超融合技術(shù)在數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用分析

么宇光

摘要：信息技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用層次的不斷深化帶動(dòng)了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的不斷拓展與各型新系統(tǒng)的規(guī)?；暇€。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器系統(tǒng)綜合效率低下與主要硬件設(shè)施效能落后的問題成了當(dāng)前階段信息領(lǐng)域繼續(xù)向上發(fā)展的重大障礙。文章介紹了現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中存在的一些問題，繼而從IT基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)升級(jí)、控制人員成本以及提高現(xiàn)有資源的綜合利用率等方面分析了超融合技術(shù)在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用，提出了以超融合技術(shù)為支撐完成數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型的方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心：超融合技術(shù)：架構(gòu)轉(zhuǎn)型：效能提升

中圖分類號(hào)：TN919

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷升級(jí)及其在各領(lǐng)域特別是金融領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深化，數(shù)據(jù)中心等專業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)在金融產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)與經(jīng)營(yíng)管理中扮演著越來越重要的角色，極大地推動(dòng)了金融產(chǎn)業(yè)向信息化、高效化與智能化方向的轉(zhuǎn)型。但是，隨著社會(huì)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及所需處理的數(shù)據(jù)層次的不斷復(fù)雜化，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心信息服務(wù)系統(tǒng)在軟件與硬件方面均暴露出綜合效能不足、系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍以及綜合運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性不足的問題，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)中心在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)尤其是金融業(yè)等需要處理海量信息的產(chǎn)業(yè)的輔助與支撐作用。以往的信息系統(tǒng)建設(shè)多是按照“定需求一上會(huì)審核一采購硬件一部署操作系統(tǒng)一部署應(yīng)用”的流程進(jìn)行的，為了提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性與安全性通常會(huì)增設(shè)備用機(jī)，對(duì)于部分重要的信息化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)還需要設(shè)置冷備機(jī)以防范數(shù)據(jù)的丟失。實(shí)際上，這種模式雖然在一定程度上有助于提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行可靠性，但是有在基礎(chǔ)性硬件利用效率不高、運(yùn)維成本昂貴、對(duì)服務(wù)器性能依賴性強(qiáng)、核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)可靠性保障不足以及在數(shù)據(jù)中心發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)自主性數(shù)據(jù)保護(hù)不及時(shí)等顯著缺陷[1]?；谝陨媳尘埃柚诤系刃乱淮畔⒓夹g(shù)通過對(duì)基礎(chǔ)架構(gòu)的優(yōu)化、硬件利用效能的提升以及系統(tǒng)綜合運(yùn)行成本的控制優(yōu)化來推動(dòng)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)于進(jìn)一步提高現(xiàn)代化數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)運(yùn)行管理水平而言具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 當(dāng)前數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中存在的問題

在以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，大多數(shù)的隔離區(qū)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等非核心單元均處于單機(jī)運(yùn)行的模式中。在該運(yùn)行模式下，若網(wǎng)絡(luò)中的某部分服務(wù)器因異常問題導(dǎo)致無法正常工作則由該服務(wù)器提供支持的應(yīng)用均會(huì)停止運(yùn)行，而無法由其他服務(wù)器來完成對(duì)應(yīng)用的運(yùn)行支持。因此，這種模式不利于提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的運(yùn)行即可靠性[2]。此外，這種單機(jī)運(yùn)行的模式不利于對(duì)系統(tǒng)中部分陳舊的服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)換代，而且簡(jiǎn)單的日常性維護(hù)的可操作性不強(qiáng)。近年來，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍與規(guī)模不斷擴(kuò)大，支持系統(tǒng)運(yùn)行的物理服務(wù)器總數(shù)也不斷增加，還會(huì)暴露出以下幾方面的不足。

1.1 運(yùn)維成本較高

隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)范圍與業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷拓展，其系統(tǒng)中內(nèi)嵌的應(yīng)用種類與應(yīng)用的功能也不斷增多，這使得數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，同時(shí)系統(tǒng)中用于支持的物理服務(wù)器數(shù)量也不斷增多，為了保障系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，與之相配套的電源類、機(jī)柜類以及制冷類設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)成本不得不相應(yīng)的增加，因而造成數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的運(yùn)行成本不斷增多。此外，隨著數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，綜合管理成本也相應(yīng)地增加，同時(shí)還會(huì)造成系統(tǒng)管理效率不高的問題。

