从虚拟化到超融合，一文看懂企业IT底座如何演进

传统情况下，一台服务器只能启动一个操作系统，资源利用率不高；将服务器虚拟化之后，就可以在一台服务器上创建多台虚拟机共享服务器的硬件资源，但仍旧有扩容难维护难的问题；而超融合可以将算力和存储、网络深度融合，超融合集群中增加一台服务器，服务器的算力和存储也会同步增加到集群中，让资源扩展更加便捷，维护也更加方便。

打个比方：虚拟化就像在大房子里分出好多间独立的小房子，每间房子都有门、有窗、有插座，且互不干扰。

从技术上说，虚拟化就是把一台物理服务器的CPU、内存、存储进行抽象、隔离和重组的技术。底层的CPU、内存、存储和网络资源被统一接管，通过Hypervisor（虚拟机监控器）这一核心软件层，按需分配给各台虚拟机。每台虚拟机都拥有自己独立的虚拟硬件，可以像真实物理机一样安装并运行各自的操作系统和应用程序。

现代CPU内置的硬件辅助虚拟化技术（如Intel VT-x、AMD-V）还进一步加速了指令翻译和内存地址转换，让性能损耗大幅降低。

虚拟化既然有这么多好处，有没有短板呢？当然，虽然物理服务器硬件资源池化了，但存储和网络仍然是独立的管理体系。

一个完整的IT基础设施通常由三套不同的管理工具和界面构成：

日常运维中，一次故障排查可能要跨三个团队、开三个系统、查三套日志，这就出现了沟通成本高，定位问题效率低，给日常运维带来不便。

因此，一些厂商把服务器、存储、网络和虚拟化软件预集成到一个机架或系统中，统一交付和管理，这就是中间态：融合基础设施（CI，Converged Infrastructure）。但它本质上仍是“捆绑式”架构，存储通常是独立集中式设备，扩展粒度较粗。

于是，超融合（HCI，Hyper-Converged Infrastructure）出现了。

超融合是一种IT基础设施架构，将计算、存储、网络和虚拟化等多个组件整合在一起，形成一个单一的、易于管理的系统，并在此基础上添加了更多的应用程序和服务。

超融合基础设施由多个节点组成，每个节点都具备计算、存储和网络功能，这些节点通过虚拟化技术组成一个集群，并可扩展到数百个节点。超融合基础设施通常使用了各种SDx技术，即软件定义一切，例如软件定义存储（SDS）、软件定义网络（SDN）等，以实现高度自动化和可伸缩性。

通俗来说：虚拟化把一个服务器化身为多个，解决了“服务器利用率”问题；融合基础设施CI把服务器、网络、存储打包集成和销售，解决了“预集成交付”问题；超融合HCI则把存储软件化、与计算同节点部署，实现了分布式、横向扩展、统一管理的IT基础架构。

物理硬件层：采用x86标准化服务器，无需根据硬件定制化。每台服务器既是计算节点又是存储节点，配置有虚拟化扩展指令集的多核CPU、本地SSD作为缓存层用于热数据加速、本地HDD作为容量层用于冷数据存储，以及多块10GbE或25GbE网卡用于节点间的业务流量和数据同步。

虚拟化/运行时层：通常运行Hypervisor，例如VMware ESXi、KVM、Hyper-V等，也支持容器/K8S等云原生运行时，虚拟机或容器是超融合系统内进行计算管理的基本单元。

存储层：通过SDS软件把各节点本地磁盘组成分布式存储池，提供块、文件、对象等多种接口，其中最常用的是块存储。存储层提供了数据分布、一致性、快照、克隆、故障重建等保障数据安全的能力。

网络层：承载管理流量、业务流量和存储东西向流量。存储流量对性能要求比较高，即对延迟和带宽比较敏感，通常推荐 10/25/100GbE带宽，甚至 RDMA/RoCE。另外为了支持业务或租户隔离，网络层一般支持构建虚拟专用网。

