高校超融合平臺分布式存儲模式探索與實踐

摘要：隨著云計算技術、大數(shù)據(jù)以及計算機硬件的不斷發(fā)展，相對于傳統(tǒng)的高校計算機機房來說，使用虛擬云桌面可以使數(shù)據(jù)不落地，能夠有效保障數(shù)據(jù)安全，同時易于集中管理和運維。筆者學校利用超融合分布式存儲模式進行云桌面建設，探索用于BIM教學，相比非分布式存儲模式的云桌面，超融合平臺分布式存儲，采用計算節(jié)點和存儲服務分開的數(shù)據(jù)存儲模式，整體存儲利用率教高、性能教好，可避免重復硬件投資，具有較大的優(yōu)勢。

關鍵詞：超融合;云桌面;分布式存儲;BIM

1 緒論

高校計算機機房對學校的專業(yè)教學、考試以及開展社會服務起著十分重要的作用。隨著高校每年不斷擴招，學生人數(shù)不斷增加，計算機機房數(shù)量越來越多，配置越來越高。然而，由于計算機機房使用頻率高，長期使用后無法確保系統(tǒng)和軟件的數(shù)據(jù)完整，硬件情況無法實時了解，加大了機房管理人員的管理難度，進而影響了機房使用者的使用效果。如何能夠更高效地對計算機機房進行管理，提高管理效率，降低管理成本，是各高校需要深入探討的一個問題。

2 傳統(tǒng)計算機機房存在的主要問題

高?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的計算機機房承擔著不同年級、不同專業(yè)各種教學、考試、培訓等任務，同一臺機器上安裝有不同的系統(tǒng)，同時每個系統(tǒng)上需要安裝大量的應用軟件，少則十幾種，多則幾十種。另外，大量的應用軟件經(jīng)常需要更新以滿足教學、考試及培訓的需求，這就使計算機機房管理人員需耗費大量的時間來進行系統(tǒng)安裝及應用軟件更新。

目前，大多數(shù)高校計算機機房存儲模式普遍采用通用的直連SATA磁盤，屬于直接式存儲的一種模式。隨著計算機機房教學不斷使用，數(shù)據(jù)不斷增長使其在系統(tǒng)中病毒、系統(tǒng)文件損壞等情況下，恢復系統(tǒng)需要花費大量的時間和精力，并且隨著課程教學軟件的擴展，學生、學校成果數(shù)據(jù)存儲等方面的問題與日俱增。

因此，選擇適合高校計算機機房數(shù)據(jù)存儲的方式，對于提高計算機機房的管理效率，提升教師、學生等用戶的使用體驗感，減輕機房管理人員勞動強度以及促進教育教學質量的提升具有重要意義。

3 常用存儲模式對比

3.1 直接式存儲（DAS）

直接式存儲（DAS：Direct Attached Storage），是指將存儲設備通過SCSI接口或FC接口直接連接到一臺計算機上。DAS是目前生產生活當中十分常見的存儲方式，區(qū)別于網(wǎng)絡存儲，在存儲設備和主機之間沒有任何網(wǎng)絡設備的參與，只有掛載它的主機才可訪問它。因此，不能對存儲資源進行高效利用。

3.2 網(wǎng)絡附屬存儲（NAS）

網(wǎng)絡附屬存儲（NAS：Network Attached Storage），是指連接在網(wǎng)絡上，具備資料存儲功能的裝置，也稱為“網(wǎng)絡存儲器”或“附加存儲”。它是一種專用數(shù)據(jù)存儲服務器，以數(shù)據(jù)為中心，將存儲設備與服務器徹底分離，實現(xiàn)集中管理數(shù)據(jù)，從而釋放帶寬、提高性能、降低總擁有成本，極大地方便了用戶使用與管理。

3.3 存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）

存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN：Storage Area Network），是指采用光纖通道交換機連接存儲陣列和終端主機，建立起專用于數(shù)據(jù)存儲的區(qū)域網(wǎng)絡。SAN存儲架構需要建立專用數(shù)據(jù)存儲的網(wǎng)絡，需要使用專用的光纖通道交換機，不能與其他設備復用，成本較高。

3.4 VMware vSAN分布式存儲

VMware vSAN分布式存儲，是一種由VMware公司開發(fā)的超融合分布式數(shù)據(jù)存儲架構，通過網(wǎng)絡使用每個節(jié)點上的磁盤空間，并將這些分散的存儲資源構成一個虛擬的存儲設備，數(shù)據(jù)分散的存儲在整個集群的各個角落，不需要部署單獨的陣列或存儲網(wǎng)絡硬件，如圖1所示。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)采用集中的存儲服務器存放所有數(shù)據(jù)，相關服務器性能的高低成為存儲系統(tǒng)性能提升與否的關鍵，也成為了數(shù)據(jù)可靠性和安全性的重點。因此，很難滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲應用場景的需要。

分布式網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)采用可擴展的系統(tǒng)結構形式，利用多臺存儲服務器共同分擔數(shù)據(jù)存儲，利用位置服務器定位數(shù)據(jù)存儲信息，從而提高了存儲系統(tǒng)的可靠性、可用性和數(shù)據(jù)存儲的效率，還易于進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的擴展，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡存儲可以大幅度降低存儲成本。

vSAN有著自己的策略機制，通過策略存儲管理，完成指定的資源配置和部署。當存儲負載增大時，策略會自動調整平衡，動態(tài)負載，形成一個性能出色、安全高效的存儲共享集群，這種存儲機制，大大提高了vSAN集群的應用效率和性能，降低了運營成本。

