杂性就会非线性增加，集群管 理变的更加困难，硬件故障和自修复发生的概率也会大大增加。因此， 超融合架构一般不建议构建大集群，如果业务允许尽量构建多个适当 规模的较小集群，或者采用大集群中构建故障域或子资源池的方式。
(3) 系统复杂性
超融合架构简化了 IT 架构，极大降低了数据中心设计的复杂性， 实现了快速交付，并极大简化了运维管理。不过，这都是基于用户角 度的，从产品研发角度而言，超融合实际上使得内部的软件复杂性更高了。
由于超融合架构需要采用 CVM 虚拟机控制器，并且需要将主机物理设备透传给控制虚机，增加了部署配置管理的复杂性。计算和存 储对硬件平台的要求都不同，融合后也会一定程度上增加兼容性验证 的复杂性。超融合架构下，管理、计算、存储、高可用通常都需要配 置独立的虚拟网络，网络配置也会更加复杂。同时，共享物理资源的 分配、隔离、调度，这也是额外增加的复杂性。如果出现故障，问题 的跟踪调试和分析诊断也变得更加困难。
(4) SSD 分层存储
闪存 SSD 基本成为超融合架构中必不可少的元素，解决了 I/O 性 能瓶颈问题，尤其是 I/O 随机读写能力。目前迫于成本因素，全闪超 融合方案应用仍然较少，多数应用以 SSD 混合存储配置为主，从而 获得较高的性价比。通常情况下，我们假设热点数据占 10-20%，配 置相应比例的 SSD 存储，将热点数据存储在 SSD 存储中，一旦热点 数据超过预先设置阈值或触发迁移策略，则按相应淘汰算法将较冷数 据迁移回 HDD 磁盘存储，从而期望在性能和容量方面达到整体平衡。
问题在于热点数据占比并不好估计，如果 SSD 配置不足，性能 并不会得到优化。假设应用场景合适并且 SSD 配置合理，SSD 空间 最终要被热点数据占满，就会触发数据迁移，这时 HDD 存储仍将成 为 I/O 性能瓶颈，同时还要承担正常的 I/O 业务负载，整体性能就会 出现降级和抖动。为了缓解这一问题，SSD 一方面会过滤掉顺序读写 I/O，另一方面会把空间阈值设置较低，尽早进行数据迁移，同时选择 系统空闲时间执行和流控。带来的负面效应是，SSD 性能加速效果受 限，物理设备效率发挥不充分。另外，SSD 本身被写满时性能也会出 现较大的波动。
因此，实际中推荐根据应用场景采用全闪存 SSD 或全磁盘 HDD 配置，从而获得一致性的性能表现。如果成本所限无法全用 SSD，还 有另外一种应用方式，同时创建一个全 SSD 和一个全 HDD 存储池， 人为按照性能需求将虚拟机分配到不同存储池中。
(5) 文件共享存储
超融合架构采用分布式块存储方式替换传统的共享式存储解决 了虚拟化存储问题。然而实际业务应用中都有着文件共享需求，需要 分布式文件系统或 NAS 存储系统。这是目前超融合普遍缺失的，只 能依赖外部独立部署的 NAS 或集群 NAS 存储系统实现。目前的超融 合架构内还不能很好地统一支持块存储和文件存储。因此，超融合架 构中可以采用相同方式同时部署两套存储，分别提供分布式块存储和
文件系统文件共享存储。
根据 Gartner 的建议， 超融合比较适合用在中小型的基础设施部署，分支机构，有可以预测 的性能和容量需求的场景(性能和容量增长存在一定的比例关系，因 为扩展一个节点，一般是同步扩展了计算和存储能力)。
大型数据中心，针对的是无数混合的负载，一般追求容量和计算独立 灵活扩展，SDS 的部署方式也许更合适。
超融合架构下的存储逻辑单元已经拥有了很多过去高级存储才具备
的功能，但是在数据保护，复制，容灾，高可用，这些关系到数据存 储层面的需求是超融合厂商不会花精力去关注也无法关注的，
同时架构本身的局限性带来的用户选择面也比较窄，你无法把超大规 模的计算中心全部塞满超融合架构，用户对于结构化和非结构化数据 的海量增长这种数据存储的异构需求不适合全部交给超融合来解决，
很多用户原本希望计算跟存储分布扩容，或者计算跟存储占比比较失 衡的情况，比如计算资源需求很大，存储资源需求很小，或者相反的 情况全部交给超融合，这样一股脑全部交给超融合的架构设计是相当
糟糕的.