超融合架構在智慧校園建設中的應用淺析

梁思林

（廣西體育高等?？茖W校，廣西 南寧 530012）

關鍵字:超融合架構；智慧校園；應用

隨著我國教育體制的不斷改革和信息化技術的不斷發展，超融合架構技術憑借著自身高準確性、強靈活性等特征，被廣泛地應用于高校智慧校園數據中心建設中。但如何進一步提升高校智慧校園數據中心各項性能，為智慧校園建設提供良好的云計算基座成了高校在智慧校園建設中必須思考和解決的問題。

1 超融合架構在智慧校園建設中的優勢

融合技術作為信息化建設的主要方向，在當前計算以及存儲的融合中具有重要的作用與意義，其主要利用虛擬化的形式實現對資源的整合處理，可以取得良好的效果。而超融合架構就是能夠實現計算、網絡以及存儲等資源在同一套單位設備中進行有效的整合，并且對于多個方面能進行科學有效的處理。超融合架構產品在無縫橫向拓展方面具有一定的優勢，最終可以構成一個統一的資源池，并且該類型設備的預先配置對應用的便捷性提供了良好的幫助。特別是學校在當前智慧校園構建的過程中，對于便捷性以及穩定性有著較高的要求，所以超融合架構具有良好的優勢。

2 智慧校園數據中心基礎現狀分析

本文以廣西體育高等?？茖W校為例，通過對學校業務系統相關服務器運行狀態進行巡檢，了解各個物理服務器CPU、內存、硬盤的資源消耗狀況。學校原有的物理服務高達15 臺，服務器大多是傳統的2U 機架式架構，存在以下幾個問題。（1）部分服務器老化嚴重，服務器故障率和維護成本逐年攀升，如個別系統服務器性能已經不能滿足高訪問量的要求；（2）服務器硬件資源分配不平衡。如有的系統平時僅供查詢，所以服務器CPU 整體使用率不到10%，內存和硬盤的整體使用率也不超過20%，服務器資源浪費嚴重;(3)物理服務器電力資源消耗頗高；（4）對數據的安全保護不足,部分業務系統沒有統一備份和恢復機制，由此導致的數據丟失問題時有發生。

隨著我校智慧校園中各業務系統的不斷開展，對數據中心的基礎設施也提出了新的要求。（1）整個智慧校園30多個應用模塊對服務器的資源需求越來越多。計算能力彈性應用、數據備份、軟件定義網絡、軟件定義存儲成為目前的主要需求，但學?，F有的存量服務器已經無法滿足業務發展的需求，勢必要不斷加強服務器基礎設施建設；（2）智慧校園中業務系統的上線時間要求越來越短。原有的模式下，部署新的業務要經歷硬件選型、招標采購、安裝系統和應用程序以及進行網絡配置等操作，這樣業務部署非常緩慢。傳統的機架式架構服務器已經無法適應既有業務的運行以及不斷擴大的業務規模，對現有的IT 基礎設施改造工作迫在眉睫。

3 超融合架構建設實踐

廣西體育高等?？茖W校以《教育信息化2.0 行動計劃》、《廣西“互聯網+教育”行動計劃（2018-2022 年）》、《廣西高校智慧校園建設指南》等文件為我校智慧校園建設指導，為保證體育院校的信息化水平顯著提升，完善學校的信息化基礎設備以及智慧應用水平，并且建設體育資源庫，混合教學改革全覆蓋專業群課程，保證師生信息素養能夠顯著提升，實現全國職業院校信息化以及教育教學智能融合的榜樣，形成“互聯網+體育教育”的全新格局。通過對學校現有應用、服務器、存儲、網絡的調研分析，發現原有的物理資源達不到學校智慧校園建設未來規劃配置要求，這就要求學校作好長遠的規劃,要盡最大的可能滿足學校智慧校園硬件滿足近期(三年內)需求，也要考慮未來的發展。因此使超融合架構成為當前廣西體育高等?？茖W校在智慧校園建設過程中的主要選擇方案。

3.1 超融合架構建設的需求

3.1.1 軟件功能需支持模塊化擴展,能夠根據學校需求逐漸完善功能和架構,最終構建一套穩定、高效、安全、先進的超融合云架構。軟件定義數據中心（Softwares Defined Data Center，SDDC）解決最核心的問題是讓用戶以更小的代價來獲得更靈活的、快速的業務部署、管理及實現。

超融合架構輕量且高效,虛擬機性能損耗非常少,在降低建設成本與運維成本的同時,提高了數據的安全性,為廣西體育高等?？茖W校的智慧校園建設提供了堅實可靠及穩定的底座,滿足了學校智慧校園關鍵業務和關鍵數據的需求。超融合架構具有模塊化的軟件組件，可根據需要應用上網行為管理、IPS 入侵檢測、EDR 防病毒、分布式防火墻、實時數據備份等。

