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Nutanix Complete Cluster架构
主要支柱
Nutanix Complete Cluster利用系统架构、硬件和软件技术的最新发展建立起一个系统，以解决虚拟机的存储问题。Nutanix架构有三大核心支柱：
分布式计算
Nutanix架构类似于谷歌架构，也是无需网络存储的横向扩展型计算和存储基础设施。同时，Nutanix借鉴了谷歌架构，并可提供一种企业级的解决方案。谷歌文件系统是定制的解决方案，适用于谷歌内部的各种应用（搜索、Gmail等），而Nutanix提供通用的解决方案，适用于各种虚拟化的环境。除了横向扩展能力之外，它还具备与各种先进的网络存储解决方案相同甚至更好的企业级数据管理功能，包括高可用性、备份、快照、灾难恢复等。
虚拟化 Nutanix架构专门针对虚拟机而设计，因此它支持传统网络存储架构所支持的全部管理程序功能，包括实时虚拟机迁移和高可用性等功能。此外，因为Nutanix架构为虚拟机感知型，所以它能够克服配合物理服务器使用的传统解决方案的各种局限。例如，在计算侧按单个虚拟机开展管理时，存储管理单元传统上为LUN。当LUN由许多虚拟机共享时，按单个虚拟机执行备份、恢复、快照等存储操作就会越来越困难。在过度共享的环境中，识别瓶颈问题也非常困难，因为计算层和存储层之间存在断层。Nutanix架构克服了这些局限。
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固态硬盘
Nutanix架构可充分利用企业级的固态硬盘（SSD）。值得注意的是，传统的存储系统专门针对旋转介质而设计，所以很难有效利用SSD，因为SSD的访问模式截然不同。机械硬盘有旋转和时延，而SSD则不存在这些机械局限性。由于两种媒介之间存在这种不同，因此要求软件进行不同的优化，以实现最佳的性能。我们不能简单拿来专门针对机械硬盘系统编写的软件，然后希望它能够有效运用于固态硬盘。Nutanix架构利用SSD存储各种各样的常用数据——从虚拟机元数据到主数据存储，一方面通过分布式缓存获得高性能，另一方面通过永久存储实现快速检索。为了将SSD的性能优势最大化，Nutanix架构：
? 保留SSD用于I/O密集型功能
? 采用各种节省空间的技术，使得较小的物理空间能够存储大量的逻辑数据 ? 自动将“冷”数据或非常用数据迁移至机械硬盘，低优先级的虚拟机避开SSD
架构综述
Nutanix Complete Cluster是一个由高性能的节点或服务器组成的横向扩展型集群，每台设备运行一个标准的管理程序；集群还含有处理器、内存和本地存储器，包括SSD和机械硬盘。每个节点都运行虚拟机，如同标准的虚拟主机一样。此外，所有节点的本地存储器均通过Nutanix横向扩展型融合存储（SOCS）架构进行虚拟化，成为一个统一的存储库（图1）。实际上，SOCS的作用就像一个先进的SAN，利用所有节点的本地SSD和机械硬盘存储虚拟机数据。集群中运行的虚拟机将数据写入SOCS，就像写入SAN一样。SOCS为虚拟机感知型，可提供先进的数据管理功能。它将数据存储于本地系统上，因此数据更接近虚拟机，从而降低了成本并提高了性能。Nutanix Complete Cluster能够从几个节点水平扩展到大量的节点，因此组织机构可根据自身需要扩展其基础设施。
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图1：Nutanix横向扩展型融合存储（SOCS）架构
通过Nutanix Complete Cluster，高可用性和实时虚拟机迁移等虚拟化功能便可无缝发挥作用。管理员通过标准程序在Nutanix Complete Cluster上创建虚拟机，而Nutanix SOCS通过虚拟硬盘或vDisk为虚拟机提供存储，这些硬盘均为标准的iSCSI设备。
Nutanix横向扩展型融合存储——主要组件
Nutanix架构的关键是SOCS，它是一种正在申请专利的横向扩展型融合存储层，具备下列独特的功能特点：
? 它与计算层融合在一起。虚拟机和SOCS共存于同一集群。
? 它为虚拟机感知型。SOCS针对单个虚拟机提供存储，并能够识别每台虚拟机
的I/O.
? 它能够从几个节点扩展到大量的节点。 ? 它全面整合固态硬盘。
? 它提供高可用性，不存在硬盘或节点故障。
? 它通过本地I/O访问提高性能，充分利用固态硬盘的性能优势，并采用了一系
列正在申请专利的性能优化方法。 ? 它提供独特的容量优化功能。
SOCS通过下列组件发挥作用：
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n向控制器集群 传统的SAN解决方案一般拥有1、2、4或8个控制器，而n节点的Nutanix Complete Cluster拥有n个控制器（图2）。Nutanix Complete Cluster中的每个节点运行一台特定的虚拟机，称为控制器虚拟机。该虚拟机用作SOCS的虚拟控制器。集群中的所有控制器虚拟机彼此通信，形成单一的分布式系统。与限制于少量固定控制器的传统SAN/NAS解决方案不同，这种架构可随着节点的增加而不断扩展。
图2：Nutanix横向扩展型控制器虚拟机架构
热度优化分层缓存（HOTcache）
HOTcache是一种高性能的缓存，受到集群中每个节点的SSD的支持。当访客虚拟机写入数据时，数据先写入HOTcache，然后在后台清空至SOCS。HOTcache采用一种顺序数据布局，即使虚拟机工作负载混合成为随机工作负载，也能够实现较高的性能。HOTcache在本地SSD上保留一个数据副本，并在一个不同的节点上保留另外一个数据副本，这样，即使节点发生故障，数据也不会丢失。
分布式元数据服务（Medusa）
在传统的存储系统中，随着存储的增加，控制器通常会成为瓶颈。造成这个问题的主要原因之一在于：存储元数据存储在控制器上。传统系统可扩展至少量的控制器，因此当虚拟机数量增加时，每个控制器的I/O负载也会随之增加。Nutanix的
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分布式元数据服务，即Medusa，可将集群元数据在整个集群上进行分布，从而实现可扩展性；同时还可将数据复制到多个节点，以实现容错功能。该服务高度可用，并能够容忍多个模块故障。相对而言，传统解决方案依赖于少数存储控制器，无法容忍多个控制器故障。
分布式数据维护服务（Curator）
Nutanix的分布式数据维护服务（Curator）是一个基于MapReduce1的框架，用于以大规模平行方式执行后台数据管理操作。这些操作包括：
? 将冷门数据迁移至较低的分层（实现热度优化分层） ? 收集已删除的垃圾数据 ? 通过程序校验实现数据的一致性 ? 节点或硬盘发生故障时复制数据 ? 添加或移除节点时对数据进行再平衡
? 当虚拟机从一个节点移动到另一个节点时，对数据进行迁移以便将本
地访问最大化
FlashStore
FlashStore是一个永久性的、基于闪存的存储器，由集群中所有节点的SSD联合提供。数据首先写入FlashStore，然后在成为冷门数据后迁移至DiskStore。当冷门数据重新成为热点数据后，将被重新提取至FlashStore。对于用于低优先级虚拟机的vDisk，管理员可选择跳过FlashStore。
DisKStore
DiskStore是跨越整个集群的大容量SATA存储层，针对冷门数据提供较大的存储容量。Nutanix的HOT技术将FlashStore和DiskStore整合在一起，能够以较低的成本实现较高的性能和较大的容量。
1.
MapReduce是谷歌原创的技术，用于大规模平行分析集群数据
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