Nutanix NX-3000:虚拟化云风格

Nutanix虚拟计算平台为传统的虚拟化部署带来了弹性的、类似云的服务器和存储基础设施

当你把四个独立的服务器、大量的内存、标准的SATA磁盘和SSD、10Gb的网络和定制软件放在一个盒子里，你会得到什么?在这种情况下，答案是Nutanix NX-3000。把Nutanix产品归为传统的一类完全是另一个谜。虽然该公司将其销售的每个单元称为“设备”，但它实际上是四个独立服务器和直接连接的存储的集群组合，直接将共享存储引入机器，消除了对后端SAN或NAS的需要。

我最近有机会接触到Nutanix NX-3000，其中四个节点运行的是Nutanix操作系统的3.5.1版本。需要指出的是，Nutanix平台独立于任何托管虚拟化系统处理集群和文件复制。因此，Nutanix集群将自动处理节点、磁盘和网络故障，同时以本地磁盘的速度提供I/O，并使用本地SSD加速对最常用数据的访问。Nutanix系统支持VMware vSphere和Microsoft Hyper-V hypervisor，以及针对基于linux的工作负载的KVM。

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Nutanix是由经验丰富的数据中心架构师和工程师创建的，他们来自谷歌2020欧洲杯预赛、Facebook和雅虎。这种背景带来了对什么是好的分布式系统以及构建可伸缩、高性能产品所必需的软件部分的敏锐感觉。在一套复杂的分布式集群管理服务中出现了大量的创新和独创性，这些服务消除了任何单点故障，在磁盘块指纹等功能中，它利用特殊的英特尔指令集(用于计算SHA-1哈希)来执行重复数据删除，并确保数据完整性和冗余。

Nutanix集群从一个设备(技术上讲是三个节点，允许一个节点发生故障)开始，然后扩展到任意数量的节点。nfs (Nutanix分布式文件系统)为您所有的虚拟机提供了一个单一的存储，处理所有磁盘和I/O负载均衡，并消除了使用虚拟化平台特性(如VMware的存储DRS)的需要。否则，您可以使用VMware或Microsoft的原生管理工具来管理您的虚拟机，这与您在任何其他基础设施上管理虚拟机没有任何不同。

Nutanix架构NX-3000背后的硬件来自SuperMicro。除了将四个双处理器服务器刀片挤在一个2U盒子里之外，它没有什么特别之处。所有的魔力都在软件中。Nutanix结合了开源软件，如Apache Cassandra和ZooKeeper，以及一系列内部开发的工具。Nutanix在ZooKeeper上构建了集群配置管理服务，并对Cassandra进行了大量修改，以用作集群的主要对象存储。

硬件节点和特殊软件的组合构成了Nutanix分布式文件系统。每个集群节点的核心是Nutanix Controller虚拟机。这个特定于管理程序的虚拟机——Nutanix提供针对vSphere、Hyper-V或KVM调优的不同版本——处理服务器节点和作为nfs一部分运行的所有服务之间的所有通信。换句话说，Controller VM既管理集群，又作为hypervisor及其来宾虚拟机的中心数据存储。,

图1:Nutanix虚拟计算平台架构

上面的图1显示了Controller VM中一些关键软件部件之间的互连。与节点、磁盘和网络故障一样，控制器故障也会自动检测到。nfs通过将I/ o重定向到集群中的其他controller vm来处理控制器故障。

在中心是策展器，这是一个基于mapreduce的集群管理应用程序，它处理整个集群中任务的分配(磁盘平衡、主动清理等)。它是由一个民选的策展人控制的，作为任务和工作委派经理。

星门是主要的数据I/O管理器。它使用NFS、iSCSI或SMB进行通信，并处理来自hypervisor的所有存储请求。Medusa是一个基于Apache Cassandra的分布式元数据存储，它利用Paxos算法在所有节点上执行严格的一致性。

Prism是用于配置和监控整个Nutanix集群的管理网关。它以与其他组成部分类似的方式选举领导人。可以通过基于html5的Web界面、类似控制台的CLI和基于rest的API访问管理系统。

Zeus是一个基于Apache ZooKeeper的集群配置管理器。领导节点的职责包括接收和转发所有配置更改请求。如果leader失败，运行在其他节点上的Zeus服务将选举一个新的leader。

其他组件包括用于作业和任务调度的Chronos、用于处理复制和灾难恢复的Cerebro以及用于管理虚拟磁盘配置数据的Pithos。

所有写入磁盘的操作都在确认之前进行同步复制，以防止任何磁盘或节点故障。大多数磁盘写操作通过基于ssd的OpLog进行，实际上它是磁盘操作的一个日志条目。实际上，OpLog为所有磁盘写操作提供了一个非常快的持久化存储。对于读操作，在本地内存和SSD中有一个内容缓存。如果一个特定的磁盘片段不能在内容缓存中找到，它将被定位并从磁盘检索。

