超融合架構在數據中心的應用研究

摘? 要：隨著高校辦學規模不斷擴大，高校信息化建設也迫切需要轉型升級。傳統數據中心的架構明顯滿足不了智慧校園建設與應用的要求，根據實際需要，智慧校園數據中心的建設需在業務部署、運維管理、業務穩定、空間能耗、整體成本多方面綜合考慮。文章通過超融合數據中心的計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、安全虛擬化研究，總結出了超融合架構已經成為新一代數據中心的首要架構。

關鍵詞：超融合;數據中心;智慧校園

中圖分類號：TP308? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）17-0114-03

Abstract：With the continuous expansion of the scale of colleges and universities，the information construction of colleges and universities also urgently needs transformation and upgrading. For the traditional data center architecture obviously can not meet the requirements of smart campus construction and application，according to the actual needs，the construction of smart campus data center is comprehensively considered in business deployment，operation and maintenance management，business stability，space energy consumption and overall cost. Through the research of computing virtualization，storage virtualization，network virtualization and security virtualization of hyper converged data center，it is concluded that hyper fusion architecture has been the first of the new generation of data center.

Keywords：super fusion;data center;smart campus

0? 引? 言

高校一直沿用著傳統IT架構，該架構更加依賴于服務器和存儲數據，同時會受到硬件擴展的限制，還有服務器集群、網絡負載、安全運行、運維管理等方面的一系列問題。在資金投入有限、工作人員少、質量要求高的情況下，該架構明顯滿足不了我校高速發展的需求。相比于傳統數據中心架構，超融合架構技術會更加靈活，具有可擴展性好、資源利用效率高、有利于硬件資源整合、運維保障性強和安全性高的優勢，會更加適合當前我校快速發展的需求。

1? 數據中心的演進

傳統數據中心存在硬件孤島、管理割裂、廠商異構的問題，數據中心逐漸向虛擬化數據中心演變，即計算虛化、管理統一。超融合架構在原有虛擬化的基礎上增加了存儲虛擬化、網絡虛擬化、安全虛擬化，具有易于管理、自動部署等特點，該架構當前演進到云化數據中心，吸引更多的高校客戶選擇云端服務。

學院新建的數據中心機房采用的就是超融合架構技術，超融合架構基于標準通用的基礎設施硬件平臺，深度融合到標準的x86服務器中，通過軟件定義實現計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、安全虛擬化、統一Web管理、自動部署，實現多個超融合單元通過網絡連接方式匯聚成數據中心整體IT基礎架構。

2? 超融合架構

2.1? 超融合aCloud——計算虛擬化

計算虛擬化（aSV）可以實現現有24臺虛擬機的批量管理、熱遷移、一鍵模板管理、資源熱添加、節點線擴容、HA高可靠性、異構管理、持續數據保護（CDP）;關鍵可以實現CPU虛擬化、內存虛擬化。以江西應用工程職業學院智慧校園建設案例為例，上線4臺實體浪潮服務器，CPU總容量589.06 GHz，物理內存容量1 TB，CPU虛擬化保障CPU資源合理調度，內存虛擬化保障內存合理分配、管理、隔離以及被高效可靠地充分使用。最終將軟件和硬件解耦合，邏輯抽象出硬件資源、可靈活調配硬件資源。而學校之前采用的是傳統的服務器硬件資源，更多的是獨立使用或是通過集群負載均衡，導致硬件資源無法充分利用，運維工作量大，可靠性有待提高。江西應用工程職業學院超融合動態監控資源運行情況，如圖1所示。

2.2? 超融合aCloud——存儲虛擬化

存儲虛擬化（aSAN）可以存儲快照、自適應條帶化、磁盤動態分配、讀寫緩存分層、數據多副本、故障重建、磁盤亞健康、存儲分卷等，江西應用工程職業學院智慧校園建設中使用了4臺高性能浪潮服務器，服務器上是由SSD硬盤、HDD機械硬盤兩類硬盤組合而成，硬盤總容量14.5 TB。將操作系統安裝在SSD硬盤，讀寫數據速度要求高的任務使用SSD硬盤;整個存儲做到了統一資源共享存儲池，統一管理，統一調度使用，性價比較高。相比傳統存儲，虛擬存儲可靠性更高，具體體現在數據平衡、數據重建、平滑擴容和仲裁機制;存儲虛擬化的高性能特性主要體現在分層技術，分層技術提供讀緩存和寫緩存的能力。總而言之，超融合存儲具備系統的冗余能力和自愈能力;存儲性能更強，方便學校橫向擴展提高集群存儲性能;存儲擴展更加方便，后續根據業務發展的需求可以快速添加超融合一體機或服務器。

2.3? 超融合aCloud——網絡虛擬化

網絡虛擬化（aNET）通過實現網絡中所需的各類網絡連接服務，如虛擬路由器、分布式交換機、下一代防火墻、SSL VPN、負載均衡、應用交付（vAD）等，做到可視化網絡拓撲、網絡連通性探測、關鍵業務應用監控等，按需分配、靈活調度。網絡虛擬化提供了全新的網絡連接運維模式，解決了傳統硬件網絡的眾多管理和運維難題，可滿足業務應用對網絡快速、靈活自動化部署和運維管理的需求。例如江西應用工程職業學院超融合網絡虛擬化拓撲圖，如圖2所示。

