李瓊 王麗鳳 王鏵棟 蘇濤鳳

摘 要：針對(duì)小型移動(dòng)化船載數(shù)據(jù)中心，傳統(tǒng)的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備架構(gòu)占地空間大，管理運(yùn)維困難，設(shè)備之間無(wú)法做到統(tǒng)一資源調(diào)度，且對(duì)海量數(shù)據(jù)無(wú)法高效處理，需構(gòu)建一套計(jì)算、存儲(chǔ)系統(tǒng)。本文主要對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，并對(duì)超融合架構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，發(fā)揮超融合架構(gòu)的具體作用，深入研究超融合架構(gòu)技術(shù)在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，采用超融合架構(gòu)方案將計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和安全虛擬化等前沿技術(shù)融為一體，并通過(guò)統(tǒng)一的可視化管理平臺(tái)，幫助船載數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)資源整合、業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)融合、安全管控等。

關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)中心;超融合;虛擬化

1 引言

為保證航船功能的完備與工作狀態(tài)的穩(wěn)定，船載記錄設(shè)備需要對(duì)船航行中產(chǎn)生的語(yǔ)音、圖像和其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和記錄，而船載數(shù)據(jù)中心是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中處理、存儲(chǔ)、傳輸、交換等管理的中心場(chǎng)所，主要包含機(jī)房基礎(chǔ)環(huán)境、IT基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等。在構(gòu)建船載數(shù)據(jù)中心時(shí)，企業(yè)一般專注于保障應(yīng)用能夠穩(wěn)定、安全和可靠運(yùn)行，卻往往忽視業(yè)務(wù)擴(kuò)展、資源利用率、能源消耗、簡(jiǎn)化管理、業(yè)務(wù)持續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)等問(wèn)題。

因此，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全與統(tǒng)一管理的軟硬件一體化超融合架構(gòu)的呼聲就越來(lái)越高，采用全新的架構(gòu)，用軟件定義數(shù)據(jù)中心、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)使得硬件配置更簡(jiǎn)單、管理更容易、效率更高、投入更低。

2 超融合架構(gòu)

超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（Hyperconvergence Infrastructure， 簡(jiǎn)稱HCI），是指在同一套單元設(shè)備（如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，形成統(tǒng)一的資源池。

如圖1所示，超融合架構(gòu)中最根本的變化是存儲(chǔ)，由原先的集中共享式存儲(chǔ)（SAN/NAS）變?yōu)檐浖x存儲(chǔ)。利用軟件定義的方式將互連的X86服務(wù)器的本地硬盤(pán)（SSD和HDD）形成存儲(chǔ)資源池，組建分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)服務(wù)（如：彈性副本、快照、容災(zāi)等）供上層虛擬化平臺(tái)使用。

3 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中遇到的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)船載數(shù)據(jù)中心所采用的基礎(chǔ)架構(gòu)，是一個(gè)包含孤立存儲(chǔ)、X86或小型機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、高可用軟件和管理軟件的復(fù)雜系統(tǒng)架構(gòu)。由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)制約，這種存儲(chǔ)孤島式的船載數(shù)據(jù)中心弊端也隨之產(chǎn)生，目前正受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）成本昂貴

構(gòu)建傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心需要分別購(gòu)買(mǎi)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，需要大量機(jī)架空間與電力設(shè)備，同時(shí)需要根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求增加管理人員，總體成本高昂。

2）資源利用率低

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器資源固化，無(wú)法將計(jì)算、存儲(chǔ)資源統(tǒng)一調(diào)度、按需分配和資源共享，導(dǎo)致服務(wù)器資源利用率較低。

3）安全風(fēng)險(xiǎn)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)備份不便捷，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存在單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，用戶操作難以審計(jì)，系統(tǒng)軟硬件故障無(wú)法及時(shí)上報(bào)。

