HX/VSAN超融合技术学习笔记

article/2025/4/20 9:15:20

几种不同的基础架构
1.独立机架式服务器
资源无法灵活的扩容和更换
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2.server+SAN存储架构
计算资源无法灵活的扩容和更换
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存储池化，但是计算资源、内存还是无法灵活更换

3.Server+SAN存储架构+应用群集
同个应用运行在多个server上，可灵活调整使用的计算资源
资源利率不可控（几台cpu内存资源无法相互调节，利用得当）
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多台物理设备承载一个应用集群

4.server+SAN存储架构+虚拟化系统（现在常见）在这里插入图片描述
优点：所有服务器在一个集群，支持虚拟机在线迁移
缺点：涉及到了多种产品和厂商、多种设备的配置和运维
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5.超融合（硬件+分布式存储软件+虚拟化系统）
重新将资源集中在一个设备中，各个服务器的存储通过软件组成一个共享数据平台
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物理上数据分散

超融合概念
超融合（Hyper-Converged Infrastructure,HCI）指的是虚拟化计算和分布式存储的融合。
与使用传统的集中式存储不同，超融合使用标准的x86服务器来构建分布式存储。

超融合的英语是Hyper-Converged。这个词中的“超”并不是超级的意思，而是Hypervisor中的Hyper，也就是虚拟化的意思。

超融合架构对比传统架构
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思科Hyper Flex介绍

HyperFlex=HX节点+交换矩阵（FI，提供UCSM统一交换与管理平台）+分布式存储软件+虚拟化软件
融合节点：为集群提供底层硬件，包括计算资源及存储资源；
计算节点：为集群提供计算资源
4.5版本最多允许64节点（32融合+32计算）
除ESXI虚拟化平台外，从HX3.0开始，支持Hyper-V
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最右边：可以把旧的刀片机架作为计算节点加入进来

HyperFlex硬件组成
1.HX节点
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存储盘：缓存盘、数据盘
容量盘选HDD->混合节点
容量盘SSD->全闪节点（性能更好）

2.交换矩阵
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常见超融合物理拓扑
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思科UCS组网架构
VIC卡（virtual interface card)，虚拟接口卡，可以将一张物理网卡虚拟出多个虚拟网卡。思科VIC卡支持在同一个物理硬件上同时支持HBA主机总线适配器&NIC网络接口适配器功能选项。
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服务配置文件
cisco UCS的服务配置文件（server profile）提供了一个无状态（stateless）的服务器，即一个service profile就代表了一个服务器，而不是刀片硬件本身。
service profile用于供给给物理服务器；很多的标识属性都提取自pools，而不是硬件。
同一时间，一个service profile只能关联一个刀片服务器。可以将service profile先取消关联，然后再关联到其他刀片，也可以再关联到其他型号的刀片服务器，service profile和刀片型号没有关系。
server组成=硬件+服务配置文件。
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StorFS系统
分布式日志结构文件系统
数据以信息块（blocks）为单位按顺序写入物理硬盘，并使用指针系统将信息块组合成系统中的文件
指针文件用于记录信息块的位置和组合顺序
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写入数据过程：数据存入信息块，信息块信息加入到指针文件
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修改数据过程
修改内容写入新的信息块，指针中的信息块信息被替换，原信息块被记录到带清除数据块列表中
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CVM
控制虚拟机（HX Storage Controller VM,简称CVM），每个节点运行一个，存放文件系统目录
物理存储统一纳入共享数据平台，并作为NFS（network file system）共享呈现给Hypervisor
节点的物理磁盘通过hypervisor被CVM管理，进行数据的直接读写和缓存
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CVM对HyperFlex集群管理并对外提供管理界面
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IOVISOR

  • IOVISOR，IO监视器，在hypervisor中负责数据分配（data distribution）
  • IO监视器捕捉需要写入的信息，然后发送到任意可用的融合节点进行缓存
  • IO监视器不依赖于CVM，如果CVM发生故障，IO监视器仍然会把文件写入的数据重新定向到可用的节点中
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    HyperFlex复制因子及可用空间计算
  • Replication Factor复制因子（RF），是HyperFlex系统写入存储块的副本数。
  • 可以选择RF2或RF3，分别对应两份数据和三份数据，实际可用容量可以简单估算为50%和33%。
  • RF2可以允许同一节点故障，RF3在四节点或以上的情况下可以允许同时两个节点故障。
  • HX集群在创建时需要设置RF值，一旦完成创建，就无法更改，如果需要更改只能重新创建集群。
  • 官方建议的配置为RF3。

数据的读写缓存机制

  • 系统需要基于高性能互联网络
  • 三级存储结构：内存+cache缓存盘（SSD）+数据盘
  • 读缓存机制中，全闪系统的缓存盘和容量盘性能差距较小，因此不使用缓存盘去读缓存区，系统直接从容量盘读数据
  • 写缓存机制，全闪和混合式HyperFlex的运作方式一致，数据先写入缓存盘再下沉至容量盘

