基于超融合架構的智慧校園基礎平臺建設與思考

陳君濤 徐加祥 海南經貿職業技術學院信息技術中心

● 背景

筆者所在學校的信息化系統已經建設了多年，隨著互聯網技術的發展，學校正在向智慧校園數字化轉型，提出用數字化技術重新整合業務流程，通過互聯網的入口實現高效的業務訪問，加速業務流轉，提升校園管理、教學管理、科研等的運行效率，提高全校師生對信息化系統服務的滿意度。學校的信息化建設普遍采用云計算技術，將應用系統的計算單元和數據單元部署在學校的數據中心，用戶通過終端訪問業務平臺門戶。因此，數據中心是承載全部校園信息化業務的載體，建設具備高度可靠和安全的數據中心，是信息化項目建設的基礎設施和關鍵目標。

● 高校校園基礎平臺的特殊性

高校校園基礎平臺的特殊性主要就是指數據中心的特殊性，它體現在以下幾個方面：

①高校是相對封閉又功能完善的社區，是數萬師生學習、工作、科研、社會服務、生活等的場所，其數字化業務種類相比企業更加復雜，各類業務模式不一，軟件供應商眾多。因此，數據中心的計算和存儲平臺，必須能夠穩定高性能地承載校園內各類型的業務場景和各種軟件，同時保障各類網絡環境下的業務安全和數據安全。

②高校往往承擔新事物試驗田的角色，其中包括探索新技術的應用場景、承擔國家科研項目、為社會嘗試新的生活方式、不斷教學改革提升教育質量等。這使得學校經常面臨大量的新業務部署，而這些業務既有長期運行的也有短期的探索型業務、臨時項目等。這就要求數據中心既能夠為新業務部署提供充足的IT資源，又要避免業務失敗帶來的資源浪費。體現在技術上，就是要求IT資源平臺既要有捷擴容資源能力，為業務提供充足的性能，又要有回收和利用舊資源能力，增大投資收益。

③高校信息化部門面臨著角色轉型，即從過去的IT運維部門，逐漸成為數字化業務的運營部門，這樣的角色轉換，使得學校對信息化部門工作的評價標準發生了變化。過去作為運維部門，其主要工作是保障“信息系統可用、功能完善”；現在作為運營部門，其評價標準是師生使用信息化系統的“滿意度高、使用頻率高”。這使得信息化部門的具體工作要從被動響應支撐，變為主動推廣數字化業務并持續改進用戶體驗。基于此方向的轉型，需要IT基礎平臺具有高度的穩定性和便捷的運維手段，這樣才能使得信息化部門的教師能夠從繁重的設備運維中解脫出來，釋放精力從事校園數字化業務的經營工作。

綜合以上信息，我們可將高校建設數據中心的過程分成三個階段：一是建設標準化的物理數據中心；二是建設云計算數據中心實現IT資源供應、運行環境和初步數據中心運營流程化；三是設計數字化應用體系和運營體系，逐步實施數字化業務的應用系統部署。

● 現代化數據中心基礎架構發展趨勢

隨著IT技術的發展，特別是互聯網技術和平臺的發展、虛擬化技術的成熟和閃存存儲介質的廣泛使用，數據中心基礎架構發展趨勢呈現了多樣化：

第一，計算與存儲的融合。這是因為現在服務器的處理能力已經很強，而且閃存硬盤的應用和單盤存儲容量也在快速發展，還有分布式架構技術已經成熟，所以不再需要使用專用的存儲架構，而且融合的架構還可以提供更好的性能和簡化運維管理（和傳統存儲的測試對比）。

第二，軟件定義基礎架構。現在的基礎架構可以采用通用的X86服務器，通過軟件定義、管理和控制各種資源池，如虛擬化軟件定義計算資源、軟件定義存儲、軟件定義網絡等，從而不再使用專用的存儲系統和傳統的網絡設備。

第三，分布式自治系統架構。基礎架構采用多節點分布式集群部署，不僅計算和存儲實現分布式，連硬盤都不再做傳統的陣列，每塊硬盤都是獨立使用的，同時，節點間甚至部件之間能實現自我冗余、自我檢測、自我恢復和自我平衡的高可用性。

第四，線性橫向擴展。就是說基礎架構可以根據現階段的負載情況按需采購和建設，當負載大的時候可以通過增加節點進行在線的橫向擴展，在橫向擴展的同時，性能和資源池還能線性增長，這就需要分布式系統具備自動均衡、智能分層和很好的分布式算法功能。

● 超融合技術

在現代化數據中心基礎架構發展趨勢的引領下，筆者所在院校在建設智慧校園基礎平臺方面采用了H3C的UIS（UnifiedInfrastructure System）解決方案。從最初的統一基礎架構系統發展到今天，UIS已經擁有了超融合系統7.0版本，其主要特點在于云平臺化，應用場景更加豐富。

