李建舒 曹琦

（空裝西安局 陜西省西安市 710077）

在現(xiàn)代化社會(huì)當(dāng)中，科學(xué)技術(shù)得以不斷發(fā)展，促使計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息化技術(shù)快速發(fā)展，并且被廣泛運(yùn)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，這樣能夠提升各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際發(fā)展水平。在過(guò)去構(gòu)建傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息中心的時(shí)候，要根據(jù)不同應(yīng)用或業(yè)務(wù)系統(tǒng)采購(gòu)專(zhuān)用的服務(wù)器、存儲(chǔ)、光纖交換等設(shè)備。與此同時(shí)，需要專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)不同軟硬件廠商產(chǎn)品做好相應(yīng)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(shè)初期無(wú)法將各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中可能存在的問(wèn)題充分展現(xiàn)出來(lái)。

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的核心，即云計(jì)算平臺(tái)需要有資源池為其提供能力輸出，這種能力包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)能力，為了將這些能力調(diào)度到其所需要的地方，云計(jì)算平臺(tái)還需要對(duì)能力進(jìn)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(duì)底層硬件進(jìn)行全虛擬化，從而將服務(wù)器集群所包含的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)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(shè)方法與方案，可以靈活調(diào)整以滿足以滿足不同應(yīng)用系統(tǒng)各階段不同需求。因此，當(dāng)前云數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)該優(yōu)先考慮超融合構(gòu)架的推廣應(yīng)用，將其充分使用在建設(shè)現(xiàn)代云計(jì)算數(shù)據(jù)中心過(guò)程當(dāng)中，有效提升其實(shí)際建設(shè)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(shè)備（x86 服務(wù)器）中不僅僅具備計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和服務(wù)器虛擬化等資源和技術(shù)，而且還包括緩存加速、重復(fù)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(diǎn)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聚合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)模塊化的無(wú)縫橫向擴(kuò)展（scale-out），形成統(tǒng)一的資源池。

超融合架構(gòu)可以作為云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的底層支撐架構(gòu)，目前已被運(yùn)用在新一代云數(shù)據(jù)中心建設(shè)作業(yè)過(guò)程當(dāng)中。通過(guò)超融合構(gòu)架的科學(xué)合理運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)之間的良好融合，和以前傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心集成方式進(jìn)行對(duì)比分析，該構(gòu)架在計(jì)算能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展等方面存有十分明顯的優(yōu)勢(shì)作用。與此同時(shí)，可以有效保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性以及穩(wěn)定性。

1.2 超融合構(gòu)架特點(diǎn)分析

超融合構(gòu)架的設(shè)計(jì)，擁有獨(dú)有的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)之間的良好整合，由此帶來(lái)的無(wú)論是性能，還是擴(kuò)展性，穩(wěn)定性、可靠性，以及運(yùn)維的簡(jiǎn)化，都具有優(yōu)勢(shì)。

1.2.1 分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)特點(diǎn)

通過(guò)“池化”各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器存儲(chǔ)資源，統(tǒng)一管理調(diào)度。數(shù)據(jù)分散存放，通過(guò)全局負(fù)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(diǎn)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(jī)架、服務(wù)器節(jié)點(diǎn)硬盤(pán)上，單個(gè)物理設(shè)備故障不影響業(yè)務(wù)的使用，系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備故障后可以自

動(dòng)重建數(shù)據(jù)副本；沒(méi)有集中式存儲(chǔ)控制器，支持平滑橫向擴(kuò)容，容量幾乎不受限制；存儲(chǔ)軟件直接部署在服務(wù)器上，沒(méi)有單獨(dú)的存儲(chǔ)專(zhuān)用硬件設(shè)備，通過(guò)Web 頁(yè)面的方式進(jìn)行存儲(chǔ)的管理，配置和維護(hù)簡(jiǎn)單。