以RF3为例

  • 写入缓存区分为活动缓存区（active）和被动缓存去（passive）
  • 活动缓存区用于缓存数据，被动缓存区用于把数据从移动到容量盘（数据下沉过程，destaging）
  • 写入缓存区可被进一步分为几个缓存等级，等级数量由安装时定义的副本数决定（RF2两个等级，RF3三个等级）
  • 全闪：无需读缓存
    混合：预留读缓存
    例子：
  • VM运行在节点4上
  • 应用要求写入数据时，虚拟机操作系统向Hypervisor要求写入
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  • Hypervisor开始向NFS共享进行写入，该操作被IO监视器拦截
  • IO监视器选择一个节点上的CVM作为写入信息的主要CVM
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  • IO监视器把数据块转发到所选的第一级节点（例中为节点3）
  • 数据到达目标节点后，CVM会把数据压缩并写入到第一级写缓存区
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    -选择另外两个节点作为第二和第三级节点，并将数据再次转发，并存放至第二或第三级缓存区
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  • 数据被缓存到各个节点后，节点会送回VMOS信息表示写入成功
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  • 在第一级缓存区被填满时，会启动写入后端磁盘程序（destage），将缓存中的信息移动到容量盘中
  • 各级缓存区中的数据被放入被动缓存区
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  • 所有信息被写到节点的容量盘中
  • 被写入的信息在容量盘中仍会保持1、2、3等级
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    读数据流程
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思科HyperFlex部署实施

几种上联模式
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最推荐
逻辑网络拓扑图
Mgmt：HyperFlex虚拟化、存储三层管理流量
storage：hyperflex虚拟化存储接口、存储二层通信流量
VM VLANs：虚拟化平台VM虚拟机流量
vMotion：虚拟化平台vMotion流量
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除了业务流量AA以外其他都是AS模式（active standby）

实施前准备–信息规划

  • 设备互联信息规划
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  • 网络信息规划

  • hyperflex及虚拟化平台的vlan、地址信息等
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  • DNS、NTP相关信息

  • 在安装vCenter前在DNS中添加正反向解析

  • HXinstaller准备
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    其他信息规划
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    *规划ESXI和vCenter版本时需要注意版本兼容性
    软件下载

  • 思科官网下载
    HX-Intsaller模板文件、FI&UCS固件包、HX定制版ESXi

  • Vmware官网下载
    VCSA
    网络配置
    设置上联交换机与FI的互联口为trunk/port channel
    Jumbo frames MTU（FI允许使用的最大传输单位）设置为9216（在互联端口下配置，或设置全局策略）
    在网络交换机上完成VLAN相关配置
    其他信息确认
    完成HXinstaller虚拟机部署
    确认DNS及NTP服务器状态
    确认网络连通性：HXinstaller、DNS、NTP与ucsm管理流量（OOB）、ESXI（hx-inband-mmgt）等之间网络互联
    部署实施

  • FI初始化

  • 两台FI之间的心跳通过L1-L1和L2-L2用网线互联，完成连接后加电，用console线接入主FI的console口，根据console的输出，进行第一台初始化的配置。

  • 第一台配置完成后，访问第二台FI。
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  • 访问UCSM

  • 配置server口及uplink口
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  • 配置port-channel

  • 路径：LAN->LAN Cloud->Fabric A/B->Port Channnels
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  • 固件升级

  • 上载固件包

  • 路径：Equipment->Firmware Management->Installed Firmware->Download Firmware

  • 依次对FI和Server进行升级

  • 路径：Equipment->Firmware Management->Firmware Auto Install->General
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  • 使用浏览器登录HX Installer，进行UCSM配置
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  • 后续需要重新安装ESXI新版本，在登陆后选择自定义工作流程安装，并勾选允许UCS Manager配置
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  • 输入UCSM账号信息
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  • 选择要关联的服务器
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  • 填入VLAN、管理地址等信息，点击开始
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  • 等待配置完成
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  • 关联好service profile之后，可以进行ESXI安装

  • 通过UCSM访问主机的KVM控制台，挂载ESXI镜像进行安装
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  • 选择第一个融合节点安装，输入ERASE并敲击回车

  • 安装为全自动，不需要人为填写任何参数

  • 过程中会提示没有管理地址，回车确认即可

  • 安装完成后自动重启
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  • 回到HX Installer，进入自定义流程界面，选择后面3步进行最终部署
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  • 填入UCSM账号密码信息

  • 如果是无vcenter部署模式，所有与BV相关内容全部留空
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  • 勾选要部署的服务器
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  • 填写VLAN、网关、子网掩码、DNS、ESXI管理地址、ESXI密码等信息
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  • 填写IP信息
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  • 填写其他配置信息

  • 信息填写完成后点击开始，等待部署完成
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    上面有复制系数

  • 部署vcenter

  • 开始vcenter部署前需要通过浏览器访问CVM管理集群地址，即Hyperflex Connect集群管理界面，创建数据存储区
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  • 分两阶段完成VC的部署

  • 需要提前在DNS上添加正反向解析
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  • 使用浏览器登录vcenter，创建集群并添加ESXI主机
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  • SSH登录至任意一台CVM并敲击注册命令，将HyperFlex集群注册至内置vcenter

  • 看到succeeded则说明集群注册至vcenter成功
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  • 通过SSH登录HX Installer，运行post install脚本，根据提示添加或修改配置

  • 该脚本可完成，设置HA/DRS、添加vmotion网络、VM网络、运行集群健康状态检查等
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http://chatgpt.dhexx.cn/article/uoBUTBkV.shtml

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