王 賡

（應(yīng)通名氣網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

超融合架構(gòu)組件之間的關(guān)系比較復(fù)雜，多個(gè)組件高可用運(yùn)行方式在排列組合的前提下能夠呈現(xiàn)出多樣性特征。如何對(duì)架構(gòu)進(jìn)行描述并給出一般評(píng)價(jià)方法，同時(shí)使用通用優(yōu)化模式提出特定目標(biāo)條件下的運(yùn)行方式就顯得至關(guān)重要。超融合架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用可以節(jié)省空間并降低硬件成本，使整個(gè)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)部署與業(yè)務(wù)遷移工作變得更加靈活和穩(wěn)定[1]。

1 超融合架構(gòu)的基礎(chǔ)模型

1.1 高可用模型的構(gòu)成

系統(tǒng)元素集描述的是基礎(chǔ)架構(gòu)當(dāng)中的系統(tǒng)組成成分，也是維持系統(tǒng)正常運(yùn)行的元素集合。在控制節(jié)點(diǎn)上的不同服務(wù)組件和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)組件都可以被認(rèn)為是系統(tǒng)元素，生動(dòng)形象地解釋了基礎(chǔ)架構(gòu)的組成要求。除此之外，與元素相關(guān)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也應(yīng)該具備高可用特性，以維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)元素本身是對(duì)系統(tǒng)元素狀態(tài)數(shù)據(jù)的綜合描述，系統(tǒng)元素和數(shù)據(jù)元素都需要有承載的位置，即系統(tǒng)元素的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)和承載節(jié)點(diǎn)[2]。無(wú)論是控制節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行節(jié)點(diǎn)還是其他節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)被賦予角色位置之后，其位置集就已經(jīng)被確定。

建模過(guò)程中，超融合基礎(chǔ)架構(gòu)可以通過(guò)建模流程轉(zhuǎn)化為可用模型。一般情況下，基礎(chǔ)架構(gòu)中對(duì)應(yīng)的高可用模型系統(tǒng)元素集和數(shù)據(jù)元素集在所有運(yùn)行模式的約束下都可以呈現(xiàn)出不同的特性，通過(guò)完整性檢查可以發(fā)現(xiàn)模型當(dāng)中可能存在的漏洞現(xiàn)象。在所有系統(tǒng)元素和數(shù)據(jù)元素所組成的模型中，如果約束關(guān)系結(jié)構(gòu)內(nèi)的取值合理，則表明模型具有完整性，否則表明模型中存在高可用漏洞。漏洞與系統(tǒng)元素有關(guān)，此時(shí)可以考慮用算法進(jìn)行檢查。具體來(lái)看，按照所有的系統(tǒng)元素和數(shù)據(jù)元素構(gòu)件約束關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，然后將其構(gòu)建成向量，依據(jù)可用的支持元素尋找到對(duì)應(yīng)的約束關(guān)系結(jié)構(gòu)后按照算法描述寫出代碼信息。

1.2 模型優(yōu)化流程

超融合架構(gòu)中的每一個(gè)系統(tǒng)元素和數(shù)據(jù)元素都將所有可能存在的系統(tǒng)運(yùn)行模式和限制關(guān)系擴(kuò)展到了現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)中，并促使模型可以通過(guò)完整性檢查?；A(chǔ)服務(wù)和管理服務(wù)部門在控制節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，而虛擬化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和管理服務(wù)則應(yīng)用至所有的計(jì)算節(jié)點(diǎn)[3]。模型優(yōu)化環(huán)節(jié)需要考慮到可能出現(xiàn)的故障情況，例如一個(gè)系統(tǒng)元素在故障后必然導(dǎo)致其狀態(tài)受到影響，對(duì)此可考慮選擇故障隔離的方式，避免其他類型的系統(tǒng)元素影響到正常的系統(tǒng)元素。在物理節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，節(jié)點(diǎn)級(jí)別的故障隔離可能會(huì)導(dǎo)致物理節(jié)點(diǎn)上的其他服務(wù)無(wú)法正常運(yùn)作，此時(shí)超融合架構(gòu)需要采用以服務(wù)組為單位的故障隔離與模型優(yōu)化方式，系統(tǒng)元素提供的功能仍然可以由其他控制節(jié)點(diǎn)來(lái)提供。多次重啟后故障仍然無(wú)法解決時(shí)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的虛擬計(jì)算層所有服務(wù)都會(huì)被關(guān)閉，此時(shí)可以在其他節(jié)點(diǎn)上啟動(dòng)虛擬計(jì)算層的服務(wù)組服務(wù)內(nèi)容，以提供正常的服務(wù)?？刂乒?jié)點(diǎn)上的其他服務(wù)組元素和系統(tǒng)元素則不會(huì)受到故障本身的影響和干擾，控制權(quán)此時(shí)會(huì)被轉(zhuǎn)移至其他的可用控制節(jié)點(diǎn)上，維持安全可靠的運(yùn)行環(huán)境。通過(guò)提出服務(wù)組級(jí)別的故障隔離方法、CPU內(nèi)存開銷優(yōu)化方法以及資源使用優(yōu)化方法，整合改進(jìn)超融合架構(gòu)流程。