1.2.2 存儲(chǔ)與計(jì)算的有效融合

利用超融合技術(shù)對(duì)底層硬件進(jìn)行全虛擬化，從而將服務(wù)器集群所包含的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行池化,形成虛擬資源池。通過(guò)集中式資源管理模塊，對(duì)底層硬件資源、虛擬資源池和虛擬實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)一管理、監(jiān)控，并支持為不同類(lèi)型應(yīng)用靈活分配資源。通過(guò)虛擬化技術(shù)將計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源有效融合，以虛擬機(jī)形式呈現(xiàn)。通過(guò)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(dá)到對(duì)存儲(chǔ)I/O 的負(fù)載平衡。同時(shí)采用分層存儲(chǔ)形式則自動(dòng)將最需要的數(shù)據(jù)塊移動(dòng)到更高速的存儲(chǔ)設(shè)備中，從而進(jìn)一步加快對(duì)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作速度，以滿足更復(fù)雜的應(yīng)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(diǎn)上，數(shù)據(jù)被復(fù)制多份并跨主機(jī)保存，同時(shí)利用虛擬機(jī)HA 技術(shù)和虛擬負(fù)載均衡等技術(shù)為應(yīng)用提供高可靠性。任一主機(jī)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(yīng)用正常訪問(wèn)。

1.2.3 采購(gòu)成本較為廉價(jià)

IT 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括建設(shè)、運(yùn)維、人力、能耗等多個(gè)方面。毫無(wú)疑問(wèn)，更簡(jiǎn)單的架構(gòu)和管理能給用戶帶來(lái)更低的使用成本。由于超融合系統(tǒng)無(wú)需專(zhuān)用SAN 存儲(chǔ)及SAN 存儲(chǔ)設(shè)備，也無(wú)需使用大量HDD 硬盤(pán)來(lái)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(shè)備；超融合系統(tǒng)實(shí)施快捷，時(shí)間成本和人力成本相對(duì)傳統(tǒng)存儲(chǔ)節(jié)省80%左右；運(yùn)維成本上，超融合系統(tǒng)極其簡(jiǎn)便的運(yùn)維方式，相對(duì)傳統(tǒng)架構(gòu)其運(yùn)維成本甚至可以降低80%以上。另外在相同業(yè)務(wù)需求下，超融合架構(gòu)需要更少的硬件，超融合一體機(jī)服務(wù)器甚至可以做到高密度整合、模塊化配置，大幅節(jié)省機(jī)柜占用空間，電能節(jié)省最高可達(dá)40%。

1.3 虛擬化構(gòu)架技術(shù)種類(lèi)分析

云計(jì)算離不開(kāi)底層的虛擬化技術(shù)支持，從虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式來(lái)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(jī)作為主機(jī)操作系統(tǒng)的一個(gè)進(jìn)程來(lái)調(diào)度和管理，裸金屬架構(gòu)下 則不存在主機(jī)操作系統(tǒng)，它是以Hypervisor 直接運(yùn)行在物理硬件之上。宿主架構(gòu)通常用于個(gè)人PC 上的虛擬化，如WindowsVirtual PC，VMware Workstation，Virtual Box 等。

當(dāng)前主流虛擬化運(yùn)用分成傳統(tǒng)虛擬化構(gòu)架以及超融合構(gòu)架。首先，對(duì)于前者而言，此構(gòu)架當(dāng)中含有多樣性的設(shè)施設(shè)備，例如，相關(guān)系統(tǒng)包含了負(fù)載均衡設(shè)備等。所以其結(jié)構(gòu)上更加復(fù)雜，多使用的設(shè)施設(shè)備類(lèi)型與數(shù)量十分多樣。在全面控制以及管理設(shè)施設(shè)備上也存有很大程度上的難度。在實(shí)際管理的時(shí)候要求專(zhuān)業(yè)人員保證管理工作的順利進(jìn)行，這樣非常容易造成其管理工作非常依賴(lài)服務(wù)集成企業(yè)。在此之外，因?yàn)樵O(shè)施設(shè)備的類(lèi)型非常多，導(dǎo)致各個(gè)設(shè)施設(shè)備之間所存有的兼容性不斷降低，差異性的設(shè)施設(shè)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(shí)，由于維護(hù)作業(yè)要求多個(gè)方面主動(dòng)參與其中，所以在對(duì)相關(guān)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行維護(hù)作業(yè)的時(shí)候，其成本支出比較高，并且難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良好擴(kuò)展。其次，對(duì)于后者而言，此構(gòu)架可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能以及儲(chǔ)備功能之間的良好整合，充分運(yùn)用先進(jìn)的虛擬化技術(shù)，建設(shè)完善且健全的統(tǒng)一化管理平臺(tái)。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(duì)于自動(dòng)化分布以及系統(tǒng)性能等都存有非常明顯的優(yōu)勢(shì)作用。