运行在单个节点上的虚拟机只使用该节点的资源，尽管磁盘写操作在整个集群中分布。客户虚拟机将本地Controller VM视为虚拟磁盘的中央数据存储;当虚拟机从一个节点迁移到另一个节点时，I/O从一个Controller VM迁移到另一个Controller VM。因此，由于VMware的分布式资源调度器或Microsoft的System Center工具将虚拟机负载分布在集群之间，存储负载在Controller VM之间是均衡的。所有节点间的通信都在10Gb以太网网络上进行，这意味着需要一个10GbE交换机将节点连接在一起。

Nutanix将存储池定义为一组物理存储设备，可能包括PCIe SSD、SSD和旋转盘。当然，一个存储池可能会跨多个节点，当集群向外扩展以包含新节点时，存储池也会扩展。容器定义为一组虚拟机或文件，是存储池的逻辑子集。例如，每个Container通常对应于VMware环境中的单个数据存储。

Nutanix管理Nutanix架构的美妙之处在于，设备的日常操作几乎不需要管理干预。一旦配置了系统，它应该在不需要任何操作员输入的情况下运行，直到您需要扩展容量。当您向网络添加另一个设备并需要扩展集群中的节点数量时，通常会发生这种情况。对于这个场景，管理主页上标有Expand Cluster的菜单选项将引导您完成将新系统联机的过程。其他操作可能包括通过创建容器和存储池来管理可用的存储。

Nutanix设备的主要管理在Web浏览器中进行。您还可以使用SSH在任何节点上打开终端会话并运行脚本或手动启动和停止服务。许多控制不同进程运行频率或触发特定事件的触发器的设置存在于名为GFlags的配置参数中，您可以使用浏览器界面设置该参数。

除了标准的HTML5管理页面外，Nutanix还提供了高级的管理和监控功能。这些包括对单个功能的直接洞察，如馆长和星际之门。要访问这些页面，只需输入Nutanix Controller VM的URL，并将路径添加到特定的服务。前面提到的每个主要函数都有自己的页码或专用URL。下面的图2显示了一个典型的仪表板屏幕，其中包含信息小部件的默认布局。该页面是用户可配置的，可以包含您能想到的任何系统级别细节。

图2:Nutanix仪表板

如果深入挖掘的话，您将发现大量关于ndf内部工作原理的详细信息。nfs大量使用日志，这些日志提供了对关键性能参数的洞察。如果您没有在仪表板上看到您感兴趣的信息，您只需要在其中添加一个新的图表一长串的选项．

Nutanix使用RESTful API作为其管理接口，并为VMware vCenter Server和其他虚拟化管理工具提供插件。如果你真的很有抱负，你可以用Python这样的语言编写自己的代码。使用这种方法需要大约10行代码来获取关于当前运行的vm的大量信息。查询人员可以通过主门户页面浏览REST API来手动探索界面，尽管您可能不希望在生产机器上这样做。

Nutanix性能Nutanix所有产品的设计都以性能和规模为两个驱动原则。数据通常通过本地OpLog，并通过网络将副本发送到集群中的另一个节点以实现冗余。顺序写跳过OpLog直接进入磁盘，对于特定的用例，它们可以选择完全跳过SSD层。这减少了SSD层所需的存储量，同时利用了对hdd顺序写的适用性。

在Nutanix盒子上测量性能是Nutanix所做的事情。由于进出底层存储的数据完全由NDFS控制，因此也可以监控和跟踪移动部分，以识别任何瓶颈。vDisk状态页面的快照显示可用的不同类型的性能度量。

Nutanix提供了一个诊断工具，它将为每个节点提供一个虚拟机，并附加6个虚拟磁盘。一旦VM被完全分配，该工具就会启动diskperf和fiotool来测量已知负载下的各种性能参数。完成之后，将对结果进行聚合，以确定总体集群性能。一般用户不会运行这些工具，但是Nutanix系统工程师可以在安装后的过程中使用它们。

Nutanix NX-3000系列产品为虚拟化部署提供了独特的解决方案。把这个产品和其他竞争对手进行比较是有问题的，因为真的没有类似的产品。如果你严格按照成本来评估，那就更难了，每台家电144,000美元的基本价格已经很可观了。但是它的优点——高可用性、高性能、集中式存储的所有优点，而且没有开销——是非常引人注目的。最终，对于希望在尽可能少的空间中容纳尽可能多的虚拟化容量的高端数据中心来说，这是一个理想的解决方案。2020欧洲杯预赛

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