摘要：隨著信息化和數(shù)字化的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和復(fù)雜性日益增加，傳統(tǒng)的架構(gòu)和運(yùn)維模式已難以滿足實(shí)際需求。因此，本文分析了超融合技術(shù)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，探討了分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)及其在數(shù)據(jù)保護(hù)和容災(zāi)中的應(yīng)用，展現(xiàn)了其出色的性能和擴(kuò)展性，以期為數(shù)據(jù)中心的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐路徑。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；超融合技術(shù)；虛擬化

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.03.026

中圖分類號(hào)：TP 308 " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " " "文章編碼：1672-7274（2025）03-00-03

Research on the Application of Super Fusion Technology in Data Center Construction

TANG Chunqin

（Jiangsu Second Traditional Chinese Medicine Hospital Data Center， Nanjing 210017， China）

Abstract： With the development of informatization and digitization， the scale and complexity of data centers are increasing day by day， and traditional architecture and operation and maintenance models are no longer able to meet practical needs. Therefore， this article analyzes the advantages of applying hyper fusion technology in data center construction， explores the implementation of distributed storage systems and their applications in data protection and disaster recovery， and demonstrates their excellent performance and scalability， in order to provide theoretical basis and practical path for optimizing the construction of data centers.

Keywords： data center; hyper fusion technology; virtualization

隨著信息技術(shù)和數(shù)據(jù)量的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心面臨資源利用率低、管理復(fù)雜、擴(kuò)展性差和成本高等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代業(yè)務(wù)需求。作為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心不僅承擔(dān)著存儲(chǔ)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)流量的處理任務(wù)，還在整個(gè)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。SDN/NFV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于三級(jí)數(shù)據(jù)中心體系，包括核心數(shù)據(jù)中心、區(qū)域數(shù)據(jù)中心和邊緣數(shù)據(jù)中心[1]。

在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中，可以看到“煙囪式”管理模式所帶來(lái)的資源利用低下、擴(kuò)展性不足以及管理復(fù)雜等一系列問(wèn)題。正是在這種背景下，超融合架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。其將硬件資源虛擬化為軟件定義服務(wù)，成功打破了傳統(tǒng)模式的局限，從根本上提升了資源利用率。同時(shí)，資源池化管理使整個(gè)系統(tǒng)更加靈活且易于擴(kuò)展，有效降低了硬件投入成本。此外，超融合技術(shù)通過(guò)簡(jiǎn)化管理流程和采用集中化管理平臺(tái)，大幅提升了運(yùn)維效率并降低了管理成本。由此，超融合架構(gòu)不僅為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了有力支撐，也為邊緣數(shù)據(jù)中心的改造提供了高效解決方案。因此，本文將進(jìn)一步探討超融合技術(shù)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的具體應(yīng)用，以及如何推動(dòng)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向更高效、靈活的方向發(fā)展。

1 " 超融合技術(shù)在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

如圖1所示，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)包括服務(wù)器、存儲(chǔ)控制器等，數(shù)據(jù)的傳輸、共享和存儲(chǔ)依賴服務(wù)器之間的協(xié)作完成[2]。在該架構(gòu)中，計(jì)算單元與存儲(chǔ)單元相互獨(dú)立，服務(wù)器需通過(guò)外部的SAN交換機(jī)連接存儲(chǔ)設(shè)備，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸流程復(fù)雜、效率較低。

圖1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

在傳統(tǒng)架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)資源共享與整合較為困難。為了適應(yīng)日益擴(kuò)大的服務(wù)要求，數(shù)據(jù)中心往往需要不斷添加服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備。但是，在采用了服務(wù)器的托管方式之后，新增應(yīng)用配置中往往包括了線路布局、網(wǎng)絡(luò)選擇等內(nèi)容，使得網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渑c布局更加復(fù)雜化。超融合架構(gòu)通過(guò)虛擬化平臺(tái)整合計(jì)算和存儲(chǔ)設(shè)施，改變了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)模式。

1.2 超融合數(shù)據(jù)中心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超融合數(shù)據(jù)中心架構(gòu)相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)更為簡(jiǎn)化和穩(wěn)健。通過(guò)將計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)功能集成至單一X86服務(wù)器，并借助以太網(wǎng)交換機(jī)連接計(jì)算節(jié)點(diǎn)，可快速部署所需IT資源，顯著降低搭建復(fù)雜度[3]（如圖2所示）。此外，集群模式由多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成，可有效消除單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

