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Nutanix产品体系架构之—NDFS文件系统

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发表于 2018-8-16 00:23:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
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Nutanix 分布式文件系统
Nutanix 分布式文件系统 (NDFS) 是 Nutanix 虚拟计算平台的核心。它管理所有元数据和数据,并能启用所有核心功能。NDFS 是软件驱动的体系架构,连接存储、计算资源、控制器 VM 和虚拟机监控程序。还会提供完整的信息生命周期管理 (ILM),包括将数据定位到最佳节点。
数据可用性
NDFS 采用全新设计,具有极高的容错能力。它确保了节点、控制器或磁盘发生故障时数据的可用性。NDFS 使用一种复制因子 (RF),复制因子可以保存所有数据的冗余副本。对平台的写入将记录到高性能的 SSD 层,并在将写入交付给虚拟机监控程序并得到确认之前将其复制到另一个节点。如果出现故障,NDFS 会自动重建数据副本以维持最高水平的可用性。
平台是可自愈的。通过利用分布式 MapReduce 作业,它会主动清理数据以解决磁盘或数据错误问题。如果某个节点上的控制器 VM 发生故障,所有 I/O 请求会自动转发到另一个控制器 VM,直到本地控制器再次变为可用。这种 Nutanix 自动寻路技术对虚拟机监控程序完全透明,并且来宾 VM 可继续正常运行。在节点发生故障的情况下,HA 事件自动触发,VM 将故障转移至群集内的其他主机。Nutanix ILM 通过将数据迁移到虚拟机的本地控制器 VM 将 I/O 操作本地化。同时,重新复制数据,以保持 RF 和整体可用性。
NDFS 提供内置的融合备份和灾难恢复 (DR)。融合备份功能充分利用阵列端快照和克隆,通过在 VM 和文件级别使用子块级更改跟踪来执行。快照和克隆是瞬间完成的,动态磁盘/精简配置会维持极低的开销。这些功能还支持虚拟机监控程序的阵列卸载功能,例如 VMware API for Array Integration (VAAI)。
为了与 RPO 和 RTO 保持一致,可以在标准时间表上配置快照,并可使用阵列端复制将快照复制到远程站点。该复制可在 VM 级别配置,而且只有子块级更改会发送到远程复制站点。
智能元数据
元数据在群集中的所有节点之间分布,以避免任何单点故障,并实现随群集增长呈线性增加的可伸缩性。通过一致性哈希方案对元数据进行分区,从而尽量减少修改群集大小时键的重新分配。
系统采用 &#8203axos(一种分布式一致性算法)保证强一致性。基于仲裁的领导选举避免了潜在的“裂脑”场景的出现(比如网络分区),从而确保了数据的严格一致性。
数据效率
Nutanix 平台的核心设计原理是数据本地化。它使数据保持在最接近 VM 的位置,并​​允许在同一节点上对写入 I/O 操作进行本地化。如果在发生 DRS、vMotion (VMware) 或 PRO 以及实时迁移 (Hyper-V) 时 VM 要迁移到另一主机,数据会自动跟随 VM,因而可以维持最高性能。在 VM 向驻留在另一节点的控制器发出一定次数的读取请求后,Nutanix ILM 会将远程数据透明移至本地控制器。读取 I/O 只在本地提供服务,不会在网络中传输。
Nutanix 整合数据分层,充分利用多个存储层并优化存储层上数据的放置,以提供最佳性能。体系架构的建立是为了支持与控制器 VM 连接的本地磁盘(SSD、HDD)以及远程 (NAS) 和基于云的源目标。Nutanix 系统持续监控数据访问模式,以确定访问是随机的、连续的还是混合的工作负载。随机 I/O 工作负载维持在 SSD 层,以最大限度地减少搜寻时间。连续工作负载会自动放置到 HDD 以提高持久性。
最常访问的数据(即,热数据)驻留在性能最高的层(SSD 层)。该层不只是一个缓存 – 对于读取和写入操作,以及 QoS 控制的数据,它是一个真正永久存在的层。冷数据位于硬盘驱动器,这是容量最大、最经济的层。
弹性重复数据删除引擎是一种软件驱动,高度可伸缩的智能数据化简技术。Nutanix 重复数据删除在 RAM 和闪存层执行内联重复数据删除,并会在存储层(硬盘)执行后台重复数据删除以最大限度地提高效率。与仅专注于存储层的传统重复数据删除技术不同,Nutanix 弹性重复数据删除引擎在一个本地融合的平台中同时跨越内存、闪存和磁盘资源。
NDFS 阵列端压缩功能与 Nutanix ILM 配合使用。对于连续的工作负载,在写入操作过程中会采用内联压缩来压缩数据。对于批量工作负载,后处理压缩价值重大,因为它会在其空闲且 ILM 已将其向下移至高容量层 (HDD) 时压缩数据。所有压缩配置都在容器级别实施,并在粒度 VM 和文件级别运行。解压缩在子块级别进行,以确保粒度精确。这些操作受 ILM 过程监控, ILM 过程会主动将经常访问且已解压缩的数据向上移至性能更高的数据层。

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