1.2 資源利用率較低

現(xiàn)階段，許多數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中的服務(wù)器資源綜合利用率大致介于5% - 15%范圍內(nèi)，可見目前服務(wù)器資源利用率處于較低的水平。隨著后期數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷多元化，配套的物理服務(wù)器數(shù)量也相應(yīng)地增多。若系統(tǒng)中的每個(gè)應(yīng)用都配備獨(dú)立的物理服務(wù)器，則會(huì)進(jìn)一步降低服務(wù)器資源的綜合利用率。

1.3 系統(tǒng)可用性不高

高可用架構(gòu)有助于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可用性，但是受限于硬件資源不足的影響，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中通常只有核心應(yīng)用才會(huì)使用這種架構(gòu)。因此，就當(dāng)前大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用系統(tǒng)來說，硬件出現(xiàn)異常后需要經(jīng)歷采購一物流配送一硬件安裝一系統(tǒng)調(diào)測(cè)等過程才能恢復(fù)使用。系統(tǒng)在完成調(diào)測(cè)之前將一直處于失聯(lián)的狀態(tài)，因而造成系統(tǒng)可用性不高的問題。此外，對(duì)于非高可用性架構(gòu)的系統(tǒng)，對(duì)硬件及相關(guān)軟件進(jìn)行升級(jí)時(shí)，系統(tǒng)需要保持在關(guān)閉的狀態(tài)。因此，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的升級(jí)與兼容性處理的可操作性嚴(yán)重不足，也進(jìn)一步拉低了系統(tǒng)的可用性。

2 超融合技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型的優(yōu)點(diǎn)

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，使用超融合架構(gòu)能夠很好地融合存儲(chǔ)設(shè)備資源與虛擬計(jì)算資源，通過簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠使得系統(tǒng)部署更具可操作性，系統(tǒng)運(yùn)維管理也更加靈活。同時(shí)，由于超融合架構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)算、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)等信息資源的集中管理與調(diào)配，可以通過劃分資源池的形式優(yōu)化各類業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中的系統(tǒng)資源供需[3]。此外，利用超融合架構(gòu)創(chuàng)建扁平化的IT架構(gòu)，可以解決以往數(shù)據(jù)中心IT架構(gòu)中存在的一些問題，還可以在系統(tǒng)綜合性能、可靠性、安全性以及管理與運(yùn)維成本等方面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級(jí)。

2.1 前期投入少

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)對(duì)于可用性的要求越來越高，因此很多傳統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)會(huì)采用采購?fù)庵么鎯?chǔ)單元、并聯(lián)型高性能服務(wù)單元以及存儲(chǔ)交換設(shè)施等多種專用硬件設(shè)施的方式來保證系統(tǒng)具有較高的可用性。這些硬件設(shè)施的采購與后期的運(yùn)維管理均需大量的資金投入。通過引入超融合技術(shù)，可使用兩臺(tái)服務(wù)器與配套超融合模塊顯著提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的可用性，從而大大降低數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的構(gòu)建與管理費(fèi)用。此外，在使用超融合架構(gòu)后，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中的硬件數(shù)量顯著減少。因此，對(duì)空間要求更低，機(jī)柜體積也可以更小。

2.2 上線周期短

以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中設(shè)備種類多，各設(shè)備間的信息通信較為復(fù)雜。因此，在部署傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)時(shí)，除了需要支出大量的資金來采購各類軟硬件，還需要花費(fèi)較多的時(shí)間來完成各類硬件設(shè)施的配置與交互調(diào)試，這使得數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試難度大、上線周期長(zhǎng)[4]。引入超融合技術(shù)后，硬件設(shè)備設(shè)施的數(shù)量大大減少，配套軟件的可用性也更高，資源劃分與虛擬機(jī)的構(gòu)建得到顯著簡(jiǎn)化，因而能夠大大縮短數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的平均上線周期。