2.4? 超融合aCloud——安全虛擬化

傳統物理安全硬件設備主要有防火墻、WAF，本次案例在超融合系統中實現了安全設備的虛擬化。通過構建安全資源池，全方位保障基礎平臺、網絡出口、業務東西向和南北向的網絡安全。本智慧校園案例中的安全虛擬化（aSEC）使用了下一代防火墻、SSL VPN、應用交付和上網行為管理等組件，通過購買相應的軟件授權即可開啟這些功能。通過“所畫即所得”的操作配置網絡拓撲，無需更改物理網絡結構，大大降低了部署安全設備的成本。虛擬化安全模式不僅節約了智慧校園建設成本，還能滿足等保2.0要求，更能滿足實際需要，對管理維護也更簡單方便。

2.5? 超融合后臺管理

云管平臺（aCMP）可以實現多集群資源池管理、多租用戶管理、資源計量計費、鏡像服務、自助服務、流程審批、全局可視化、異地容災。本智慧校園案例并未實現該云平臺管理，一般有通信運營商、互聯網服務商、大型電商企業會實現云管平臺，可自建使用或給客戶以租用付費的方式使用。

3? 超融合智慧校園的應用

3.1? 易運維

（1）添加物理設備。當高校業務快速發展需要時，可以做到業務不停機熱升級，快速部署超融合產品或是添加物理服務器，從而實現了節點線擴容，統一管理平臺來實現虛擬化存儲、虛擬化計算、虛擬化網絡、虛擬化安全。

（2）業務敏捷部署。本單位原先是將單臺源物理主機獨立承載門戶網站、二級網站及業務系統，此次通過P2V & V2V工具克隆為可啟動的虛擬磁盤，即將老服務器業務直接遷移到超融合系統，只需配置內網IP段對用公網IP即可正常外網訪問服務器，配置操作效率非常高。

（3）動態資源調整。本單位的迎新系統虛擬主機業務壓力激增，導致其運行的物理主機可提供的性能不足以承載虛擬機業務的正常運行時，將會自動啟用虛擬機動態資源添，系統將自動評估虛擬機的性能，當虛擬機性能長期不足時自動為虛擬機添加CPU和內存資源，確保業務持續高效運行。

如當某臺主機資源不夠用的時候，自動啟用集群資源調度，系統根據各4臺主機的資源負載情況，智能調度虛擬機的運行位置，確保業務持續穩定運行，如圖3所示。

3.2? 高可靠

當主機的硬件、存儲、網絡任何一個出現故障時，HA機制將自動把虛擬機恢復到其他主機上運行，保障業務的連續性。該機制對于業務運行的保障體現在以下兩個方面：

（1）架構可靠性保障。超融合集群通過自動選舉的主控節點進行集群管理，當某主控節點故障時，平臺自動選舉新主控節點。在本案例中，當站群系統4臺虛擬出現故障時，會切換到備用虛擬主機。主要是通過集群以多副本存儲解決單節點故障的問題，同時做到了網絡鏈路全冗余，當發生單個交換機或單條鏈路故障、集群中某臺主機離線時，不會影響到其他網絡平面，即超融合平臺的穩定性和業務承載不會受到影響。

（2）數據可靠性保障。本案例中，4臺主機下任意2臺主機故障或4主機下任意單機故障，4臺服務器集群中異主機任意多塊硬盤損壞，都可以應對以上故障，因為同時寫入到異主機分布的三數據副本，可以讀取副本數據。另一種方式，如選中站群系統的虛擬機，進入編輯狀態，選擇創建快照，當虛擬發生了變更失敗、遭受病毒攻擊或被誤刪除操作等，都可以快速恢復到健康狀態。

3.3? 高性能

超融合平臺還提供了虛擬機的性能保護，保障關鍵業務系統的承載，如本案例中的迎新系統、站群系統，只需用鼠標點擊相應虛擬機，進入編輯狀態，將當前虛擬機列為重要虛擬機，當資源不足時將會優先保障此虛擬機的資源分配;在資源需求大的時候，確保業務持續運行，將會讓重要虛擬機擁有更高的優先級，它的CPU和內存在配額的情況下優先保障資源，以及分配更多的SSD分層空間，保障業務系統的處理性能。

3.4? 高安全

本案例采用了平臺的安全防護與業務的安全防護相結合的立體式安全解決方案，如圖4所示。

4? 結? 論

綜上所述，超融合架構技術的易運維，體現在快速應用部署、業務不停機熱升級、多場景資源熱調整;高可靠，體現在高可用HA機制、數據多副本機制、故障自動數據重建、持續數據保護;高性能，體現在數據分層、數據條帶化、IO本地化、IO無鎖化;高安全，體現在登錄安全、邊界安全、云內安全、安全資源池等保安全保護。上述優點綜合體現出超融合架構優于傳統IT架構，基于超融合技術架構實現智慧校園數據中心是正確的科學決策。

參考文獻：

[1] 錢立賓.基于超融合技術的數據中心架構轉型研究 [J].金融科技時代，2020（7）：57-60+63.

[2] 唐凱軍.超融合技術在高校數據中心基礎架構中的應用研究 [J].信息記錄材料，2020，21（5）：125-126.

[3] 夏開峰.基于智慧校園的數據中心建設研究 [J].信息與電腦（理論版），2019，31（22）：127-130.

[4] 深信服科技.深信服超融合架構 [EB/OL].[2020-08-01].https：//www.sangfor.com.cn/product/it-yun-hci.html？.

[5] 徐金生.基于虛擬化架構的智慧數據中心應用 [J].電子技術與軟件工程，2019（17）：132-133.

作者簡介：吳海明（1984—），男，漢族，江西萍鄉人，高級工程師，碩士，研究方向：高校信息化、開源技術、項目管理。