超融合+云桌面底層融合架構的建設與研究

薛燕娜 楊文軍

摘要：為應對各場景應用中大量終端、服務器的使用需求，解決各場景中硬件的重復建設，造成計算、人力、投入等資源的浪費和硬件資源的“孤島”問題，提出了基于結合超融合技術+云桌面方案進行融合底層的架構方式，組成超大集群，將云桌面、超融合軟硬資產全部池化，從而實現(xiàn)資產復用和共享。該架構具有統(tǒng)一管理控制、卓越的并發(fā)I/O處理和資源協(xié)調能力，同時簡化IT運維管理、降低運維成本、提高數(shù)據(jù)安全性和訪問的靈活性。

關鍵詞： 超融合；云桌面; 終端; 集群；池化

中圖分類號：TP308；TP333 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）11-0072-03

0 引言

高校中根據(jù)教學、實訓、移動辦公等應用需求分別創(chuàng)建了超融合、云桌面兩大獨立平臺，但隨著時間的推移，用戶量、存儲和多種教學場景等數(shù)據(jù)量會逐漸增多，占用的硬件資源、存儲資源和I/O處理會明顯提高，需要對超融合、云桌面兩平臺分別進行軟硬件資源的持續(xù)擴容，因兩大平臺相互獨立，無法實現(xiàn)軟硬資源的相互共享，這樣就造成場景的重復建設，提高建設成本、降低運維效率。所以本文結合兩大平臺使用情況及問題，提出了將超融合、云桌面進行底層融合的技術架構，兩平臺用同一底座，組成超大集群，軟硬資源全部池化、相互共享、資產復用和統(tǒng)一集中管理等，實現(xiàn)計算資源的合理分配，提高硬件資源利用率及管理效率。

1 超融合+云桌面相關技術

1.1 超融合架構

超融合架構[1]是集成計算資源和存儲設備的信息基礎架構。在這樣的架構環(huán)境中，同一套單元設備中不但具備了計算、網(wǎng)絡、存儲和服務器虛擬化等資源和技術，而且多套單元設備可以通過網(wǎng)絡聚合起來，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展，形成統(tǒng)一的資源池。和傳統(tǒng)的三層架構相比，超融合架構可以為數(shù)據(jù)中心帶來高可靠、高可用、靈活擴展、管理維護簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)勢。

超融合技術架構[2]主要組件有三大部分：計算虛擬化+網(wǎng)絡虛擬化+存儲虛擬化，如圖1所示。超融合的特點之一就是，存儲虛擬化基于分布式存儲系統(tǒng)，融合了分布式緩存、SSD讀寫緩存加速、多副本機制等多種存儲技術，在功能上與獨立共享存儲完全一致。分布式存儲采用多副本機制，一份數(shù)據(jù)同時存儲在多個不同的物理服務器硬盤上，提升數(shù)據(jù)可靠性，保障關鍵業(yè)務安全穩(wěn)定運行。也就是說，超融合架構會對數(shù)據(jù)做備份。一份數(shù)據(jù)會復制2-3份，存儲在不同的服務器里。即使1臺服務器宕機，數(shù)據(jù)也不會丟失，安全可靠。

1.2 云桌面管理架構

云桌面[3]是云計算和虛擬化技術，將用戶桌面環(huán)境從物理設備中解耦，實現(xiàn)中心化的管理。主要有兩種類型為VDI、VOI，是通過數(shù)據(jù)中心的服務器生成若干個虛擬機，這些虛擬機就是云桌面，如圖2所示。但是終端無法直接連接到虛擬機（云桌面），需要通過技術將虛擬機轉換為云桌面發(fā)放出來，發(fā)放后只需要客戶機（PC、手機）等連接到數(shù)據(jù)中心云桌面服務平臺，最終就可以得到桌面的使用。