4）管理復(fù)雜

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心需要很多集成商和不同硬件廠商提供技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)。包括需要不同的存儲(chǔ)、技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)采購(gòu)、擴(kuò)充和對(duì)設(shè)備的支持，維護(hù)生產(chǎn)系統(tǒng)，和不同的廠商打交道。隨著時(shí)間推移，設(shè)備新舊混雜，升級(jí)、擴(kuò)容、故障排除繁瑣導(dǎo)致運(yùn)維成本增加。

4 總體技術(shù)架構(gòu)

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，采用超融合架構(gòu)技術(shù)將CPU、內(nèi)存、I/O等物理資源抽象并轉(zhuǎn)化為一組邏輯資源，用戶可根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配和回收。同時(shí)提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)維及安全等功能，可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)信息化資源優(yōu)化整合、資源彈性分配、規(guī)模動(dòng)態(tài)伸縮、存儲(chǔ)安全可靠、資源統(tǒng)一管理、加速業(yè)務(wù)上線、降低管理成本等，超融合架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的集成實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示。

5 超融合架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的具體應(yīng)用

5.1 大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)

目前大部分企業(yè)都在考慮部署大數(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)一數(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。

5.2 虛擬化計(jì)算

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)層操作即可，無(wú)需親自到數(shù)據(jù)中心或底層存儲(chǔ)去操作。

在虛擬桌面應(yīng)用方面，由于各種應(yīng)用部署在單一的共享資源池里，可以不需要擔(dān)心存儲(chǔ)系統(tǒng)I/O影響虛擬機(jī)性能。此外，超融合架構(gòu)的大容量分布式存儲(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。而且采用SSD加速的分布式存儲(chǔ)集群可以保障足夠的IOPS應(yīng)對(duì)VDI啟動(dòng)和登入風(fēng)暴等嚴(yán)峻的負(fù)載挑戰(zhàn)。

5.3 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)

說(shuō)到高性能應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)類應(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這類應(yīng)用都會(huì)采用物理機(jī)設(shè)備。但是一般的X86物理機(jī)單臺(tái)性能最高為8顆CPU，在業(yè)務(wù)高峰期無(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)。而且這類系統(tǒng)對(duì)集中式存儲(chǔ)的依賴性也很高，因?yàn)镺RACLE數(shù)據(jù)往往要求強(qiáng)一致性。為了在超融合架構(gòu)下使用這類應(yīng)用，一般會(huì)在超融合架構(gòu)存儲(chǔ)中增加分布式鎖機(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)一致性，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。

6 超融合架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

1）建造精簡(jiǎn)機(jī)房

超融合虛擬化平臺(tái)提供便捷、靈活、可擴(kuò)展的超融合基礎(chǔ)實(shí)施。設(shè)備數(shù)量少、占用空間小、易于維護(hù)、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，功耗也相對(duì)較少。

2）易于統(tǒng)一管理

對(duì)外提供可視化統(tǒng)一管理平臺(tái)，方便用戶管理所有軟硬件資源，系統(tǒng)提供豐富易懂的運(yùn)維功能，方便用戶進(jìn)行管理、跟蹤及故障恢復(fù)等。

3）資源利用率高

將物理節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源整合并統(tǒng)一管理分配，實(shí)現(xiàn)資源按需分配，并根據(jù)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。

4）安全可靠

采用分布式架構(gòu)，集群無(wú)單點(diǎn)故障。同時(shí)，系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)端口聚合、集群高可用、故障自愈等技術(shù)保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定可靠。

7 總結(jié)

本文從船載傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)過(guò)程中面臨的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，引出對(duì)現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心建設(shè)的思考，提出了超融合架構(gòu)在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的集成方法。相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)而言，超融合架構(gòu)解決了“信息孤島”和橫向擴(kuò)展問(wèn)題，并極大程度地簡(jiǎn)便了運(yùn)維。深入了解超融合架構(gòu)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并將各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)集成到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，有利于更好地提升數(shù)據(jù)中心建設(shè)效果。

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作者簡(jiǎn)介：李瓊，1989.10，男，漢族，安徽桐城，碩士，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成