超融合技术在数据中心建设中的研究与应用

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摘要：摘 要：随着信息化建设步伐的不断加快，各企事业单位的信息化资源也随之增长，业务系统不断上线，工作越来越离不开信息化手段。为了促进信息化建设工作的不断发展，根据实际需要，建设一套适合本单位的数据中心成为各信息化管理部门的首要问题，在产品选型、

　　摘 要：随着信息化建设步伐的不断加快，各企事业单位的信息化资源也随之增长，业务系统不断上线，工作越来越离不开信息化手段。为了促进信息化建设工作的不断发展，根据实际需要，建设一套适合本单位的数据中心成为各信息化管理部门的首要问题，在产品选型、易用性、可用性、后期扩展、设备利旧、成本控制等诸多方面均需综合考量。本文即通过传统数据中心与超融合数据中心的研究和对比，提供给用户一个明确的答案，即超融合系统已经成为新一代数据中心的首选目标。

　　关键词：超融合;数据中心;虚拟化

　　1 引言(Introduction)

　　在数字化校园建设的过程中，数据中心是建设的重点。因为硬件性能的不断提升和网络速度越来越快，促进了软件和数据的快速发展，软件可以从早期的定义无线电，到目前的软件可以定义网络、数据中心、信息系统、世界，软件定义一切的时代已经来临，而硬件已经不再是人们关注的热点。而随着硬件技术的不断发展，性能不断提升，体积不断变小，功耗逐渐降低，散热越来越少，可靠性越来越高，加工工艺日趋成熟，成本快速降低，实现融合的机遇也随之而来。

　　因此，实现计算、存储、网络、安全与统一管理的软硬件一体化超融合架构的呼声就越来越高，采用全新的架构，用软件定义数据中心、用软件定义存储与网络、使配置更简单、管理更容易、效率更高、投入更低的超融合产品倍受高校数据中心用户的喜爱也就是情理之中的事情了。

　　2 超融合架构建设基础(Hyper-converged architecture foundation)

　　2.1 建设背景

　　随着能源成本和云计算需求的同步增长，对数据中心的有效控制变得至关重要[1]。高校数据中心是承载着大量业务系统和海量教学资源的核心模块。建设好数据中心，对数字化校园建设的成败有着至关重要的地位。但现有的数据中心建设有着以下几方面的问题急待解决：

　　一是传统的数据中心依靠服务器+存储+虚拟化的架构[2]，应对大量业务需求，经常遇到计算瓶颈、存储瓶颈和通信瓶颈，导致业务阻塞，宕机时有发生，数据时有丢失，严重影响用户体验。

　　二是传统数据中心还有架构复杂的缺点。传统架构中网络、存储、计算等IT基础资源仍然是分离的[3]，无法满足统一调度和管理的数据中心极简化的要求，在网络配置、存储管理和安全维护等诸多方面都要分别处理，无法实现统一平台自动化调度和管理，因其复杂度较高，导致其管理、维护成本和建设成本也较高。

　　三是扩容成本较高。无论是服务器还是存储设备，其采购成本均处于高位，当现在设备不能满足需要时，只有采购更多的设备进行扩容。扩容时，无论是采购成本还是技术成本均有较大投入，同时还存在一定的技术风险，如数据丢失或破坏，导致更大程度提高扩容成本。

　　四是兼容性不高。各品牌产品不能兼容或兼容性不高，也导致不能满足数字化校园未来IT规划，软硬件产品兼容性在很大程度上制约了数字化校园的发展。

　　为此，超融合架构具有的明显优势使得各高校数据中心的建设由传统虚拟化架构向超融合架构转型就显得尤为重要。

　　2.2 超融合数据中心建设方案

　　(1)服务器虚拟化与桌面虚拟化

　　在理解超融合之前，首先要对虚拟化技术进行简单了解。

　　所谓虚拟化技术，简单来说就是通过特定的软件技术将一台计算机虚拟为若干个逻辑计算机。这些虚拟出的多個逻辑计算机都可运行不同的操作系统，而且所有的应用程序都可以在这些逻辑计算机上独立运行而互不干扰。这种技术使用软件的方法重新定义和划分IT资源，可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，从而充分提高了设备的利用效率，降低部署成本。

