Marché de l’Hyperconvergé : une offre qui ne cesse de s’étoffer

Nutanix NX

Nutanix est avec Simplivity le pionnier des systèmes hyperconvergés vendus sous la forme d’appliances. Ces systèmes ont fait la fortune de la société dont la croissance est exponentielle. Ils font de la société une concurrente redoutable pour les constructeurs de stockage et de serveurs.

Nutanix avait à l’origine lancé ses systèmes avec le seul support de VMware, mais il a récemment ajouté le support des environnements virtualisés Microsoft. Il propose aussi une implémentation d’Hadoop sur son architecture et travaille aussi au support d’une pile intégrée KVM/OpenStack.

Une vraie approche intégrée, combinant serveur et stockage

Nutanix a fait ses débuts en 2011 avec le lancement de ses premiers serveurs convergés, les NX-2000 basés sur un design SuperMicro Twin – depuis supplantés par les NX-1000 et NX -3000 et par les noeuds plus musclés des séries 600, 7000, 8000 et 9000. Chaque block « Twin » est capable d’accueillir jusqu’à quatre « lames » serveurs, que Nutanix appelle des noeuds.

Chaque nœud embarque deux puces Xeon virtualisées par VMware ESXi ou Hyper-V.

Outre sa puce Xeon, chaque serveur dispose de deux connecteurs 10Gigabit ainsi que d’une série de SSD et de disques durs positionnés en frontal dans le châssis du block (1 à 2 SSD par nœud et 4 disques SATA).

La sauce secrète de Nutanix est son système de fichiers distribué, NDFS, qui va permettre d’agréger la capacité des nœuds en un espace de stockage unique à haute performance. Celui-ci va être mis à la disposition des machines virtuelles installées sur le cluster. Sans ce système de gestion de fichiers distribué, il n’y aurait tout simplement pas de Nutanix.

L’architecture distribuée de stockage de Nutanix est la clé de ses systèmes. Dans la pratique chaque nœud héberge une VM de con­trôle qui pilote l’ensemble des opérations de stockage pour le nœud et participe aussi au fonctionnement du cluster de stockage.

Cette VM de contrôle présente aux différentes VM du nœud un stockage NFS (ou SMB v3 pour la version Hyper-V) qu’elles consomment.

En priorité, les opérations d’écritures sont dirigées vers les SSD – qui servent à la fois pour le stockage et le cache — puis immédiatement dupliquées sur un autre SSD situé sur un nœud proche du cluster avant acquittement et persistance.

Si les données écrites ne sont pas accédées de nouveau rapidement, elles sont progressivement migrées vers les disques SATA via un mécanisme de tiering.

L’objectif de la VM de contrôle de chaque nœud est de servir de façon optimale les VM locales, tout en participant aux autres tâches du cluster. En cas de déplacement d’une VM d’un nœud vers un autre (via vMotion ou live Migration), les premières opérations d’E/S sont servies via le contrôleur local moyennant la pénalité d’un saut pour accéder aux nœuds sur lesquelles les données sont stockées. Mais en tâche de fond, les données sont progressivement migrées vers le contrôleur local afin d’assurer que les futures opérations d’E/S pourront être servies de façon optimale par le stockage local au nœud.

La version 4.0 de l’OS maison, NOS, a apporté la gestion de la déduplication de données, via une technologie baptisée Mapreduce Deduplication, qui permet d’optimiser la plate-forme du constructeur pour les déploiements VDI.

Concrètement, une empreinte est vérifiée automatiquement par checksum SHA-1 pour l’ensemble des données ingérées. Si un bloc dupliqué est trouvé, un processus élimine les données dupliquées en tâche de fond. À la lecture, si un bloc de données avec le checksum requis est déjà présent dans le cache mé­moire, il est délivré depuis le cache et non pas depuis le stockage.

Cette version 4.0 a aussi permis d’affiner le niveau de protection application par application en déterminant VM par VM le nombre de copies d’une même machine virtuelle sur un cluster ou sur de multiples clusters. Ce qui permet par exemple d’avoir des niveaux de tolérance aux pannes différents en fonction de la criticité des applications fonctionnant sur une infrastructure Nutanix. Une autre amélioration est la possibilité de mettre à jour les différents nœuds d’un cluster de serveurs Nutanix sans interrompre le fonctionnement du cluster.

Une architecture résiliente

Côté protection des données, la technologie de Nutanix a été conçue pour être résiliente aux pannes tant d’un élément local (disque ou SSD) que d’un contrôleur virtuel ou d’un nœud physique.

Des copies redondantes des données sont effectuées afin de garantir la survie de l’architecture à toute forme de panne. Par exemple, en cas de panne d’un nœud, le système recrée automatiquement de nouvelles répliques sur les autres nœuds afin de maintenir le niveau requis de redondance de données.

