高校超融合平臺分布式存儲模式探索與實(shí)踐

摘要：隨著云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)硬件的不斷發(fā)展，相對于傳統(tǒng)的高校計(jì)算機(jī)機(jī)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(shí)易于集中管理和運(yùn)維。筆者學(xué)校利用超融合分布式存儲模式進(jìn)行云桌面建設(shè)，探索用于BIM教學(xué)，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(jì)算節(jié)點(diǎn)和存儲服務(wù)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(fù)硬件投資，具有較大的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：超融合;云桌面;分布式存儲;BIM

1 緒論

高校計(jì)算機(jī)機(jī)房對學(xué)校的專業(yè)教學(xué)、考試以及開展社會(huì)服務(wù)起著十分重要的作用。隨著高校每年不斷擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)不斷增加，計(jì)算機(jī)機(jī)房數(shù)量越來越多，配置越來越高。然而，由于計(jì)算機(jī)機(jī)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(shí)時(shí)了解，加大了機(jī)房管理人員的管理難度，進(jìn)而影響了機(jī)房使用者的使用效果。如何能夠更高效地對計(jì)算機(jī)機(jī)房進(jìn)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(gè)問題。

2 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)機(jī)房存在的主要問題

高校現(xiàn)有傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)機(jī)房承擔(dān)著不同年級、不同專業(yè)各種教學(xué)、考試、培訓(xùn)等任務(wù)，同一臺機(jī)器上安裝有不同的系統(tǒng)，同時(shí)每個(gè)系統(tǒng)上需要安裝大量的應(yīng)用軟件，少則十幾種，多則幾十種。另外，大量的應(yīng)用軟件經(jīng)常需要更新以滿足教學(xué)、考試及培訓(xùn)的需求，這就使計(jì)算機(jī)機(jī)房管理人員需耗費(fèi)大量的時(shí)間來進(jìn)行系統(tǒng)安裝及應(yīng)用軟件更新。

目前，大多數(shù)高校計(jì)算機(jī)機(jī)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(jì)算機(jī)機(jī)房教學(xué)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(fù)系統(tǒng)需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，并且隨著課程教學(xué)軟件的擴(kuò)展，學(xué)生、學(xué)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(jì)算機(jī)機(jī)房數(shù)據(jù)存儲的方式，對于提高計(jì)算機(jī)機(jī)房的管理效率，提升教師、學(xué)生等用戶的使用體驗(yàn)感，減輕機(jī)房管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度以及促進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)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(shè)備通過SCSI接口或FC接口直接連接到一臺計(jì)算機(jī)上。DAS是目前生產(chǎn)生活當(dāng)中十分常見的存儲方式，區(qū)別于網(wǎng)絡(luò)存儲，在存儲設(shè)備和主機(jī)之間沒有任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的參與，只有掛載它的主機(jī)才可訪問它。因此，不能對存儲資源進(jìn)行高效利用。

3.2 網(wǎng)絡(luò)附屬存儲（NAS）

網(wǎng)絡(luò)附屬存儲（NAS：Network Attached Storage），是指連接在網(wǎng)絡(luò)上，具備資料存儲功能的裝置，也稱為“網(wǎng)絡(luò)存儲器”或“附加存儲”。它是一種專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，以數(shù)據(jù)為中心，將存儲設(shè)備與服務(wù)器徹底分離，實(shí)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(luò)（SAN）

存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN：Storage Area Network），是指采用光纖通道交換機(jī)連接存儲陣列和終端主機(jī)，建立起專用于數(shù)據(jù)存儲的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。SAN存儲架構(gòu)需要建立專用數(shù)據(jù)存儲的網(wǎng)絡(luò)，需要使用專用的光纖通道交換機(jī)，不能與其他設(shè)備復(fù)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(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)使用每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的磁盤空間，并將這些分散的存儲資源構(gòu)成一個(gè)虛擬的存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)分散的存儲在整個(gè)集群的各個(gè)角落，不需要部署單獨(dú)的陣列或存儲網(wǎng)絡(luò)硬件，如圖1所示。

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

分布式網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)采用可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，利用多臺存儲服務(wù)器共同分擔(dān)數(shù)據(jù)存儲，利用位置服務(wù)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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的擴(kuò)展，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲可以大幅度降低存儲成本。

vSAN有著自己的策略機(jī)制，通過策略存儲管理，完成指定的資源配置和部署。當(dāng)存儲負(fù)載增大時(shí)，策略會(huì)自動(dòng)調(diào)整平衡，動(dòng)態(tài)負(fù)載，形成一個(gè)性能出色、安全高效的存儲共享集群，這種存儲機(jī)制，大大提高了vSAN集群的應(yīng)用效率和性能，降低了運(yùn)營成本。