圖2 超融合系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的超融合架構(gòu)，通過(guò)虛擬化本地存儲(chǔ)資源并整合成資源池，為數(shù)據(jù)中心提供可靠的存儲(chǔ)服務(wù)。分布式存儲(chǔ)的多副本技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)安全性和連續(xù)性。在成本方面，超融合架構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，建設(shè)初期可按需采購(gòu)設(shè)備，降低一次性投資壓力；擴(kuò)展時(shí)無(wú)須中斷業(yè)務(wù)即可增加或刪除節(jié)點(diǎn)，支持水平擴(kuò)展，簡(jiǎn)化部署與管理[4]。

2 " 超融合數(shù)據(jù)中心體系

2.1 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施

本文介紹的超融合數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中的架構(gòu)主要由數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)（包括虛擬化資源池和云服務(wù)管理平臺(tái)等）、應(yīng)用支撐平臺(tái)和業(yè)務(wù)平臺(tái)等構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 超融合數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

超融合數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施層集成了計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)X86服務(wù)器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的深度融合。計(jì)算節(jié)點(diǎn)通常采用多核處理器和高性能內(nèi)存，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)使用分布式存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高性能和高可用性，網(wǎng)絡(luò)部分采用高速以太網(wǎng)或光纖通道進(jìn)行連接，支持VXLAN（Virtual Extensible LAN）和RDMA（Remote Direct Memory Access）等高性能協(xié)議，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和低延時(shí)通信。

2.2 基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)

基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)是超融合數(shù)據(jù)中心的核心管理平臺(tái)，主要包含虛擬化資源池和云服務(wù)管理平臺(tái)[5]。虛擬化資源池利用虛擬化技術(shù)，將物理服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備抽象成邏輯資源，形成一個(gè)共享的資源池，供上層應(yīng)用按需調(diào)取和使用。云服務(wù)管理平臺(tái)提供了一個(gè)統(tǒng)一的界面，用于管理和監(jiān)控整個(gè)數(shù)據(jù)中心的資源。平臺(tái)支持RESTful API調(diào)用，能夠自動(dòng)進(jìn)行資源調(diào)配、負(fù)載均衡、備份和恢復(fù)等操作。云服務(wù)管理平臺(tái)使用分布式調(diào)度算法（如Kubernetes和OpenStack）進(jìn)行資源分配和任務(wù)調(diào)度，支持高可用性架構(gòu)，確保99.99%的服務(wù)可用性。

2.3 應(yīng)用支撐平臺(tái)

應(yīng)用支撐平臺(tái)負(fù)責(zé)為各類應(yīng)用程序提供基礎(chǔ)服務(wù)和運(yùn)行支持，在超融合數(shù)據(jù)中心體系中，應(yīng)用支撐平臺(tái)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源的整合，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和處理能力[6]。

為提升數(shù)據(jù)中心性能，本文采用基于K-means聚類算法，對(duì)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的部分特征進(jìn)行定性分析，以描述用戶行為特征。聚類效果通過(guò)輪廓系數(shù)（Silhouette Coefficient）進(jìn)行評(píng)估，該系數(shù)綜合考慮了聚類的凝聚度和分離度，數(shù)值越大表明聚類效果越佳，其計(jì)算公式為：

（1）

式中，表示某數(shù)據(jù)點(diǎn)與同簇內(nèi)其他數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均距離；表示該數(shù)據(jù)點(diǎn)與最近簇內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均距離。

2.4 業(yè)務(wù)平臺(tái)

業(yè)務(wù)平臺(tái)通過(guò)子域技術(shù)實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的數(shù)據(jù)服務(wù)分配，子域技術(shù)允許將不同用戶劃分到不同的服務(wù)域中，每個(gè)域可以根據(jù)用戶需求提供特定的服務(wù)。例如，對(duì)于高性能計(jì)算應(yīng)用，可以提供快速的IO拷貝服務(wù)；對(duì)于數(shù)據(jù)冗余要求較高的用戶，可以實(shí)現(xiàn)地域間的故障隔離和數(shù)據(jù)備份。