3.1.2 超融合架構提供充分利舊,保護學校原有的資產,能有效利舊部分現有服務器和存儲進行超融合架構集群部署,并對原有VMware 虛擬化環境進行納管。

3.1.3 超融合架構提供標準API 接口,支持學校定制開發便于學校將云架構和智慧校園應用進行整合,如網上辦事大廳等,此外便于后期與第三方的運維軟件對接。

3.2 超融合架構建設實施

為了有效地驗證超融合架構技術的可靠性和有效性，廣西體育高等專科學校數據中心結合相關院校的成功建設經驗，針對學校智慧校園數據中心建設需求，設計如圖1 所示的超融合架構拓撲圖。

圖1 超融合架構拓撲結構

3.2.1 超融合的CPU 計算資源虛擬化

本次采用6 臺服務器，每臺服務器的CPU:2 顆Gold 6226R 22GHz(48C)，內存:8*32GB DDR4 2666，通過超融合軟件進行計算資源的虛擬化。架構的動態資源調度DRS 通過VMP，無需安裝代理程序，即可實現動態資源調度功能設置閾值，當資源利用率超出范圍后，觸發虛機遷移集群業務負載自動均衡，降低集群內高負載的主機資源利用率；通過熱遷移可以實現虛擬機的在線動態遷移,保證業務連續性,零宕機時間業務負載不中斷。

3.2.1 超融合的軟件定義網絡

在整個超融合數據中心中，各個虛擬機需要進行通信及與外網互聯。在超融合內用軟件構建出所畫即所得的業務邏輯（網絡虛擬化），實現超融合內部虛擬主機的數據交換。超融合里可通過拖拽方式把交換機、下一代防火墻、上網行為管理等模塊組成一個內部虛擬網絡，依據不同的業務功能將虛擬機連置在不同的交換機，并在不同的功能區間放置放火墻，網絡功能虛擬化所創建的安全服務資源池，實現東西向流量的安全服務，再通過統一物理出口與外網連接。

3.2.2 超融合的軟件定義存儲

超融合架構通過全配置SSD 固態硬盤，大幅提升存儲的性能。單節點性能指標:4k 隨機測試讀性能高達6 萬IOPS,寫性能高達1.7 萬IOPS,在128k 順序測試讀性能也達到了910MB/s,寫性能也高達132MB/s。通過超融合的軟件，把6臺服務器的硬盤及原有的光纖存儲整合成251T 的超大存儲空間，為整個數據中心系統提供大容量的存儲空間。

3.2.3 超融合的軟件定義信息安全

信息安全一直是數據中心關注的主要領域，此次我們在超融合中采用分布式防火墻對虛機進行網絡隔離、威脅文件將放入獨立沙箱進行隔離、處置、處置前自動快照，為數據中心提供立體式安全防御體系。分布式虛擬防火墻分為服務端和客戶端，客戶端每五分鐘自動上報虛擬機、應用、中間件等資產信息及漏洞信息。

3.2.4 超融合的實時數據備份

數據備份是我們建設超融合架構的重要考量因素。超融合架構提供了CDP 等數據備份服務授權，無需備份軟件和備份服務器，可實現增量的備份，也提供快照功能，對運行中的虛擬機做靜態快照，方便故障恢復提供手工備份和定時備份功能，保證虛擬機文件的數據安全。超融合架構的備份服務把虛擬機實時備份到外置的低速存儲器，使用增量備份減少備份所需空間，降低備份成本。

4 應用效果

通過本次的技術改造，廣西體育高等專科學校用6 臺服務器及原有的VMware 納管的超融合架構部署后共提供了1.17THzCPU 容量、1.72TB 的內存和215.87TB 的存儲，目前架構已經穩定運行近1 年，為智慧校園各類業務提供了47 臺虛擬機，尚有40% 以上的資源余量。與原有的建設模式相比，超融合架構由原來的8 個機柜減少到兩個機柜，有效節省了80% 的機柜空間，同時大幅降低了50% 的設備能耗，通過軟件定義網絡，也減少了80% 的線纜，由原來的15 臺物理服務器降低到6 臺服務器，通過超融合的HCI 技術，大幅提升了服務器資源利用率，通過模板技術使得各業務系統開啟時間縮短至分鐘級，超融合的統一運維管理架構，大幅減少運維人員的工作量。超融合設備上架前后的對比見表1。

表1 應用效果前后對比表

通過軟件定義數據中心的超融合架構的建設，為廣西體育高等專科學校智慧校園建設提供了堅實的云基礎設施。我校通過利用超融合技術，不僅解決了傳統分立式架構資源不均衡的問題，實現了計算資源的有效整合,而且實現了計算、存儲和網絡資源的動態分配與靈活調度，使整個系統的資源按需分配到各項業務。

5 結語

本文立足于廣西體育高等專科學校智慧校園建設的實際情況，為提高智慧校園架構可靠性、安全性、使用成本、降低維護難度，建設了超融合架構，使數據中心具有按需快速進行橫向、縱向線性擴展資源。超融合的集群負載、數據備份、分布式存儲、統一運維管理等模塊，完全滿足了學校智慧校園建設的要求，提高學校信息化建設水平，為師生提供更加優質的信息化服務，保證學校的師生能夠收獲不一樣的學習工作體驗，可見超融合架構技術在高校數據中心應用定是未來發展趨勢。