Outre des capacités de réplication asynchrones, l’offre de Nutanix supporte aussi la réplication synchrone entre clusters afin de permettre la mise en œuvre de solutions métro cluster – avec de multiples topologies telles qu’un à plusieurs (« one-to-many ») et plusieurs vers un (« many-to-one »). Une capacité demandée par nombre de clients européens, en particulier pour l’hébergement d’applications critiques n’ayant pas été codées selon les nouveaux modèles d’architectures webscale.

Pour son OS, Nutanix s’appuie sur une multitude de composants d’origine Open Source. Zookeeper est, par exemple, utilisé pour gérer la configuration et l’état de l’ensemble des éléments du cluster, de telle sorte qu’en cas de défaillance, les requêtes E/S sont automatiquement redirigées vers un autre contrôleur jusqu’au retour à un état normal.

De même, les métadonnées sont gérées par une base de données NoSQL dérivée de Cassandra et modifiée notamment pour garantir la consistance des données entre les nœuds. L’architecture du magasin de métadonnées s’apparente à celle d’un « ring » à la Scality, afin d’optimiser le placement et la latence d’accès aux métadonnées depuis n’importe quel nœud.

Notons pour terminer que Dell a noué un accord avec Nutanix pour commercialiser des appliances hyperconvergées combinant la technologie de ce dernier avec ses serveurs PowerEdge. Une alliance qui n’a rien d’exclusif et que Nutanix pourrait étendre à d’autres con­structeurs dans les mois à venir.

Simplivity OmniCube

Simplivity est une start-up de la côte Est des États-Unis qui, comme Nutanix, a conçu une offre d’appliances hyperconvergées baptisée OmniCube.

Sur le papier, Simplivity a été plus ambitieux que Nutanix, puisque la mission du constructeur est de consolider dans un seul équipement serveur virtualisé, commutateur de stockage, ressources de stockage partagées à haute disponibilité, appliance de sauvegarde avec déduplication, optimisation WAN, passerelle cloud, baie SSD et appliance de cache de stockage.

Évidemment, la haute disponibilité de l’ensemble est assurée par distribution des composants. Comme l’explique Doron Kempel, le CEO et fondateur de la firme, l’utilisation d’un modèle distribué permet non seulement d’accroître la résilience mais aussi d’augmenter la capacité de l’ensemble ainsi que ses performances : « il suffit d’ajouter d’autres boîtes », explique Doron Kempel.

Chacune des appliances n’est ni plus ni moins qu’un serveur standard signé... Dell, virtualisé avec ESX, et enrichi des composants logiciels et matériels de SimpliVity. Car la technologie de la firme n’est pas que logicielle.

Pour accélérer les fonctions de déduplication de stockage, et d’optimisation WAN, notamment, Simplivity a conçu une carte d’accélération matérielle qui s’insère dans chacun des nœuds. L’ensemble s’administre via une console vCenter qui doit fonctionner sur un serveur distinct.

Chaque serveur OmniCube est équipé de quatre disques SSD et de 8 disques durs à haute capacité. L’ensemble est motorisé par des Xeon E5 d’Intel. Chaque OmniCube embarque deux interfaces 10 GbE et deux interfaces Gigabit Ethernet.

Afin d’optimiser les performances et notamment la latence, les données réparties sur une grappe de serveurs OmniCube sont associées étroitement aux machines virtuelles qui les utilisent et sont déplacées avec elles, lorsqu’elles sont migrées d’un centre de production à l’autre : « chaque copie est une copie complète, dédupliquée, compressée et optimisée pour la transmission WAN », explique Doron Kempel.

Cette optimisation WAN n’intègre pas toutes les capacités d’accélération des applications des solutions Riverbed, reconnaît cependant volontiers le patron de la firme. Chaque OmniCube est commercialisé autour de 55 000 $.

Notons que Simplivity a signé un accord avec Cisco qui permet au constructeur d’embarquer la carte et les logiciels de Simplivity dans ses propres serveurs UCS afin de proposer une solution hyperconvergée prête à l’emploi.

VMware EVO : RAIL

À l’occasion de l’ouverture de sa conférence utilisateurs, VMworld 2014 qui se tenait en août dernier à San Francisco, VMware a officialisé le lancement d’EVO : Rail, une nouvelle ligne d’appliances hyperconvergées, jusqu’alors connue sous le nom de code Marvin.

Les appliances EVO : Rail sont proposées par la plupart des grands constructeurs à l’exception notable de Cisco et ont pour objectif, selon VMware, de concurrencer les offres de Nutanix et Simplivity, les deux pionniers des serveurs hyperconvergés.

Les appliances EVO : Rail sont des appliances serveurs x86 rackables couplant, compute, stockage et réseau. Assemblées et commercialisées par les partenaires de VMware, elles se présentent sous la forme d’un serveur 2U intégrant 4 nœuds serveurs indépendants chacun doté de deux puces Xeon E5 (v2 ou v3) et de 192 Go à 256 Go de mémoire vive et disposant d’un accès à un disque de boot, à un disque SSD MLC de 400 Go et à trois disques SAS de 1,2 To.