隨著虛擬化技術的不斷成熟，利用虛擬技術對各個物理設備進行虛擬化處理，從而使用資源的利用率有效提升，以此節(jié)約成本、提高應用質量。在虛擬化的技術下，軟硬件之間聯(lián)系會更加靈活，可擴展性也便捷，在高校中多種不同的教學、機房、移動辦公等場景得到普遍應用。云桌面[4]與終端數(shù)據(jù)信息分離、后臺集中管理和存儲，用戶可以通過任意網(wǎng)絡接入云桌面，資源都集中到數(shù)據(jù)中心，能夠彈性分配資源，提高資源利用率。用戶可根據(jù)實際需求定制個性化設置，以滿足多元化的需要。

2 超融合+云桌面底層融合架構的建設

2.1 超融合+云桌面底層融合架構建設方案

在教學、實訓、科研和辦公等不同場景中會有大量各種終端、通用虛擬服務器等，各場景資源重復建設，造成嚴重的資源（計算資源、人力資源、學校投資等）浪費和硬件資源的“孤島”現(xiàn)象。將基于底層的超融合和云桌面架構結合，形成“一基、一底、一硬、一軟、一平臺”的建設模式，同時具備云桌面、超融合虛擬化兩種不同的服務能力，通過融合，兩大技術優(yōu)勢互補，可以滿足多種專業(yè)教學的多樣性需求。

基于云桌面應用場景+超融合技術，組成超大集群，將學?，F(xiàn)有的硬件資源全部池化，實現(xiàn)資源的復用性和共享性。利用融合技術[5]在分布式存儲的基礎上，把數(shù)據(jù)分層，分層后對安全性要求高的數(shù)據(jù)，比如教學、辦公、科研、主鏡像、核心業(yè)務等數(shù)據(jù)，采用多副本、CDP或糾刪碼等方式做數(shù)據(jù)安全保障；同時對安全性要求較低的數(shù)據(jù)，為節(jié)約存儲空間的占用率，采用單副本保存的方式，解決常規(guī)存儲方式將原數(shù)據(jù)備份多次，磁盤占用率居高不下的問題，同時降低了數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡帶寬占用率，降低整體建設成本，提高性價比。

部署步驟如圖3所示：1） 將云桌面、超融合底層系統(tǒng)版本升級到最新，可以相互管理；2） 通過10G網(wǎng)絡把多臺物理服務器進行互聯(lián)，將管理通信口、數(shù)據(jù)通信口、業(yè)務通信口、存儲通信口、終端通信口測試調通；3） 利用超融合平臺接管云桌面[6]，將云桌面用戶虛擬熱遷移到超融合平臺中，依次遷移；4） 將云桌面物理服務器依次整合到資源池中，把所有硬件資源進行虛擬化，形成超大資源共享池；5） 通過統(tǒng)一云管理平臺進行對VDI、HCI進行資源的智能分配與管理；6） 通過萬兆網(wǎng)絡接入到云平臺；7） 用戶登錄云桌面在線辦公及訪問其他通用業(yè)務系統(tǒng)。

2.2 超融合+云桌面底層融合架構建設的實施

結合學校實際需求和不同場景，將現(xiàn)有兩大平臺進行本地相應融合，總虛擬機[7]共370臺，云桌面虛擬150臺，業(yè)務虛擬機220，部署整合時，將所有X86物理主機依次加入集群中，形成超大集群資源池，進行統(tǒng)一彈性調度、集中管理、HA動態(tài)故障切換、數(shù)據(jù)容災。超融合+云桌面融合架構設備列表如表1所示。

2.3 超融合+云桌面底層融合架構的應用價值和成效

本文將超融合和云桌面底層融合起來協(xié)調工作可以提供更強大、靈活和高效的IT基礎架構，為高校后期建設提供技術性支撐和應用方面的優(yōu)勢。

1） 高效集成管理， 該底層融合架構通過提供統(tǒng)一的管理界面或控制平面，管理員可以更輕松地統(tǒng)一VDI資源與通用集群，資源、應用和運維一體化管理模式，監(jiān)控、配置和維護整個系統(tǒng)，簡化了管理環(huán)境，提高了管理效率。