2.3 運(yùn)維管理可操作性更好

以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)中，各應(yīng)用平臺(tái)的管理彼此相對(duì)獨(dú)立。多平臺(tái)的統(tǒng)一管理存在明顯的壁壘。因而，應(yīng)用平臺(tái)的故障診斷與平臺(tái)升級(jí)難度較大，多設(shè)備、跨平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)配置與信息通信也十分復(fù)雜。使用超融合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高統(tǒng)一性、高可視化的Weh管理，從而使得網(wǎng)絡(luò)的連通性測(cè)試變得更具可操作性，模塊化的業(yè)務(wù)形式也很好地降低了系統(tǒng)的綜合管理與維護(hù)難度。

2.4 擴(kuò)展性更高

以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)各服務(wù)器之間相互依賴性較高，若其中部分功能服務(wù)器或配套輔助設(shè)施需要升級(jí)或更換時(shí)需要進(jìn)行整體的替換，不僅需要花費(fèi)更多的資金采購高性能服務(wù)器，還需要中斷整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)來完成系統(tǒng)的再部署與數(shù)據(jù)遷移。在超融合架構(gòu)下，標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)器以近似并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)連接，可在不中斷系統(tǒng)的條件下進(jìn)行服務(wù)器的橫向新增，來提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)通信性能。因此，超融合架構(gòu)在擴(kuò)展性方面具有更優(yōu)的柔性[5]。

3 超融合應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型的設(shè)想與實(shí)證

3.1 超融合架構(gòu)簡(jiǎn)析

超融合技術(shù)的核心主要包括計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化以及存儲(chǔ)虛擬化等。其中，當(dāng)前較為主流的計(jì)算虛擬化線路又包括KVM、VMWARE、Hyper-V以及Xen等：網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)得益于VxLAN與SDN技術(shù)的支持；存儲(chǔ)虛擬化主要包括glustfs與ceph等線路。超融合架構(gòu)是在超融合技術(shù)與配套硬件服務(wù)器的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的，能夠高效地調(diào)配系統(tǒng)中的計(jì)算、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)等資源，可在數(shù)據(jù)中心容量擴(kuò)展性與系統(tǒng)可用性等方面實(shí)現(xiàn)較為可觀的優(yōu)化。超融合架構(gòu)的核心是虛擬機(jī)，因此該架構(gòu)在存儲(chǔ)空間、運(yùn)算效能、系統(tǒng)可用性、系統(tǒng)運(yùn)維以及部署可操作性等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在超融合架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)配更加靈活，底層物理設(shè)備與用戶之間的相對(duì)隔離也使得硬件與虛擬化之間的融合更加完成和徹底。總的來說，超融合架構(gòu)的特征主要包括全局對(duì)等、分布式部署、全節(jié)點(diǎn)自動(dòng)分布式管理、系統(tǒng)故障智能偵測(cè)以及系統(tǒng)可用性高等。

3.2 超融合架構(gòu)的構(gòu)建思路

3.2.1 架構(gòu)組建

具有分布式特征的超融合架構(gòu)會(huì)將數(shù)據(jù)隨機(jī)分配到網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，還可以通過自動(dòng)修復(fù)副本來提高節(jié)點(diǎn)的可用性[6]。實(shí)際上，超融合架構(gòu)的基礎(chǔ)是通用型X86硬件服務(wù)器與配套的超融合軟件以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。服務(wù)器被虛擬化后作為超融合架構(gòu)的底層架構(gòu)，完成網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)的虛擬化，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)超融合架構(gòu)的創(chuàng)建。同時(shí)，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)以及存儲(chǔ)均以功能模塊的形式進(jìn)行虛擬化。系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源以及存儲(chǔ)資源等均被整合到資源池內(nèi)，從而大大提高了這些資源的集中管理與調(diào)配的可操作性，還可以降低數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的部署難度與運(yùn)維管理的復(fù)雜度。為了保證良好的數(shù)據(jù)讀取命中率，可通過使用固態(tài)硬盤來優(yōu)化存儲(chǔ)的1/0性能[7]。此外，借助VMware虛擬桌面技術(shù)構(gòu)建模塊化操作模板，可有效簡(jiǎn)化操作的復(fù)雜性，還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的用戶集群規(guī)?；芾?。