Typiquement, ce profil correspond à celui de certains serveurs de la ligne SL chez HP, de la gamme PowerEdge C Series chez Dell (par exemple le C6220), de la gamme Primergy CX chez Fujitsu (par ex­emple le XS400S2) ou de la gamme 2U Twin chez SuperMicro.

Selon VMware, chaque nœud serveur doit au minimum disposer de deux ports 10 Gigabit Ethernet pour la communication inter-nœuds et la communication vers l’extérieur.

Sur cette base matérielle, les constructeurs préinstallent le logiciel EVO : Rail (pour l’essentiel composée de l’hyperviseur vSphere dans sa version Entreprise Plus, ainsi que de la solution de stockage distribué de VMware, VSAN). Un cluster de 2U avec ses quatre nœuds ainsi configurés est livré prêt à l’emploi peut héberger une centaine de VM serveurs ou quelque 250 postes de travail virtualisés.

La solution EVO : Rail dispose d’une interface d’administration simplifiée accessible via une simple interface HTML 5 (le signal, sans doute, que l’interface en Flash conçue pour les versions standards de vSphere ne sera sans doute pas de ce monde éternellement) et exploite les principales technologies de la firme dont vSphere HA (haute disponibilité des VM), vMotion (mobilité des VM), et DRS (placement automatique des VM sur les serveurs les mieux adaptées en fonction des ressources disponibles).

La solution est aussi conçue pour être mise à jour automatiquement via un mécanisme de mises à jour roulantes. Chaque nœud est ainsi à tour de rôle placé en maintenance pendant qu’il est mis à jour et que les trois autres assurent la continuité de service.

Une solution évolutive

VMware indique qu’il est possible d’étendre le cluster initial par ajout de nouvelles appliances EVO : Rail. L’ajout d’une nouvelle appliance s’effectue par détection automatique des nouveaux serveurs de l’appliance et requiert moins de six minutes, configuration incluse.

Avec l’arrivée d’EVO : RAIL, VMware affiche clairement ses ambitions sur le marché des appliances hyperconvergées et s’attaque de façon frontale à des acteurs comme Nutanix ou Simplivity. Dans un premier temps, ces derniers auront beau jeu de faire remarquer que l’approche de VMware valide leur démarche et surtout que leurs offres sont à même de supporter des échelles de déploiement bien supérieures à celles d’EVO : Rail. Mais il leur faudra se méfier. En présentant EVO : Rail, VMware a aussi levé le voile sur EVO : Rack, une solution hyperconvergée conçue cette fois-ci pour les cloud internes des entreprises ou pour les fournisseurs de services.

Il est à noter que VMware n’a pas forcément opté pour un positionnement tarifaire agressif pour son offre EVO : Rail. Selon les constructeurs, une appliance avec ses 4 nœuds est ainsi vendue près de 150 000 $.

Jusqu’à récemment, les possesseurs de licence vSphere ne pouvaient en plus pas utiliser leurs licences existantes pour migrer vers EVO : Rail ; ce qui pénalisait l’offre par rapport à ses concurrentes. VMware s’est donc résolu à proposer un programme permettant de migrer des licences vSphere vers EVO : Rail, réduisant fortement le coût d’acquisition des appliances.

Atlantis HyperScale

Pour compléter ce tour d’Horizon, citons donc également Atlantis Computing et son offre AtlantisHyperScale à laquelle nous avons consacré un article entier sur LeMagIT.

Les challengers

Scale Computing a adopté une autre approche de l’hyperconvergence, reposant sur l’utilisation de l’hyperviseur Open Source KVM. La société a élaboré sa propre couche de stockage bloc en cluster, baptisée Scribe (Scale Computing Reliable Independent Block Engine). Scribe procède à l’abstraction du stockage physique et implémente la mise en cache des E/S sur toutes les ressources disponibles. L’entreprise a également créé un moteur d’état permettant de gérer le statut de tous les composants matériels physiques. Scale Computing cible le segment de marché des PME-PMI et cherche à capitaliser sur l’utilisation de logiciels Open Source pour éviter le « tribut VMware » des autres solutions.

Nimboxx est un autre fournisseur de produits hyperconvergés qui base son produit sur des logiciels Open Source, comme KVM. La société affirme que ses systèmes se déploient en moins de 10 minutes et réalisent des performances de stockage 10 fois plus élevées que ceux de la concurrence.

Gridstore a récemment repositionné sa solution de stockage scale-out fondée sur Hyper-V pour la packager sous la forme d’une offre hyperconvergée appelée Gridstore HyperConverged Appliance. La ligne de produits comprend des systèmes équipés de stockage 100 % flash ou hybride. Il est également possible d’augmenter la capacité de stockage en ajoutant des nœuds de stockage grande capacité ou hybrides dédiés.