管理编排层：统一管理计算、存储、网络、监控、告警、升级、扩容等功能，提供 UI、API、自动化编排能力，实现集中管理、统一管理。

超融合是在虚拟化的基础上，把网络、存储进行了深度融合、统一管理，支持集群横向扩展，形成了一体化解决方案。超融合带来的好处总结如下：

通过自定义模板和批量创建功能，实现标准化复用。在创建虚拟机时，选择虚拟机模板后即可套用已有配置，并支持配置虚拟机实例数量，完成批量创建虚拟机。模板与批量创建组合使用，能够在短时间内交付数十台配置完全一样的虚拟机，消除人工手动创建的误差。

提供多种调度策略，用户可以根据业务需要自主设置虚拟机运行在指定的物理机，做到了一次设置持续生效。超融合支持集成不同配置物理服务器，所以通过节点调度设置可以使虚拟机更符合业务性能需求。通过亲和性和反亲和性设置可以将多台虚拟机强制调度至同一节点或强制分散到不同节点，提升响应速度，避免单点故障。

提供定时快照功能，将虚拟机指定时间点的磁盘数据以快照方式留存在集群存储中。同时提供定时备份功能，可以定时将虚拟机和业务数据备份至超融合集群之外的S3或NFS服务器，为系统提供双重保险。即使集群发生异常情况，也可以将备份数据恢复至其它集群，保证数据安全。

持续监控物理节点健康状态，当节点故障时，虚拟机可以自动迁移至健康节点，保障业务不中断。无论在物理机硬件维护、固件更新、机柜调整等各种情况下，都能让你从容应对。

支持创建多个逻辑隔离的虚拟网络VPC，每个VPC之间都能完全控制自己内部的IP地址、子网、路由、防火墙和网关。多个VPC之间的IP地址可相互重叠而互不干扰，配合安全组规则实现东西向和南北向流量管控。

PCI设备直通：支持将服务器的GPU、网卡等设备直通到虚拟机，由虚拟机独占使用，去除虚拟化层的开销，更好发挥设备性能。

SR-IOV：支持将物理网卡创建出多个独立的、轻量级的虚拟网络设备，直通给不同的虚拟机使用，虚拟机直接使用物理硬件比使用虚拟网络性能更高。

内置分布式存储：在超融合中，虚拟磁盘数据会自动调度，在多台服务器的磁盘中以副本形式保存，当其中任何一块硬盘损坏时，会自动重建出一个新的副本数据。除了自动调度外，超融合还支持通过给节点和磁盘自定义标签，使虚拟磁盘的副本能够保存到指定节点或磁盘，兼顾高性能SSD与大容量HDD的差异化需求。

外接标准CSI接口存储：若企业已有第三方存储设备，超融合支持通过标准CSI接口对接第三方存储设备，将虚拟磁盘数据存储到外部存储设备。通过内置存储与外部存储联动协同，共同工作。

超融合（HCI）并非“万能药”和“银弹”，它的价值高度依赖于场景匹配。

适用场景：虚拟化/私有云底座、中小规模数据中心、边缘分支、轻量化上云等场景。

不适用场景：超大规模、极致低延迟、非虚拟化（裸金属） 等环境。

威努特超融合在业界通用的超融合的基础能力之上，主要考虑了业务迁移实施与信创架构演进两大关键诉求。

在业务迁移方面，通过自主开发的迁移工具，用户可将物理机及运行在VMware、KVM等平台上的虚拟机平滑迁移至超融合集群，迁移过程中无需关机，业务可持续运行，客户无需考虑迁移过程中的业务暂停成本。

在信创架构方面，威努特超融合基于openEuler操作系统，兼容x86与ARM双架构，用户可以根据自己的业务需要，灵活选择各种芯片路线进行集群使用。

随着用户使用超融合的规模越来越大，威努特超融合正向软件定义数据中心演进：超融合进一步集成虚拟网络、SDN、备份、容灾和容器平台，走向“软件定义一切”。