文／黃學松 周 昕

湖北工業(yè)大學 部署異構(gòu)超融合試驗床

文／黃學松 周 昕

云計算與大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)在高校信息化進程中不斷得到實踐，并推到高校網(wǎng)絡走向全聯(lián)接，管理走向新業(yè)態(tài)。云是最重要的基礎性設施。近年來各高校進行了多種形式的嘗試，并取得了較好的效果。湖北工業(yè)大學根據(jù)自身能力，部署了異構(gòu)超融合試驗床，以此為基礎，嘗試承載相關業(yè)務，并為大學生的創(chuàng)新實踐提供基礎條件。

云的主要特征

云計算的特點是通過網(wǎng)絡連接來共享計算資源；其核心是用戶服務。包括基礎設施服務（Infrastructure as a Service，IaaS）；平臺即服務（Platform as a Service，PaaS），軟件即服務（Software as a Service，SaaS）等不同層面。

IaaS提供基礎設施層面的服務，包括服務器、操作系統(tǒng)、磁盤存儲、數(shù)據(jù)庫等。用戶能夠在IaaS上部署和運行任意軟件，而無須管理和控制底層設施；PaaS提供開發(fā)平臺層服務，用戶可以在平臺之上建設新的應用或者擴展已有的應用；SaaS是最具活力的云計算服務，受到最終用戶的普遍關注。各種應用軟件安裝在云端，用戶使用諸如瀏覽器、瘦客戶端等直接使用軟件的功能，而無須關注軟件本體的其他細節(jié)。當然，云中心還可以為架設諸如API、Web等企業(yè)級的ICP業(yè)務。

云計算與大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)在高校信息化進程中不斷得到實踐，并推到高校網(wǎng)絡走向全聯(lián)接，管理走向新業(yè)態(tài)。

“云”的架設目的在于解放“端”。用戶的方便是以“云”的穩(wěn)健基礎架構(gòu)及其悉心細致看護為前提的。云的架構(gòu)需要考慮技術、經(jīng)濟的可能性，以及完全的管控能力。如：虛擬化技術（服務器虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化、存儲虛擬化、應用虛擬化）、大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)管理、并行編程、Web2.0交互管理、安全管理等都需要全面兼顧。根據(jù)學校實際情況，綜合各種因素，湖北工大選擇國產(chǎn)某品牌超融合異構(gòu)試驗床。

超融合的主要特征

超融合基礎架構(gòu)（Hyper-Converged Infrastructure，HCI）指在同一套單元中不僅僅具備計算、網(wǎng)絡、存儲和服務器虛擬化等要素，而且還包括備份、快照、重復數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮等要素；多套單元可通過網(wǎng)絡進行線性聚合，實現(xiàn)模塊化的無縫的橫向擴展，形成統(tǒng)一的資源池。HCI是Google、Facebook后臺的大規(guī)?；A架構(gòu)，其穩(wěn)健和可靠毋庸置疑，可以為數(shù)據(jù)中心帶來最優(yōu)規(guī)模效益和靈活性。超融合的基礎架構(gòu)如圖1所示。

不難看出，HCI的思想來源于Google等大型互聯(lián)網(wǎng)公司的IT基礎架構(gòu)的實踐：計算和存儲資源共存，實現(xiàn)低延遲的數(shù)據(jù)I/O，計算能力和存儲能力（包含容量和IOPS等）的橫向擴展。尤其是它對基礎硬件的良好擴展，堪稱回歸了馮·諾伊曼模型的最初本質(zhì)。

圖1 超融合的基礎架構(gòu)

圖2

異構(gòu)超融合試驗床的性能

異構(gòu)超融合在設計思想上繼承了超融合架構(gòu)的本源和實質(zhì)：以軟件定義、橫向擴展、計算和存儲融合為核心特征，致力于在異構(gòu)硬件和多業(yè)務應用兩個維度上有創(chuàng)新。

