超融合基础架构 (Hyper-Converged Infrastructure, HCI)¶

超融合基础架构 (HCI) 是一种软件定义的 IT 基础架构，它将计算、存储、网络和虚拟化资源集成在一个单一的硬件设备（节点）中，并通过统一的管理软件进行管理。

1. 架构演进¶

为了理解 HCI，我们需要先了解传统架构：

1.1 传统三层架构 (Traditional 3-Tier Architecture)¶

传统的企业数据中心通常由独立的孤岛组成： * 计算层：服务器（运行虚拟化软件，如 ESXi）。 * 存储网络层：SAN 交换机 (Fibre Channel 或 iSCSI)。 * 存储层：专用的集中式存储阵列 (SAN/NAS)。

缺点：管理复杂（需要不同的专业团队）、扩展困难（扩容往往需要停机或复杂的配置）、成本高昂（专用硬件贵）。

1.2 超融合架构 (HCI Architecture)¶

HCI 打破了这些硬件孤岛。它使用标准的 x86 服务器，通过软件定义存储 (SDS) 技术，将服务器内部的本地硬盘（HDD/SSD）聚合成一个共享的存储池，供上层虚拟机使用。

• 软件定义一切：计算、存储、网络功能全部由软件在通用硬件上实现。
• 分布式存储：数据被切片并复制到集群中的多个节点上，确保单节点故障不丢失数据。
• 线性扩展 (Scale-out)：需要更多资源时，只需添加一个新的节点（服务器），计算和存储能力同时增加。

2. 核心组件¶

一个典型的 HCI 解决方案包含以下核心要素：

1. 虚拟化计算 (Compute Virtualization)：如 VMware vSphere (ESXi), KVM, Microsoft Hyper-V。
2. 虚拟化存储 (Storage Virtualization / SDS)：如 VMware vSAN, Nutanix AOS, Ceph, Microsoft S2D。这是 HCI 的灵魂，负责把本地磁盘变成可靠的共享存储。
3. 统一管理平台 (Unified Management)：单一的控制台（Web UI），用于管理虚拟机、网络、存储和硬件监控。

3. 主要优势¶

• 简化管理：不再需要专业的存储管理员，虚拟化管理员即可运维整个基础设施。
• 按需扩展：起步规模小（通常 3 节点起），随着业务增长逐步添加节点，避免过度采购。
• 快速部署：从开箱到上线只需几小时，而非传统架构的数周。
• 高性能：数据本地化 (Data Locality) 技术（如 Nutanix）可以让虚拟机优先读取本地磁盘的数据，减少网络延迟。

4. 主流解决方案¶

4.1 商业解决方案¶

• VMware vSAN：与 vSphere 深度集成，市场占有率极高，适合已经是 VMware 用户的企业。
• Nutanix：HCI 的先驱，支持多种 Hypervisor (自家 AHV, ESXi, Hyper-V)，管理界面 (Prism) 体验极佳。
• Dell VxRail：基于 VMware vSAN 的软硬一体机，由 Dell 和 VMware 联合工程设计。
• Microsoft Azure Stack HCI：基于 Hyper-V 和 Storage Spaces Direct (S2D)，适合 Windows 生态和混合云场景。

4.2 开源/免费解决方案¶

• Proxmox VE (PVE) + Ceph：非常流行的开源方案。PVE 提供虚拟化管理，内置对 Ceph 分布式存储的支持。适合中小企业和极客玩家。
• Harvester：SUSE 推出的基于 Kubernetes 的现代 HCI 软件，专为云原生时代设计。

5. 适用场景¶

• 虚拟桌面基础架构 (VDI)：HCI 的横向扩展能力非常适合应对 VDI 的启动风暴和用户增长。
• 分支机构 (ROBO)：一体化设备，无需复杂的 IT 运维人员驻场。
• 私有云构建：提供类似公有云的敏捷性和自服务能力。
• 开发测试环境：快速置备和销毁环境。
• 关键业务应用：随着全闪存 (All-Flash) HCI 的普及，数据库等高性能应用也越来越多地运行在 HCI 上。

6. 局限性¶

虽然 HCI 优势明显，但也有不适用的场景： * 海量冷数据存储：HCI 的扩容通常是计算和存储绑定的，如果只需要海量存储而不需要计算能力，HCI 的成本可能过高（相比专用存储服务器）。 * 计算存储比例极度失衡：虽然现在的 HCI 方案（如 HCI Mesh 或 Disaggregated HCI）开始支持计算和存储的独立扩展，但仍不如传统架构灵活。