超融合在云計算數(shù)據(jù)中心的應用

李建舒 曹琦

（空裝西安局 陜西省西安市 710077）

在現(xiàn)代化社會當中，科學技術(shù)得以不斷發(fā)展，促使計算機技術(shù)以及信息化技術(shù)快速發(fā)展，并且被廣泛運用在各個行業(yè)領域當中，這樣能夠提升各個領域的實際發(fā)展水平。在過去構(gòu)建傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息中心的時候，要根據(jù)不同應用或業(yè)務系統(tǒng)采購專用的服務器、存儲、光纖交換等設備。與此同時，需要專業(yè)人員根據(jù)不同軟硬件廠商產(chǎn)品做好相應的集成工作，系統(tǒng)成敗取決于各軟硬件產(chǎn)品選型是否合理、集成商的技術(shù)能力，在系統(tǒng)建設初期無法將各個環(huán)節(jié)當中可能存在的問題充分展現(xiàn)出來。

云計算數(shù)據(jù)中心的核心，即云計算平臺需要有資源池為其提供能力輸出，這種能力包括計算能力、存儲能力和網(wǎng)絡能力，為了將這些能力調(diào)度到其所需要的地方，云計算平臺還需要對能力進行調(diào)度管理，這些能力均是由虛擬化資源池提供的。超融合架構(gòu)就是對底層硬件進行全虛擬化，從而將服務器集群所包含的計算、存儲、網(wǎng)絡資源進行池化,形成虛擬資源池，以備靈活調(diào)用。隨著超融合系統(tǒng)構(gòu)架的出現(xiàn)，衍生出了新型建設方法與方案，可以靈活調(diào)整以滿足以滿足不同應用系統(tǒng)各階段不同需求。因此，當前云數(shù)據(jù)中心建設應該優(yōu)先考慮超融合構(gòu)架的推廣應用，將其充分使用在建設現(xiàn)代云計算數(shù)據(jù)中心過程當中，有效提升其實際建設質(zhì)量與效果。

1 超融合構(gòu)架概述

1.1 基本內(nèi)涵

超融合構(gòu)架是指在同一套單元設備（x86 服務器）中不僅僅具備計算、網(wǎng)絡、存儲和服務器虛擬化等資源和技術(shù)，而且還包括緩存加速、重復數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮、備份軟件、快照技術(shù)等元素，而多節(jié)點可以通過網(wǎng)絡聚合起來，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展（scale-out），形成統(tǒng)一的資源池。

超融合架構(gòu)可以作為云計算數(shù)據(jù)中心的底層支撐架構(gòu)，目前已被運用在新一代云數(shù)據(jù)中心建設作業(yè)過程當中。通過超融合構(gòu)架的科學合理運用，能夠?qū)崿F(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡之間的良好融合，和以前傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心集成方式進行對比分析，該構(gòu)架在計算能力、數(shù)據(jù)存儲以及網(wǎng)絡擴展等方面存有十分明顯的優(yōu)勢作用。與此同時，可以有效保證業(yè)務系統(tǒng)運行可靠性以及穩(wěn)定性。

1.2 超融合構(gòu)架特點分析

超融合構(gòu)架的設計，擁有獨有的特點，實現(xiàn)了計算、存儲、網(wǎng)絡之間的良好整合，由此帶來的無論是性能，還是擴展性，穩(wěn)定性、可靠性，以及運維的簡化，都具有優(yōu)勢。

1.2.1 分布式存儲系統(tǒng)特點

通過“池化”各節(jié)點服務器存儲資源，統(tǒng)一管理調(diào)度。數(shù)據(jù)分散存放，通過全局負載均衡和分布式緩存技術(shù)提高IO 性能；因采用集群管理方式，不存在單點故障，靈活配置多數(shù)據(jù)副本，不同數(shù)據(jù)副本存放在不同的機架、服務器節(jié)點硬盤上，單個物理設備故障不影響業(yè)務的使用，系統(tǒng)檢測到設備故障后可以自

