Архитектура гиперконвергентной среды

1. Термины и определения

Термин	Определение
Гиперконвергентная инфраструктура	Инфраструктура, в которой вычислительные мощности, хранилища, серверы и сети скомпонованы в единое пространство с помощью программных средств.
Гиперконвергентный хост	Сервер, который одновременно выполняет функции вычислительного узла и узла хранения данных в рамках гиперконвергентной инфраструктуры.
Пул хранения (Storage Pool) ^[1]	Контейнер для данных, имеющих одну и ту же схему избыточности и правила распределения по OSD.
Ресурс хранения (Image) ^[2]	Файл или бинарное представление данных, предназначенное для хранения и управления данными в хранилище, обеспечивая доступность и целостность информации, а также возможность создания виртуальных машин, контейнеров и других систем на основе этих данных.
Узел хранения (Storage Node)	Сервер, входящий в состав кластера системы хранения данных, который предоставляет ресурсы хранения.
Узел кластера (Cluster Node)	Сервер, включённый в кластер хранения, объединяющий несколько компьютеров для совместного выполнения различных функций, включая хранение данных, их обработку, балансировку нагрузки и обеспечение отказоустойчивости системы.
Узел управления (Management Node) ^[3]	Сервер, входящий в состав кластера системы хранения данных, который исполняет компоненты ПО, отвечающие за управление и конфигурацию кластера.
Узел доступа (Client Node)	Устройство или компьютер в сети, предоставляющий интерфейс для конечных пользователей и позволяющий им обращаться к хранилищу данных или другим ресурсам в системе.
FC (Fibre channel)	Волоконный канал. Семейство протоколов для высокоскоростной передачи данных. Транспортный протокол (аналогично TCP в IP-сетях), использующий SCSI в сетях FC. Представляет собой базу для построения сетей хранения данных.
FCoE (Fibre Channel over Ethernet)	FCoE переносит фреймы Fibre Channel через Ethernet, инкапсулируя кадры Fibre Channel в Jumbo-кадры Ethernet-а.
HDD (Hard disk drive)	Жесткий диск.
iSCSI	Сетевой протокол области хранения, который определяет, как данные передаются между хост-системами и устройствами хранения. Он обеспечивает передачу данных SCSI на уровне блоков между инициатором iSCSI и целевым хранилищем по сетям TCP/IP.
LUN (Logical unit number)	Адрес диска или дискового устройства в сетях хранения.
LVM (logical volume manager)	Менеджер логических томов. Подсистема Linux.
NFS (Network File System)	Протокол сетевого доступа к файловым системам.
NVMe (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification)	Интерфейс доступа к твердотельным накопителям, подключённым по шине PCI Express.
RAID (Redundant Array of Independent Disks)	Избыточный массив самостоятельных (независимых) дисков — это технология объединения двух и более накопителей в единый логический элемент с целью повышения производительности и (или) отказоустойчивости отдельно взятого элемента массива.
RAID-контроллер	Контроллер дискового массива. Управляет физическими дисками и представляет их компьютеру как логические единицы. Может быть программным или аппаратным.
SDS (Software defined storage)	Программно-определяемое хранилище (система хранения).
SSD (Solid state drive)	Твердотельный накопитель.
VDO	Модуль для Linux, который предоставляет возможности сжатия и дедупликации данных на уровне блочного устройства.
VMFS	Кластерная файловая система.

Термин

Определение

Гиперконвергентная инфраструктура

Инфраструктура, в которой вычислительные мощности, хранилища, серверы и сети скомпонованы в единое пространство с помощью программных средств.

Гиперконвергентный хост

Сервер, который одновременно выполняет функции вычислительного узла и узла хранения данных в рамках гиперконвергентной инфраструктуры.

Пул хранения (Storage Pool) ^[1]

Контейнер для данных, имеющих одну и ту же схему избыточности и правила распределения по OSD.

Ресурс хранения (Image) ^[2]

Файл или бинарное представление данных, предназначенное для хранения и управления данными в хранилище, обеспечивая доступность и целостность информации, а также возможность создания виртуальных машин, контейнеров и других систем на основе этих данных.

Узел хранения (Storage Node)

Сервер, входящий в состав кластера системы хранения данных, который предоставляет ресурсы хранения.

Узел кластера (Cluster Node)

Сервер, включённый в кластер хранения, объединяющий несколько компьютеров для совместного выполнения различных функций, включая хранение данных, их обработку, балансировку нагрузки и обеспечение отказоустойчивости системы.

Узел управления (Management Node) ^[3]

Сервер, входящий в состав кластера системы хранения данных, который исполняет компоненты ПО, отвечающие за управление и конфигурацию кластера.

Узел доступа (Client Node)

Устройство или компьютер в сети, предоставляющий интерфейс для конечных пользователей и позволяющий им обращаться к хранилищу данных или другим ресурсам в системе.

FC (Fibre channel)

Волоконный канал. Семейство протоколов для высокоскоростной передачи данных. Транспортный протокол (аналогично TCP в IP-сетях), использующий SCSI в сетях FC. Представляет собой базу для построения сетей хранения данных.

FCoE (Fibre Channel over Ethernet)

FCoE переносит фреймы Fibre Channel через Ethernet, инкапсулируя кадры Fibre Channel в Jumbo-кадры Ethernet-а.