4 VMware vSAN存儲在BIM機(jī)房建設(shè)中的應(yīng)用

建筑信息模型（Building Information Modeling）簡稱BIM，是以建設(shè)工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型建立的基礎(chǔ)，利用相關(guān)軟件，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了建設(shè)項(xiàng)目管理的信息化、數(shù)字化、可視化，極大的提高了項(xiàng)目生產(chǎn)效率和質(zhì)量，有效地防止在生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的“錯(cuò)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(fù)雜，建筑所包含的信息量越來越多，如何快速地計(jì)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(shè)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(jìn)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(yīng)用的可靠性與安全性，由于高校人員的流動(dòng)性較大，院校需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間來進(jìn)行管理。因此，探索一種新的BIM應(yīng)用與管理模式具有較大的理論與實(shí)踐意義。

廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shù)應(yīng)用研究與教學(xué)工作，取得了一定的成效。BIM應(yīng)用作為重度計(jì)算的一個(gè)領(lǐng)域，除了對CPU、內(nèi)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(jìn)行BIM技術(shù)教學(xué)及BIM技術(shù)的實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用，學(xué)校就超融合BIM云平臺的硬件架構(gòu)建設(shè)進(jìn)行了積極探索，初步建成了基于超融合BIM云平臺的BIM教學(xué)實(shí)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(xué)校已經(jīng)完成部署的平臺服務(wù)器共有6臺，每臺采用兩顆14核心并且使用超線程技術(shù)的E5-2690CPU、16條32G DDR4內(nèi)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(shí)將每臺服務(wù)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(gè)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(gè)部署完成后顯示容量為全部容量盤相加的總?cè)萘?*900GB*6大約為40TB。每個(gè)學(xué)生端的云桌面節(jié)點(diǎn)提供SSD和HDD兩種磁盤配置，可以適用于輕度及重度運(yùn)算的應(yīng)用場景，滿足BIM基礎(chǔ)教學(xué)的各種應(yīng)用需求，極大地方便了教學(xué)使用，如圖2所示。

學(xué)生端云桌面按每臺分配6核心、8GB內(nèi)存、200GB磁盤空間，使用鏈接克隆模式部署后實(shí)際使用存儲小于傳統(tǒng)存儲模式50%。當(dāng)全部機(jī)房的云桌面同時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)和因上課需要同時(shí)打開大型軟件時(shí)，因?yàn)関SAN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(dòng)風(fēng)暴問題。當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤或中電腦病毒時(shí)，可在幾分鐘內(nèi)重新還原到克隆時(shí)的原始系統(tǒng)，保障系統(tǒng)可正常使用。學(xué)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(shí)永久磁盤數(shù)據(jù)不丟失。

學(xué)校基于VMware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(chǔ)計(jì)算機(jī)應(yīng)用等相關(guān)課程的教學(xué)任務(wù)。通過服務(wù)器的整合，控制和減少物理服務(wù)器的數(shù)量，明顯提高單臺物理服務(wù)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(shí)采用集中部署及升級軟件，有效降低了運(yùn)營和維護(hù)成本。

5 結(jié)語

高校計(jì)算機(jī)機(jī)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?qū)崿F(xiàn)支撐教學(xué)、考試、培訓(xùn)等多種應(yīng)用場景，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理存儲資源，根據(jù)不同需求進(jìn)行資源的動(dòng)態(tài)分配，提高了資源的利用率。同時(shí)，利用平臺的軟硬件信息管理功能也實(shí)現(xiàn)了機(jī)房整體資源使用情況和故障信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提升了計(jì)算機(jī)機(jī)房的運(yùn)維效率和數(shù)字化程度，減輕了機(jī)房管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了運(yùn)營與維護(hù)成本，是一種有效的機(jī)房管理模式。

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基金項(xiàng)目：廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“基于私有云平臺下的高校BIM中心建設(shè)研究”（2019KY1378）;廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“1+X證書制度試點(diǎn)背景下BIM技術(shù)人才培養(yǎng)研究與實(shí)踐”（GXGZJG2019B051）;廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級科研項(xiàng)目“高職院校校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)管理體系建設(shè)的探索與實(shí)踐”（2019B002）

作者簡介：孫義剛（1981— ），男，河北石家莊人，廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)習(xí)訓(xùn)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(shù)應(yīng)用。