動重建數(shù)據(jù)副本；沒有集中式存儲控制器，支持平滑橫向擴容，容量幾乎不受限制；存儲軟件直接部署在服務器上，沒有單獨的存儲專用硬件設備，通過Web 頁面的方式進行存儲的管理，配置和維護簡單。

1.2.2 存儲與計算的有效融合

利用超融合技術(shù)對底層硬件進行全虛擬化，從而將服務器集群所包含的計算、存儲、網(wǎng)絡資源進行池化,形成虛擬資源池。通過集中式資源管理模塊，對底層硬件資源、虛擬資源池和虛擬實例進行統(tǒng)一管理、監(jiān)控，并支持為不同類型應用靈活分配資源。通過虛擬化技術(shù)將計算資源和存儲資源有效融合，以虛擬機形式呈現(xiàn)。通過超融合可最大限度地提高每秒輸入/輸出操作（IOPS）并減少延遲，從而達到對存儲I/O 的負載平衡。同時采用分層存儲形式則自動將最需要的數(shù)據(jù)塊移動到更高速的存儲設備中，從而進一步加快對數(shù)據(jù)讀寫操作速度，以滿足更復雜的應用。超融合架構(gòu)采用全分布式架構(gòu)，軟件分布在每一各節(jié)點上，數(shù)據(jù)被復制多份并跨主機保存，同時利用虛擬機HA 技術(shù)和虛擬負載均衡等技術(shù)為應用提供高可靠性。任一主機一旦出現(xiàn)故障，都能保證集群管理不中斷、數(shù)據(jù)不丟失和應用正常訪問。

1.2.3 采購成本較為廉價

IT 系統(tǒng)實現(xiàn)包括建設、運維、人力、能耗等多個方面。毫無疑問，更簡單的架構(gòu)和管理能給用戶帶來更低的使用成本。由于超融合系統(tǒng)無需專用SAN 存儲及SAN 存儲設備，也無需使用大量HDD 硬盤來堆疊出所需要IO 性能，因此在同樣的性能要求下，超融合產(chǎn)品一般只需傳統(tǒng)架構(gòu)的60%硬件設備；超融合系統(tǒng)實施快捷，時間成本和人力成本相對傳統(tǒng)存儲節(jié)省80%左右；運維成本上，超融合系統(tǒng)極其簡便的運維方式，相對傳統(tǒng)架構(gòu)其運維成本甚至可以降低80%以上。另外在相同業(yè)務需求下，超融合架構(gòu)需要更少的硬件，超融合一體機服務器甚至可以做到高密度整合、模塊化配置，大幅節(jié)省機柜占用空間，電能節(jié)省最高可達40%。

1.3 虛擬化構(gòu)架技術(shù)種類分析

云計算離不開底層的虛擬化技術(shù)支持，從虛擬化的實現(xiàn)方式來看，虛擬化架構(gòu)主要有兩種形式：宿主架構(gòu)和裸金屬架構(gòu)。在宿主架構(gòu)中的虛擬機作為主機操作系統(tǒng)的一個進程來調(diào)度和管理，裸金屬架構(gòu)下 則不存在主機操作系統(tǒng)，它是以Hypervisor 直接運行在物理硬件之上。宿主架構(gòu)通常用于個人PC 上的虛擬化，如WindowsVirtual PC，VMware Workstation，Virtual Box 等。

當前主流虛擬化運用分成傳統(tǒng)虛擬化構(gòu)架以及超融合構(gòu)架。首先，對于前者而言，此構(gòu)架當中含有多樣性的設施設備，例如，相關系統(tǒng)包含了負載均衡設備等。所以其結(jié)構(gòu)上更加復雜，多使用的設施設備類型與數(shù)量十分多樣。在全面控制以及管理設施設備上也存有很大程度上的難度。在實際管理的時候要求專業(yè)人員保證管理工作的順利進行，這樣非常容易造成其管理工作非常依賴服務集成企業(yè)。在此之外，因為設施設備的類型非常多，導致各個設施設備之間所存有的兼容性不斷降低，差異性的設施設備在匹配以及性能等方面都存有非常明顯的缺陷以及不足。與此同時，由于維護作業(yè)要求多個方面主動參與其中，所以在對相關設施設備進行維護作業(yè)的時候，其成本支出比較高，并且難以實現(xiàn)系統(tǒng)的良好擴展。其次，對于后者而言，此構(gòu)架可以實現(xiàn)計算功能以及儲備功能之間的良好整合，充分運用先進的虛擬化技術(shù)，建設完善且健全的統(tǒng)一化管理平臺。所以此架構(gòu)的穩(wěn)定性以及可靠性特征非常明顯，并且可以更好的保證其安全質(zhì)量與成效，對于自動化分布以及系統(tǒng)性能等都存有非常明顯的優(yōu)勢作用。