超融合是以虛擬化（CAS）為核心，將計算、存儲、網絡等虛擬資源融合到一臺標準X86服務器中形成基本架構單元,實現計算虛擬化（SDC）、存儲虛擬化（SDS）、網絡虛擬化（SDN），從而使使用者不再獨立管理和部署業務服務器、存儲服務器和網絡設備等。

● 超融合架構特性

1.融合管理至簡

通過軟件定義傳統云基礎架構的計算、存儲、網絡、安全、運維、云業務等，將六大模塊融合至統一管理平臺（如下頁圖1），虛擬化內核與網絡管理、顯卡等硬件驅動實現內核層面的融合，從內核控制層保障系統的穩定性與可靠性，提高資源使用效率。

圖1

無論是集中存儲還是每個節點的分布式存儲，均可通過軟件進行整合，構建統一存儲資源，對應用系統提供塊、文件、對象的各種形式靈活的存儲服務，自動優化結構化、非結構化及半結構化等多種數據類型，實現存儲負載均衡。

業務部署和運維極簡化，業務可一鍵批量部署、跨平臺遷移等。通過可視化管理平臺進行所有資源的統一運維，數據可視化、運維自動化、操作數據化，降低運維難度，提高運維效率。

2.部署擴展靈活

超融合有多種靈活的部署方式，可以直接上架集成超融合管理軟件的一體機，上架即使用。也可以在通用X86服務器上部署虛擬化軟件與分布式存儲軟件，每個節點上本地存儲空間通過存儲融合軟件聚合成一個分布式存儲資源池，以虛擬磁盤的形式向虛擬化軟件提供存儲服務。

當超融合平臺需要擴充節點資源時，管理軟件可基于鏈路層的二層網絡設備進行掃描，自動發現新增節點并進行交互，無需負責配置即可將新增加的計算或存儲節點納入到集群中進行管理使用，實現模塊化的橫向擴張。

這種標準化的模塊用來搭建數據中心無疑是非常方便的，這不僅可以快捷進行搭建管理，而且增強了系統的靈活性，讓部署和運維都更簡單（如圖2）。

圖2

3.應用場景豐富

超融合架構存儲技術采用緩存分層技術，加速IO讀寫應對啟動風暴問題，減少硬件資源消耗，能實現更高的實施效率、更彈性的擴展、更高的資源密度。

將網絡、計算、存儲等能力延伸到網絡的邊緣，在邊緣站點就近提供穩定、可靠、高速的邊緣計算服務。簡化傳統數據庫等關鍵應用的部署復雜性，顯著提高計算、存儲資源的利用率和縮短業務部署時間。

4.資源動態調配

高校業務的周期性特點非常強，高峰期和低谷期的業務量和資源需求差異較大。業務系統要求基礎平臺能夠以能力服務化和數據為中心，快速響應需求，通過訂制服務任意彈性擴展服務能力，應對用戶數量的不確定性和周期性。

存儲虛擬化基于數據庫虛擬磁盤組和智能調度算法實現日志與數據的高效分層，將不同類型的磁盤組映射到不同的存儲池，實現I/O隔離和并行訪問。根據業務系統使用情況彈性擴容，保障業務高峰期應用。根據實施的CPU、內存等計算資源利用率情況，按需縱向或橫向擴容，滿足周期性需求。

● 思考

在智慧校園基礎平臺建設進程中，高校都存在不同的孤立的信息系統。對于原有的系統，不需要全面推倒重來，若與主流的基礎架構不符，在資金允許的情況下應盡早進行升級改造。對于新開發或引入的系統平臺，需要根據數據中心建設標準和服務框架架構的要求進行面向服務的功能設計或開發，與一站式網上辦事大廳系統的整合、數據治理的模式等關鍵環節應遵守服務框架的各項標準。另外，對原有的正常運行的業務系統，應該慎重考慮升級更新的時機，做好系統功能的延伸，確保業務系統的正常運行。

智慧校園基礎平臺的建設是一項系統工程，包括教育理念重構，校園網絡平臺建設，標準庫、知識庫、信息庫建設，以及以教學管理和學生管理應用為核心的應用系統建設。建設新一代智慧校園基礎平臺不是一蹴而就的，需要深入地研究高校信息化建設的規律、理論和方法，并且堅持不懈地在實踐中進行探索與驗證。

智慧校園建設工作任重道遠，只有制訂好信息化建設規劃，確定清晰的建設目標，高效執行建設方案，創建靈活、完整、穩定的基礎平臺，從物理上打通和消除信息孤島，實現校園平臺與各業務系統之間最大的融通，從而實現數據共享，創造數據價值，更好地服務學校發展，服務教學，服務師生。