2） 彈性伸縮承載，該底層融合架構在有需求的時候可以隨時增加或減少計算和存儲資源，例如增加新的硬件或服務，DRX/DRS動態(tài)添加CPU或內存資源和智能資源調度，可同時承載HCI、VDI多種虛擬機，資源靈活擴展，自定義調度策略，提升桌面等業(yè)務體驗。另外，可以根據(jù)用戶需求動態(tài)地調整通用業(yè)務、云桌面業(yè)務的數(shù)量和性能，提供了靈活的運行環(huán)境，這種靈活性和可擴展性對于適應業(yè)務的快速發(fā)展和變化至關重要。

3） 高可用性和容錯性， 該底層融合架構通過協(xié)同工作，系統(tǒng)可以更好地應對硬件故障或其他異常情況，從而提高系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。分布式存儲采用UIO、Cache加速提升存儲系統(tǒng)性能，采用冗余策略、三網(wǎng)鏈路聚合等技術保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的高可靠。分層算法智能識別熱數(shù)據(jù)存放于SSD分層中，提高讀性能；數(shù)據(jù)寫入SSD中分層空間寫入一次即可用，無需再寫入到讀緩存中，提高寫性能。支持節(jié)點、硬盤和Cache盤獨立按需擴展，節(jié)點和硬盤擴展之后，數(shù)據(jù)會在后臺自動按需負載均衡。同時兼容業(yè)界主流的X86和ARM 服務器，無須擔心廠商鎖定，輕松構建開放平臺。

4） 數(shù)據(jù)安全，融合平臺從存儲層完美隔離各類安全風險，有效保障用戶數(shù)據(jù)安全，容災和備份功能有效地做到多層級防護，避免了磁盤的邏輯故障、或人為的大型硬件故障，實現(xiàn)有效的雙重保護。虛擬化作為核心平臺，內部可啟用虛擬機磁盤加密功能，用戶可單獨指定某個磁盤進行加密，并有多種加密算法可供選擇，有效加固存儲信息安全，外部可基于用戶身份驗證、訪問控制策略方式，全方位保護用戶數(shù)據(jù)安全。

5） 成本效益，超融合通常能夠更高效地利用硬件資源，而云桌面則可以減少終端設備的成本。通過融合這兩者不同基礎設施組件，不同的組件可以更緊密地協(xié)調運作，避免冗余的操作和通信，提高整體系統(tǒng)的響應速度和吞吐量，可以最大限度地提高資源利用率，減少總體IT成本。簡化的管理過程以及更好的性能，降低運營和維護的成本。

3 結束語

為配合創(chuàng)建數(shù)字化、信息化校園，本文進行了超融合+云桌面底層融合技術方案的建設改造，通過兩大平臺優(yōu)勢及一系列前沿技術提升存儲系統(tǒng)性能，能滿足虛擬化、容器化和云桌面資源池等場景的應用需求。在實施過程中，根據(jù)特定的業(yè)務需求和環(huán)境進行定制化配置和調整，最終形成“一基、一底、一硬、一軟、一平臺”的架構模式，數(shù)據(jù)分層備份，平臺靈活、高效、安全、穩(wěn)定，為高校后期數(shù)字化建設打下堅實基礎。

參考文獻：

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[5] 楊會偉，陳玨，姚學軍. 超融合多功能桌面云機房建設研究[J]. 電腦知識與技術，2022，18（26）：60-62，65.

[6] 張曉光. 基于超融合存儲的云桌面平臺建設[J]. 水電站機電技術，2022，45（4）：94-97.

[7] 陳紅領. 超融合存儲基于桌面虛擬化架構下的實踐應用[J]. 信息通信，2020，33（4）：75-76.

【通聯(lián)編輯：光文玲】