2 超融合構(gòu)架在云數(shù)據(jù)中心的應用分析

超融合構(gòu)架的廣泛運用具備繁雜性特征，在此過程當中，一方面應該保證數(shù)據(jù)信息的真實性以及客觀性，另一方面也需要有效提升整體服務器集群實際運用的質(zhì)量與可靠性。在對故障問題進行數(shù)據(jù)以及恢復某些數(shù)據(jù)信息的時候，應該保證此構(gòu)架的可靠性以及有效性。在對超融合構(gòu)架實際進行運用的時候，應該盡量防止出現(xiàn)節(jié)點失去效用的現(xiàn)象。與此同時，也應該避免多樣性資源的占用。在此以外，在展開儲備整合的時候，需要強調(diào)系統(tǒng)的性能型，有效保證其功能的展現(xiàn)。在現(xiàn)代化社會當中，超融合構(gòu)架被廣泛運用在云數(shù)據(jù)中心當中，其主要展現(xiàn)在下面幾個方面。

2.1 業(yè)劣快速部署，降低成本，提升ROI

超融合基礎架構(gòu)首先給用戶帶來的價值是加快業(yè)務部署。傳統(tǒng)的項目要經(jīng)過一個非常長的項目設計、規(guī)劃，然后到整個采購，之后要去進行集成、部署、測試等相關工作。而超融合架構(gòu)般都預集成封裝虛擬化平臺、云平臺管理軟件、SDN 網(wǎng)絡和分布式存儲，集成整個存儲、計算和網(wǎng)絡以及應用軟件讓整個IT 架構(gòu)的搭建簡化了很多，整個項目的IT 部罟周期可以縮減50%的時間，而且還可以降低很多人工出錯風險。

超融合架構(gòu)大部分都是基于X86 硬件設備，可以顯著降低∏采購成本。另外，由于Ⅹ86 采用統(tǒng)的硬件架構(gòu)運維成本也會降低。

2.2 提升云計算數(shù)據(jù)中心存儲性能

超融合存儲系統(tǒng)采用的是軟件定義技術(shù)，首先解決的問題就是傳統(tǒng)集中存儲的性能問題，傳統(tǒng)架構(gòu)的存儲設備已經(jīng)無法滿足云計算架構(gòu)對存儲性能和靈活性的需求，超融合存儲架構(gòu)師分布式的，可以徹底擺脫傳統(tǒng)IT 架構(gòu)對存儲系統(tǒng)的性能約束。因此，在云計算數(shù)據(jù)中心當中，將超融合構(gòu)架融入其中至關重要，其可以保證儲備系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，有效提高其運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性以及高效性，將其所具備的儲備作用充分發(fā)揮出來，這對設備實際運轉(zhuǎn)情況起著重要作用。

2.3 支撐虛擬桌面、私有云等虛擬化計算應用

超融合架構(gòu)可以將計算、存儲和網(wǎng)絡資源整合到起，提供軟硬一體的解決方案。

在虛擬化應用方面，包括存儲、備份、復制、負載均衡在內(nèi)所有策略的制定，都會圍繞支持虛擬機進行。例如數(shù)據(jù)保護策略，傳統(tǒng)SAN 常使用第三方工具來定義，而超融合架構(gòu)就將其集成在虛擬機層。不同數(shù)據(jù)中心之間或不同應用間（備份、復制等）進行負載遷移，管理員只要在虛擬機層操作就好了，無需親自下到數(shù)據(jù)中心或底層存儲去操作