2 超融合構(gòu)架在云數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用分析

超融合構(gòu)架的廣泛運(yùn)用具備繁雜性特征，在此過(guò)程當(dāng)中，一方面應(yīng)該保證數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性以及客觀性，另一方面也需要有效提升整體服務(wù)器集群實(shí)際運(yùn)用的質(zhì)量與可靠性。在對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)以及恢復(fù)某些數(shù)據(jù)信息的時(shí)候，應(yīng)該保證此構(gòu)架的可靠性以及有效性。在對(duì)超融合構(gòu)架實(shí)際進(jìn)行運(yùn)用的時(shí)候，應(yīng)該盡量防止出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)失去效用的現(xiàn)象。與此同時(shí)，也應(yīng)該避免多樣性資源的占用。在此以外，在展開(kāi)儲(chǔ)備整合的時(shí)候，需要強(qiáng)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(huì)當(dāng)中，超融合構(gòu)架被廣泛運(yùn)用在云數(shù)據(jù)中心當(dāng)中，其主要展現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。

2.1 業(yè)劣快速部署，降低成本，提升ROI

超融合基礎(chǔ)架構(gòu)首先給用戶帶來(lái)的價(jià)值是加快業(yè)務(wù)部署。傳統(tǒng)的項(xiàng)目要經(jīng)過(guò)一個(gè)非常長(zhǎng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、規(guī)劃，然后到整個(gè)采購(gòu)，之后要去進(jìn)行集成、部署、測(cè)試等相關(guān)工作。而超融合架構(gòu)般都預(yù)集成封裝虛擬化平臺(tái)、云平臺(tái)管理軟件、SDN 網(wǎng)絡(luò)和分布式存儲(chǔ)，集成整個(gè)存儲(chǔ)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)以及應(yīng)用軟件讓整個(gè)IT 架構(gòu)的搭建簡(jiǎn)化了很多，整個(gè)項(xiàng)目的IT 部罟周期可以縮減50%的時(shí)間，而且還可以降低很多人工出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。

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

2.2 提升云計(jì)算數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)性能

超融合存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的是軟件定義技術(shù)，首先解決的問(wèn)題就是傳統(tǒng)集中存儲(chǔ)的性能問(wèn)題，傳統(tǒng)架構(gòu)的存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足云計(jì)算架構(gòu)對(duì)存儲(chǔ)性能和靈活性的需求，超融合存儲(chǔ)架構(gòu)師分布式的，可以徹底擺脫傳統(tǒng)IT 架構(gòu)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能約束。因此，在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心當(dāng)中，將超融合構(gòu)架融入其中至關(guān)重要，其可以保證儲(chǔ)備系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有效提高其運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性以及高效性，將其所具備的儲(chǔ)備作用充分發(fā)揮出來(lái)，這對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)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(jì)算應(yīng)用

超融合架構(gòu)可以將計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源整合到起，提供軟硬一體的解決方案。