4 VMware vSAN存儲在BIM機房建設中的應用

建筑信息模型（Building Information Modeling）簡稱BIM，是以建設工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型建立的基礎，利用相關軟件，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM技術的應用實現(xiàn)了建設項目管理的信息化、數(shù)字化、可視化，極大的提高了項目生產效率和質量，有效地防止在生產過程中可能發(fā)生的“錯漏碰缺”，降低了建造總成本。隨著現(xiàn)代建筑的體量越來越大、形式越來越新穎、造型越來越復雜，建筑所包含的信息量越來越多，如何快速地計算、處理、存儲以及使用海量的建筑信息數(shù)據(jù)就變得越來越重要。

近年來各地高校的BIM中心建設都正在完善過程中，許多都已經(jīng)建立成了較為完整的信息化平臺，但是基本上都是按照單臺工作站模式進行部署，所使用的BIM軟件均安裝在工作站上，BIM模型數(shù)據(jù)一般也保存在本地。為了保證這些高配工作站的系統(tǒng)應用的可靠性與安全性，由于高校人員的流動性較大，院校需要花費大量的人力和時間來進行管理。因此，探索一種新的BIM應用與管理模式具有較大的理論與實踐意義。

廣西建設職業(yè)技術學院是一所以建筑專業(yè)為主的高職院校，近年來積極開展BIM技術應用研究與教學工作，取得了一定的成效。BIM應用作為重度計算的一個領域，除了對CPU、內存、磁盤的性能要求很高外，對GPU的性能也要求特別高，為了能夠更加安全、有效地進行BIM技術教學及BIM技術的實際項目應用，學校就超融合BIM云平臺的硬件架構建設進行了積極探索，初步建成了基于超融合BIM云平臺的BIM教學實踐平臺。目前，基于VMware平臺的超融合云桌面已經(jīng)完成部署。

學校已經(jīng)完成部署的平臺服務器共有6臺，每臺采用兩顆14核心并且使用超線程技術的E5-2690CPU、16條32G DDR4內存共512G、2塊400G SSD緩存硬盤、8塊900G HDD容量硬盤、2張光纖萬兆網(wǎng)卡。平臺部署時將每臺服務器中的1塊400G SSD硬盤用作數(shù)據(jù)緩存，4塊900G HDD硬盤用作為數(shù)據(jù)容量盤創(chuàng)建一個磁盤組，將全部創(chuàng)建好的磁盤組添加至集群中即可完成vSAN存儲的部署。整個部署完成后顯示容量為全部容量盤相加的總容量8*900GB*6大約為40TB。每個學生端的云桌面節(jié)點提供SSD和HDD兩種磁盤配置，可以適用于輕度及重度運算的應用場景，滿足BIM基礎教學的各種應用需求，極大地方便了教學使用，如圖2所示。

學生端云桌面按每臺分配6核心、8GB內存、200GB磁盤空間，使用鏈接克隆模式部署后實際使用存儲小于傳統(tǒng)存儲模式50%。當全部機房的云桌面同時啟動系統(tǒng)和因上課需要同時打開大型軟件時，因為vSAN存儲擁有大容量的讀緩存和冷熱數(shù)據(jù)分層功能而避免了啟動風暴問題。當出現(xiàn)系統(tǒng)錯誤或中電腦病毒時，可在幾分鐘內重新還原到克隆時的原始系統(tǒng)，保障系統(tǒng)可正常使用。學生上課數(shù)據(jù)使用永久磁盤來存儲，支持系統(tǒng)刷新還原時永久磁盤數(shù)據(jù)不丟失。

學?；赩Mware平臺的超融合云桌面部署完成兩年多來，滿足了REVIT、AutoCAD、3Dmax以及基礎計算機應用等相關課程的教學任務。通過服務器的整合，控制和減少物理服務器的數(shù)量，明顯提高單臺物理服務器及其CPU的資源利用率，較大程度減少了硬件成本的投入。同時采用集中部署及升級軟件，有效降低了運營和維護成本。

5 結語

高校計算機機房采用超融合平臺分布式存儲模式搭建的數(shù)據(jù)存儲平臺，能夠實現(xiàn)支撐教學、考試、培訓等多種應用場景，可以實現(xiàn)統(tǒng)一管理存儲資源，根據(jù)不同需求進行資源的動態(tài)分配，提高了資源的利用率。同時，利用平臺的軟硬件信息管理功能也實現(xiàn)了機房整體資源使用情況和故障信息的實時監(jiān)測，提升了計算機機房的運維效率和數(shù)字化程度，減輕了機房管理人員的勞動強度，降低了運營與維護成本，是一種有效的機房管理模式。

參考文獻：

[1]夏暢.VMware vSAN分布式存儲技術研究[J].數(shù)據(jù)通信，2018（1）：4-7

[2]蔡豪，鄒香玲.VSAN分布式存儲技術在高校數(shù)據(jù)中心的應用[J].昆明冶金高等專科學校學報，2016（1）：43-47

基金項目：廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“基于私有云平臺下的高校BIM中心建設研究”（2019KY1378）;廣西職業(yè)教育教學改革研究項目“1+X證書制度試點背景下BIM技術人才培養(yǎng)研究與實踐”（GXGZJG2019B051）;廣西建設職業(yè)技術學院校級科研項目“高職院校校內實踐教學管理體系建設的探索與實踐”（2019B002）

作者簡介：孫義剛（1981— ），男，河北石家莊人，廣西建設職業(yè)技術學院實習訓練中心主任，高級工程師，研究方向：土木工程、職業(yè)教育管理、BIM技術應用。