平臺(tái)采用分片技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理。分片技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)按塊切分并分布在多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上，以實(shí)現(xiàn)冷熱數(shù)據(jù)的分級(jí)存儲(chǔ)。不常訪問(wèn)的冷數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在速度相對(duì)較慢但容量較大的存儲(chǔ)介質(zhì)上，而頻繁訪問(wèn)的熱數(shù)據(jù)則保存在高速存儲(chǔ)器中，提高了存儲(chǔ)效率，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡，使系統(tǒng)資源利用率最大化。

3 " 應(yīng)用研究

3.1 控制節(jié)點(diǎn)及驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)

采用本文提出的超融合架構(gòu)建立一個(gè)云平臺(tái)系統(tǒng)（如圖5所示）?？刂乒?jié)點(diǎn)會(huì)生成三個(gè)數(shù)據(jù)副本，這些副本在不同的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間分布，從而防止單點(diǎn)故障對(duì)數(shù)據(jù)完整性的影響?？刂乒?jié)點(diǎn)還與OpenStack對(duì)接，通過(guò)與OpenStack集成，為GRESS和CINDER提供后臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)。

驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)確保新增加的服務(wù)器能夠與OpenStack系統(tǒng)及其他組件（如GRESS和CINDER）高效集成，具體而言，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)會(huì)執(zhí)行以下操作：一是對(duì)新服務(wù)器進(jìn)行硬件和軟件的配置檢查，確保其符合系統(tǒng)要求；二是將新服務(wù)器加入現(xiàn)有的存儲(chǔ)集群中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)同步和驗(yàn)證；三是通過(guò)對(duì)新服務(wù)器的性能進(jìn)行測(cè)試，確保其能夠在不影響現(xiàn)有服務(wù)的情況下，達(dá)到預(yù)期的性能水平。

圖5 采用超融合架構(gòu)的云平臺(tái)系統(tǒng)

3.2 實(shí)驗(yàn)及性能評(píng)估

本文中，單獨(dú)應(yīng)用K-means聚類算法和傳統(tǒng)聚類算法分別部署512個(gè)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行性能評(píng)估。在超融合系統(tǒng)中單獨(dú)應(yīng)用K-means聚類算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)部署，并收集了兩種主要作業(yè)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)：運(yùn)行一小時(shí)深度學(xué)習(xí)的算法作業(yè)組和運(yùn)行一小時(shí)高性能的算法作業(yè)組，并記錄兩個(gè)作業(yè)組在不同算法下的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看（如圖6所示），在單獨(dú)應(yīng)用K-means聚類算法的部署方式下，集群的作業(yè)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)相比傳統(tǒng)多框架應(yīng)用部署方式明顯減少。具體來(lái)說(shuō)，K-means聚類算法通過(guò)將作業(yè)特征進(jìn)行精確分組，減少了節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載不均衡現(xiàn)象，優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算資源分配。從對(duì)比結(jié)果來(lái)看，超融合架構(gòu)下應(yīng)用K-means聚類算法能夠顯著提升集群的性能，縮短作業(yè)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，從而提高數(shù)據(jù)中心的整體效率。

圖6 對(duì)比結(jié)果

4 " 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于超融合技術(shù)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，與傳統(tǒng)方式相比，超融合架構(gòu)將計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源整合到統(tǒng)一平臺(tái)上，簡(jiǎn)化了部署和管理流程，降低了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。通過(guò)分布式存儲(chǔ)和多副本技術(shù)，提升了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，確保數(shù)據(jù)中心在高負(fù)載和故障恢復(fù)時(shí)表現(xiàn)出更高的性能，以滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)對(duì)高效、可擴(kuò)展和安全的數(shù)據(jù)中心的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 石少敏.淺談云計(jì)算領(lǐng)域的超融合[J].電子測(cè)試，2017（9）：75，74.

[2] 張建嬌.超融合虛擬化架構(gòu)在云計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].信息記錄材料，2018，19（7）：94-95.

[3] 童遙.數(shù)據(jù)中心超融合技術(shù)研究[J].辦公自動(dòng)化，2018，23（24）：24-25，37.

[4] 賴培源，吳家隱.云數(shù)據(jù)中心超融合架構(gòu)技術(shù)及測(cè)試評(píng)估方法研究[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2020，516（11）：116-118.

[5] 韓文軍，余春生.面向輸變電工程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，41（4）：366-371.

[6] 曹春江，鮑開(kāi)鋒.基于server SAN超融合架構(gòu)的電子政務(wù)異地災(zāi)備中心研究[J].電信科學(xué)，2018，34（10）：163-168.