HDD (Hard disk drive)

Жесткий диск.

iSCSI

Сетевой протокол области хранения, который определяет, как данные передаются между хост-системами и устройствами хранения. Он обеспечивает передачу данных SCSI на уровне блоков между инициатором iSCSI и целевым хранилищем по сетям TCP/IP.

LUN (Logical unit number)

Адрес диска или дискового устройства в сетях хранения.

LVM (logical volume manager)

Менеджер логических томов. Подсистема Linux.

NFS (Network File System)

Протокол сетевого доступа к файловым системам.

NVMe (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification)

Интерфейс доступа к твердотельным накопителям, подключённым по шине PCI Express.

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

Избыточный массив самостоятельных (независимых) дисков — это технология объединения двух и более накопителей в единый логический элемент с целью повышения производительности и (или) отказоустойчивости отдельно взятого элемента массива.

RAID-контроллер

Контроллер дискового массива. Управляет физическими дисками и представляет их компьютеру как логические единицы. Может быть программным или аппаратным.

SDS (Software defined storage)

Программно-определяемое хранилище (система хранения).

SSD (Solid state drive)

Твердотельный накопитель.

VDO

Модуль для Linux, который предоставляет возможности сжатия и дедупликации данных на уровне блочного устройства.

VMFS

Кластерная файловая система.

2. Архитектура

На следующей схеме показана базовая архитектура одного кластера, развернутого на трех физических машинах.

2.1. Основные компоненты

Гиперконвергентная среда zVirt интегрирует различные компоненты инфраструктуры центра обработки данных, такие как вычислительные ресурсы, сетевые функции и хранение данных, в единую управляемую систему.

Общие компоненты

Менеджер управления (на схеме ВМ с короной) - центральный компонент управления, который предоставляет веб-интерфейс для администрирования всей виртуализированной инфраструктуры, включая управление виртуальными машинами, сетевыми настройками и хранилищем данных.
Гиперконвергентные хосты zVirt (zVirt Node) - это серверы, которые одновременно выполняют функции вычислительного узла и узла хранения данных в рамках гиперконвергентной инфраструктуры. Это означает, что на одном и том же физическом сервере размещаются виртуальные машины и запущено решение SDS, предоставляющее хранилище для этих виртуальных машин и других нужд системы.
Внешняя (общедоступная) сеть - сеть, используемая для передачи трафика управления и трафика виртуальных машин.
Внутренняя сеть - сеть, используемая для трафика хранилища и трафика миграции между хостами.

Компоненты Gluster

Хранилище Gluster (GlusterFS) - для реализации функций хранения в гиперконвергентном хосте используется GlusterFS — распределенная файловая система, которая позволяет объединять локальное хранилище нескольких серверов в единое легко масштабируемое хранилище. GlusterFS интегрируется с zVirt, предоставляя хранилище для виртуальных машин и других данных. Основными компонентами GlusterFS являются:
- Тома GlusterFS (GlusterFS Volumes) - логические единицы хранения в GlusterFS, которые создаются путем группировки ресурсов хранения с одного или нескольких хостов. Тома можно настроить на использование различных типов репликации и распределения данных для оптимизации производительности и надежности.
- Брики (Bricks) - основные блоки томов GlusterFS. Брик представляет собой каталог на хосте GlusterFS, который используется для хранения данных тома. Каждый том состоит из одного или нескольких бриков.
LVM - используется в сочетании с GlusterFS для обеспечения гибкого управления дисками и разделами, на которых размещаются брики GlusterFS, улучшая тем самым общую производительность и управляемость системы хранения данных.
RAID - предотвращает потерю данных при выходе из строя накопителя информации, обеспечивая отказоустойчивость на уровне хоста.
VDO - это модуль для Linux, который предоставляет возможности сжатия и дедупликации данных на уровне блочного устройства. VDO позволяет экономить место на диске за счет устранения дубликатов данных и сжатия данных на лету, что особенно полезно в средах с большим объемом хранения.

Компоненты ПСХД MIND uStor

Служба etcd — кластерная СУБД «ключ — значение». Используется для хранения конфигурации и верхнеуровневого состояния кластера, а также предотвращения разделения состояния кластера (split-brain) в случае сбоя или выхода узла(-ов) из строя. СУБД etcd не участвует в обработке команд ввода-вывода (записи и чтения данных) от клиентов (потребителей ресурсов хранения). В БД не хранятся записанные блоки данных. Служба выполняется на узле управления.
Служба OSD — системный процесс для работы с накопителем или разделом накопителя. Непосредственно осуществляет ввод-вывод (запись и чтение) данных.

Процессы OSD получают от СУБД etcd состояние кластера и передают друг другу команды ввода-вывода (записи и чтения) вторичных копий или частей данных.

Служба выполняется на узлах хранения. Количество служб OSD на узле равно суммарному количеству накопителей или суммарному количеству разделов на этих накопителях.
Служба Monitor — системный процесс, отвечающий за расчёт оптимального распределения пространства хранения в кластере. По требованию процесс рассчитывает необходимые изменения в конфигурации кластера и записывает эту информацию в БД etcd. После внесения изменений в конфигурацию кластера служба OSD перераспределяет данные непосредственно на накопителях. Дополнительно служба агрегирует системную статистику. Служба выполняется на узле управления.

1. Применимо только для гиперконвергентной среды с ПСХД MIND uStor

2. Применимо только для гиперконвергентной среды с ПСХД MIND uStor

3. Применимо только для гиперконвергентной среды с ПСХД MIND uStor