在虛擬桌面（VD）應用方面，由于各種應用部罟在單的共享資源池里，可以不需要擔心存儲系統(tǒng)功/O 影響虛擬機性能。此外，超融合架構(gòu)的大容量分布式行儲環(huán)境為系統(tǒng)靈活掌控隨機和順序負載提供可能。而且釆用SSD 加諫的分布式存儲集群可以保障足夠的IoPS 應對DI 啟動和登入風暴等嚴峻的負載挑戰(zhàn)

2.4 在大數(shù)據(jù)分析方面應用

目前大部分企業(yè)都在考慮部罟大數(shù)據(jù)分析平臺，對于存儲的空間擴充和數(shù)據(jù)管理將是非常大的挑戰(zhàn)。超融合架構(gòu)具備橫向擴展的特性，針對海量數(shù)據(jù)存儲應用，可以實現(xiàn)大規(guī)模通用集群存儲。超融合架構(gòu)存儲系統(tǒng)通過網(wǎng)絡技術(shù)將大量基本X86 存儲單元整合起來協(xié)同工作，對外提供統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲服務。另外，超融合架構(gòu)設備廠商還會針對大數(shù)據(jù)環(huán)境進行了性能優(yōu)化，并采用了副本、集群等大量容錯技術(shù)，各項技術(shù)性能指標完全可以達到主流中高端存儲陣列水平，替代傳統(tǒng)集中式的存儲設備。

2.5 在高性能方面應用

說到高性能應用，數(shù)據(jù)庫類應用對系統(tǒng)資源的占用一般是最高的。在傳統(tǒng)的架構(gòu)中，針對 Oracle 這類應用都會采用物理機設備。但是一般的Ⅺ86 物理機單臺性能最高也就8 顆CPU，在業(yè)務髙峰期無法滿足高性能需求，在業(yè)務低峰期又會造成資源浪費。而且這類系統(tǒng)對集中式存儲的依賴性也很高，因為 Oracle 數(shù)據(jù)往往要求強致性。為了在超融合架構(gòu)下使用這類應用，一般會在超融合架構(gòu)存儲中增加分布式錟機制等的功能，在軟件定義存儲系統(tǒng)的最底層位置，維護多數(shù)據(jù)副本間的強致性，結(jié)合隨機寫日志化和數(shù)據(jù)智能分層等先進的數(shù)據(jù)讀寫過程，不僅可以提供給Oracle 高負載的數(shù)據(jù)庫應用性能，還讓數(shù)據(jù)庫應用兼具了超融合架構(gòu)的橫向數(shù)據(jù)擴展能力

3 結(jié)束語

對于過去經(jīng)常使用的構(gòu)架而言，其計算功能以及存儲功能之間出現(xiàn)了明顯的分離現(xiàn)象，并且難以和實際管理以及運轉(zhuǎn)等方面的需求相滿足。與此同時，也在維護以及拓展等方面很大程度上的困難。在這樣的情況下，導致其成本造價非常高。和過去的架構(gòu)情況進行對比分析表明，超融合架構(gòu)具備非常顯著的優(yōu)勢作用，其主要展現(xiàn)在開放程度以及拓展性等多個方面，也可以為之后管理以及維護系統(tǒng)的相關工作增添更多的方便。所以在當前對云數(shù)據(jù)中心進行實際建設的過程當中，應該加強基礎性設施架構(gòu)的全面合理建設。在此以外，也應該做好先進技術(shù)以及有關結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的探究和分析工作，有效提升超融合架構(gòu)的實際運用能力以及水平，這對促進我國有關領域的可持續(xù)發(fā)展起著十分重要的作用，并且可以推動社會的穩(wěn)定發(fā)展與國民經(jīng)濟的整體發(fā)展。因此，加強超融合云數(shù)據(jù)中心構(gòu)架的相關研究具備現(xiàn)實意義。