3.2.2 效益評(píng)價(jià)

由于采用了超融合架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中服務(wù)器與交換機(jī)等硬件設(shè)施的數(shù)據(jù)大大減少，因而在硬件采購方面的資金支出更少，由于超融合架構(gòu)具有較好的拓展性，因而潛在的系統(tǒng)擴(kuò)容與升級(jí)成本可控：就系統(tǒng)可用性而言．HA虛擬化技術(shù)的應(yīng)用為超融合架構(gòu)提供了較高的運(yùn)行穩(wěn)定性：就數(shù)據(jù)可靠性而言，將超融合架構(gòu)中的備份、數(shù)據(jù)重構(gòu)以及快照等功能能夠通過創(chuàng)建虛擬化數(shù)據(jù)副本的方式保證數(shù)據(jù)的安全：就運(yùn)維而言，將超融合應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中更有助于實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算等資源的集中式管理，有效降低了運(yùn)維復(fù)雜程度[8]。

3.3 案例實(shí)證

某地方銀行的IT服務(wù)部門負(fù)責(zé)該行的多門類金融業(yè)務(wù)信息處理，隨著近年來數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)范圍與業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷拓展，現(xiàn)有的系統(tǒng)逐漸不能適應(yīng)新增業(yè)務(wù)需求對(duì)IT類基礎(chǔ)服務(wù)與數(shù)據(jù)安全保障方面的要求。所述數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，該數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)采用了一種孤島式的架構(gòu)形式，隨著系統(tǒng)負(fù)載的增多，其持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的能力顯著下降。為了解決該數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)IT服務(wù)架構(gòu)運(yùn)行過程中存在的業(yè)務(wù)部署周期長(zhǎng)、異構(gòu)環(huán)境整合復(fù)雜、拓展性不足以及日常運(yùn)維管理困難等問題，該行采購了3臺(tái)通用型X86服務(wù)器與相配套的交換機(jī)等硬件設(shè)施構(gòu)建了基于超融合的虛擬數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，完成了服務(wù)器資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源以及云平臺(tái)管理系統(tǒng)等模塊的創(chuàng)建，同時(shí)將現(xiàn)有資源整體遷移至虛擬化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)與資源的集中式管理。其中，服務(wù)器資源模塊經(jīng)虛擬化后可將服務(wù)器資源進(jìn)行抽象處理，完成CPU、存儲(chǔ)以及I/O等物理資源向邏輯資源的轉(zhuǎn)化，從而提高這些資源調(diào)度與分配的可操作性，同時(shí)還可以基于這些邏輯資源構(gòu)建并行的虛擬機(jī)來進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率；存儲(chǔ)器資源模塊主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)與備份的存儲(chǔ)，經(jīng)虛擬化后可根據(jù)其I/O性能差異與全局硬盤資源中單個(gè)硬盤容量的差異將各硬盤分別定義為性能型硬盤或容量型硬盤以實(shí)現(xiàn)資源的靈活、統(tǒng)一調(diào)配：網(wǎng)絡(luò)資源模塊可為系統(tǒng)中的虛擬機(jī)提供高速的數(shù)據(jù)通信與多任務(wù)同步備份，結(jié)合虛擬化軟件的使用還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化部署與配置：云平臺(tái)管理系統(tǒng)是將系統(tǒng)中的計(jì)算、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)等納入資源池進(jìn)行集中式管理與運(yùn)行情況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控[9]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)已不能滿足業(yè)務(wù)范圍與業(yè)務(wù)規(guī)模等方面的要求，同時(shí)硬件服務(wù)器及配套的路由器與交換機(jī)等設(shè)備數(shù)量的不斷增多使得數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，運(yùn)維管理難度不斷變大。合理利用超融合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，不能滿足金融與大數(shù)據(jù)等產(chǎn)業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)管理方面的要求，還有助于通過簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)來降低數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)運(yùn)維管理成本。未來，隨著超融合技術(shù)的發(fā)展，超融合架構(gòu)與數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的融合還將得到進(jìn)一步的深化。

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