異構(gòu)超融合在硬件融合方面具有獨到優(yōu)勢。例如不同品牌的服務器的融合：Gigabit（1Gb,10Gb）Ethernet，F(xiàn)iber Channel，Infiniband/RDMA，IPv4/IPv6等多種網(wǎng)絡架構(gòu)的融合、標準和協(xié)議的融合；傳統(tǒng)機械盤、固態(tài)硬盤、NVRAM、傳統(tǒng)的共享SAN和NAS存儲的融合。同時，異構(gòu)超融合考慮了融合基礎上的計算服務；具有多種數(shù)據(jù)分布策略和多種讀寫過程；對多層存儲結(jié)構(gòu)，可以做到數(shù)據(jù)分層和冷熱數(shù)據(jù)分離；其靈活的配置能將原有IT資源及后期擴展資源有機整合，以獲得云體驗。

異構(gòu)超融合的微內(nèi)核架構(gòu)及其組件，還具備多應用調(diào)度能力。在同一平臺上針對不同類型的應用智能調(diào)度存儲資源、計算資源和網(wǎng)絡資源，支持用戶定義的資源優(yōu)先級和輸入輸出關系。在各種類型的應用之間可以做區(qū)域性隔離，以保證不同級別應用的安全。

應用體驗

湖北工業(yè)大學是在教師的指導下，由學生團隊參與建設和管理試驗床。學校希望在取得試驗性結(jié)果并進行技術經(jīng)濟分析后，再進行實踐應用拓展。

第一，在異構(gòu)超融合支撐虛擬桌面、私有云等虛擬化計算應用：試驗表明，同知名品牌一樣，異構(gòu)試驗床可以方便地將計算、存儲和網(wǎng)絡資源整合到一體式機柜中，提供軟、硬一體的服務。采用開源虛擬化技術，具有自身的計算管理平臺和統(tǒng)一的云管理界面；每臺計算存儲節(jié)點（標準x86服務器）可以采用多種配置方案；所構(gòu)建的虛擬機具有較強的I/O吞吐能力等。我們還嘗試了在此基礎上承載不同品牌的云桌面產(chǎn)品，得到了初步滿意的結(jié)果；

第二，在數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)方面，尤其是某些依賴共享存儲系統(tǒng)的集群數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也能在軟件定義存儲系統(tǒng)的最底層維護多副本的一致性，讓數(shù)據(jù)庫應用兼具橫向擴展能力。異構(gòu)試驗床向以工大在線為基礎的多個學生創(chuàng)新實踐團隊開放，也獲得了初步滿意的結(jié)果。學生團隊在云上完成了諸如微信開發(fā)、校園App開發(fā)等不同類型的項目體驗。

總結(jié)與分析

1.高校云的建設與利用是一個系統(tǒng)工程，不能一蹴而就，應當統(tǒng)一規(guī)劃，分步推進；選擇適合自己的技術與產(chǎn)品。云的建設與利用過程也是高校信息化能力提升過程。自建、租賃都是可行的技術路線，應當以用戶體驗為判斷準則；用戶的任何便利，都是云端的有效提供相關聯(lián)的。這可能極大地增加信息化部門的任務和責任，但這是不可逆轉(zhuǎn)的方向。

2.超融合基礎架構(gòu)具有廣闊前景。無論是從HCI的誕生過程，還是當前各大骨干廠商的研發(fā)看，超融合架構(gòu)是業(yè)界高度認同的方向。如：超融合較好地解決了傳統(tǒng)虛擬化基礎架構(gòu)的存儲所面臨的問題：維修費和升級費高昂，I/O擴展難；故障維修難度大，耗時長，影響廣（中心節(jié)點故障可能引發(fā)大面積服務癱瘓）；容災備災難度大，費用高，且在災難發(fā)生時，無法立刻啟用，其備份的數(shù)據(jù)根據(jù)性能和策略會有不同程度的滯后；無法對服務器本地硬盤資源進行最大化利用。

3.以存儲為例，可以粗略估算超融合架構(gòu)的技術經(jīng)濟價值，假設基礎存儲規(guī)模為100T，年擴展為50%，每T共享型存儲購買費用為1萬，每年維保費用為購買價格的20%，單塊1T硬盤價格0.3萬，因故障原因更換硬盤比例為10%，可繪圖如圖2。

綜上所述，不難看出，超融合架構(gòu)會隨著時間推移和存儲規(guī)模的不斷擴大，體現(xiàn)出較大的社會和經(jīng)濟效益。

（作者單位為湖北工業(yè)大學信息技術中心）