　　服务器虚拟化是虚拟化技术的一个重要应用，它是把一个物理服务器动态分割成多个小的虚拟服务器，这些虚拟服务器依靠一台实体机生存，IT运维管理部门通常使用服务器虚拟化来支持各种工作，例如支持数据库、文件共享、图形虚拟化和媒体交付。

　　桌面虚拟化，就是将计算机终端系统进行虚拟化，用户可以在任何时间、任何地点，通过任何设备访问远程桌面系统。桌面虚拟化目前分为两大阵营，一种是以“集中计算、集中管理”为特性的VDI模式;另一种是以“分布式计算、集中管理”为特性的IDV模式。用户可根据不同的需要来选择不同的模式。VDI模式不受地域限制，无论在哪里，桌面可以实现漫游。同时，VDI模式还支持多种终端，譬如平板、手机、PC机、笔记本电脑等。而IDV模式由于是采取分布式计算，能够实现集中和简化管理、部署功能。得益于流行的“边缘计算”思维，IDV模式虚拟桌面充分利用终端的硬件资源，每个终端都是虚拟桌面节点，桌面系统理论上可以无限扩张。

　　与服务器虚拟化不同的是，服务器虚拟化面向的网络数据服务提供者，而桌面虚拟化面向的是最终用户。数据中心的虚拟化建设，正是依托于服务器虚拟化技术，但是服务器虚拟化对硬件设备的要求更高些，因此资金投入要高于普通服务器，但其性能高大幅度高于普通服务器，从单位成本方面来看，使用虚拟化技术可以有效降低资金投入，在达到同样性能的服务要求时，虚拟化技术的投入要低很多，所以采用虚拟化技术是数据中心建设的必由选择。在虚拟化技术架构中，超融合技术的异军突起正体现了虚拟化技术的广泛性和重要性。

　　(2)超融合数据中心的建设标准和要求

　　首先是要选择合适的产品。超融合从概念的提出到产品成熟，经过了一个飞速的发展时期。超融合最初还只是一种软件、一个算法[4]。但随着关注度的迅猛提升，硬件设备厂商的大力支持，其商品化进程比任何一款产品都大大缩短。目前能够提供超融合设备的厂商較多，其中华为、联想、深信服、锐捷、神州数码、华三、浪潮等国内知名企业均提供了符合用户需求的产品，各品牌产品均有不同程度的差异，但基本上都能满足超融合数据中心的建设[5]。

　　其次是规划数据中心标准。一是要实现IT资源全面池化[6]，将超融合设备的基础资源全面池化管理，实现统一管理、统一调度、统一资源分配。二是保证数据中心可弹性扩展，构件模块可按节点添加，进行线性和无缝横向扩展能力。三是有配备多重安全保障措施，保障数据安全，实现资源自动分配和数据平滑迁移。四是具有快速交付的特性。可以实际小时级别的快速业务系统交付，为实现极简化数据中心提供技术保障。

　　最后要保证超融合设备的安装部署要符合虚拟化技术标准的规定和要求。一般情况下，要按照主备模式或冗余模式来部署，充分利用虚拟化技术的分布式存储功能将数据容灾、风险控制能力加以最大限度发挥，以确保数据安全。

　　2.3 总体技术架构

　　超融合基础架构层：通过万兆数据中心交换机连接超融合设备，超融合设备提供万兆数据交换接口，以应对超融合数据中心的海量数据交换。每台超融合设备提供多个节点(一般情况下为4个节点)，每个节点均提供相同的硬件配置，为未来实现双活、冗余及备份提供支持;每台主机提供多达12块存储介质，最高可达96TB的存储空间，标配情况下提供了48T的存储资源。这些存储资源池化后可利用VMware实现统一资源调配。超融合设备可实现“多虚一、一虚多”模式运行，在一个统一的管理平台下，对超融合设备所有资源池化后统一管理与分配。具体架构如图1所示。

　　数据中心业务层：通过VMware统一资源管理平台，对各管理模块进行统一管理，实现各模块统一构建高效、灵活、高可扩展的数据中心，大幅度降低资源调配和数据中心业务系统管理的复杂度。

　　推荐阅读：《大数据时代》(月刊)创刊于2016年，杂志是经国家新闻出版广电总局特别批准，落户“中国数谷”的国内首批大数据专业期刊。

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