在虛擬化應(yīng)用方面，包括存儲(chǔ)、備份、復(fù)制、負(fù)載均衡在內(nèi)所有策略的制定，都會(huì)圍繞支持虛擬機(jī)進(jìn)行。例如數(shù)據(jù)保護(hù)策略，傳統(tǒng)SAN 常使用第三方工具來(lái)定義，而超融合架構(gòu)就將其集成在虛擬機(jī)層。不同數(shù)據(jù)中心之間或不同應(yīng)用間（備份、復(fù)制等）進(jìn)行負(fù)載遷移，管理員只要在虛擬機(jī)層操作就好了，無(wú)需親自下到數(shù)據(jù)中心或底層存儲(chǔ)去操作

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

2.4 在大數(shù)據(jù)分析方面應(yīng)用

目前大部分企業(yè)都在考慮部罟大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，對(duì)于存儲(chǔ)的空間擴(kuò)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(kuò)展的特性，針對(duì)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模通用集群存儲(chǔ)。超融合架構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將大量基本X86 存儲(chǔ)單元整合起來(lái)協(xié)同工作，對(duì)外提供統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。另外，超融合架構(gòu)設(shè)備廠商還會(huì)針對(duì)大數(shù)據(jù)環(huán)境進(jìn)行了性能優(yōu)化，并采用了副本、集群等大量容錯(cuò)技術(shù)，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)完全可以達(dá)到主流中高端存儲(chǔ)陣列水平，替代傳統(tǒng)集中式的存儲(chǔ)設(shè)備。

2.5 在高性能方面應(yīng)用

說(shuō)到高性能應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)應(yīng)用對(duì)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(duì) Oracle 這類(lèi)應(yīng)用都會(huì)采用物理機(jī)設(shè)備。但是一般的Ⅺ86 物理機(jī)單臺(tái)性能最高也就8 顆CPU，在業(yè)務(wù)髙峰期無(wú)法滿足高性能需求，在業(yè)務(wù)低峰期又會(huì)造成資源浪費(fèi)。而且這類(lèi)系統(tǒng)對(duì)集中式存儲(chǔ)的依賴(lài)性也很高，因?yàn)?Oracle 數(shù)據(jù)往往要求強(qiáng)致性。為了在超融合架構(gòu)下使用這類(lèi)應(yīng)用，一般會(huì)在超融合架構(gòu)存儲(chǔ)中增加分布式錟機(jī)制等的功能，在軟件定義存儲(chǔ)系統(tǒng)的最底層位置，維護(hù)多數(shù)據(jù)副本間的強(qiáng)致性，結(jié)合隨機(jī)寫(xiě)日志化和數(shù)據(jù)智能分層等先進(jìn)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)過(guò)程，不僅可以提供給Oracle 高負(fù)載的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用性能，還讓數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用兼具了超融合架構(gòu)的橫向數(shù)據(jù)擴(kuò)展能力

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于過(guò)去經(jīng)常使用的構(gòu)架而言，其計(jì)算功能以及存儲(chǔ)功能之間出現(xiàn)了明顯的分離現(xiàn)象，并且難以和實(shí)際管理以及運(yùn)轉(zhuǎn)等方面的需求相滿足。與此同時(shí)，也在維護(hù)以及拓展等方面很大程度上的困難。在這樣的情況下，導(dǎo)致其成本造價(jià)非常高。和過(guò)去的架構(gòu)情況進(jìn)行對(duì)比分析表明，超融合架構(gòu)具備非常顯著的優(yōu)勢(shì)作用，其主要展現(xiàn)在開(kāi)放程度以及拓展性等多個(gè)方面，也可以為之后管理以及維護(hù)系統(tǒng)的相關(guān)工作增添更多的方便。所以在當(dāng)前對(duì)云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實(shí)際建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)性設(shè)施架構(gòu)的全面合理建設(shè)。在此以外，也應(yīng)該做好先進(jìn)技術(shù)以及有關(guān)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(shí)際運(yùn)用能力以及水平，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)有關(guān)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展起著十分重要的作用，并且可以推動(dòng)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展。因此，加強(qiáng)超融合云數(shù)據(jù)中心構(gòu)架的相關(guān)研究具備現(xiàn)實(shí)意義。