1.3 超融合架構(gòu)要求下的數(shù)據(jù)中心

基于虛擬化的平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)，根據(jù)硬件配置要求組建虛擬化的服務(wù)器集群，以開展統(tǒng)一管理。目前存儲(chǔ)虛擬化主要分為集中式存儲(chǔ)和分布式存儲(chǔ)，兩者都可以構(gòu)建虛擬化平臺(tái)支持下的資源池。隨著超融合架構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)硬件配置、虛擬化配置、管理監(jiān)控配置等也會(huì)更加完善，數(shù)據(jù)中心對(duì)于資源的分配、整合變得更加合理，虛擬化效率和硬軟件重組能力顯著提高[4]。

2 超融合架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

2.1 計(jì)算虛擬化

計(jì)算虛擬化是指通過(guò)虛擬化技術(shù)將一臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯計(jì)算機(jī)。在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)，每個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)可運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，同時(shí)應(yīng)用程序可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行且互不影響。虛擬機(jī)具備真實(shí)服務(wù)器的硬件設(shè)備（包括處理器、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等），其操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序與物理服務(wù)器上的運(yùn)行方式保持相同，但組件間和服務(wù)器的配置不存在關(guān)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)隔離和封裝移動(dòng)。對(duì)于用戶而言，可以在短時(shí)間內(nèi)完成配置和組網(wǎng)。

在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系中，一般存在兩個(gè)以上的特權(quán)級(jí)，用以對(duì)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件進(jìn)行分離處理，同時(shí)關(guān)鍵資源的指令在執(zhí)行階段會(huì)進(jìn)行訪問(wèn)評(píng)估。傳統(tǒng)的虛擬化方法是利用特權(quán)解除方式將客戶機(jī)的操作系統(tǒng)設(shè)定為非特權(quán)級(jí)，解除特權(quán)級(jí)之后大部分指令仍然可以在硬件上運(yùn)行，除非特權(quán)指令才會(huì)陷入虛擬機(jī)監(jiān)控器（Virtual Machine Monitor，VMM）模擬執(zhí)行模塊。超融合架構(gòu)支持下的數(shù)據(jù)中心包含資源層、基礎(chǔ)層以及服務(wù)層3個(gè)不同的模塊。物理層的全部設(shè)備進(jìn)行池化處理后，通過(guò)彈性計(jì)算服務(wù)或自動(dòng)化部署等方式根據(jù)不同的需求來(lái)構(gòu)建信息化的項(xiàng)目運(yùn)作基礎(chǔ)環(huán)境。其中涉及到內(nèi)存的虛擬化設(shè)定，在內(nèi)存虛擬化設(shè)置環(huán)節(jié)需要對(duì)虛擬地址、機(jī)器地址以及物理地址進(jìn)行定義。如果客戶機(jī)操作系統(tǒng)創(chuàng)建頁(yè)表時(shí)，那么分配的頁(yè)面涉及到的所有操作都被寫入到VMM中進(jìn)行驗(yàn)證，然后將物理地址轉(zhuǎn)換為機(jī)器地址，將修改后的頁(yè)表信息載入到（Memory Management Unit，MMU）內(nèi)，實(shí)現(xiàn)虛擬地址到機(jī)器地址的轉(zhuǎn)換[5]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

虛擬化之后的數(shù)據(jù)中心內(nèi)部有著大量的業(yè)務(wù)流程，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)建與網(wǎng)絡(luò)功能部署要求變得更高，傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足業(yè)務(wù)隔離等方面的實(shí)際需求。對(duì)于此類問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)虛擬化是最有效的技術(shù)措施之一。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）是最為普遍的一種虛擬化方案，按照標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層面和數(shù)據(jù)層面的分離，完成對(duì)于流量的集中化控制和優(yōu)化。廣義上的網(wǎng)絡(luò)虛擬化包括功能虛擬化和OverLay，而狹義的SDN則通過(guò)OpenFlow來(lái)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的核心是提取原有的傳統(tǒng)網(wǎng)元設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)功能，將其運(yùn)用到硬件平臺(tái)上替代專有部分，然后在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等區(qū)域展開靈活配置。軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化可以實(shí)現(xiàn)有效配合和互補(bǔ)，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源按需調(diào)整[6]。

在網(wǎng)絡(luò)虛擬化的底層設(shè)計(jì)中，通用操作系統(tǒng)可以完成跨內(nèi)核和跨進(jìn)程的全局內(nèi)存池設(shè)計(jì)，完成進(jìn)程的共享和應(yīng)用。內(nèi)存池進(jìn)行自動(dòng)回收，避免中斷處理，即調(diào)度程序在確定運(yùn)行另一個(gè)線程時(shí)不必要進(jìn)行上下文的切換。在理論情況下如果數(shù)據(jù)包到達(dá)系統(tǒng)，則數(shù)據(jù)包中所有需要處理的信息都被緩存在本地的資源庫(kù)中，直接完成對(duì)于數(shù)據(jù)的整合處理而不是對(duì)外部訪問(wèn)進(jìn)行重新定位，應(yīng)用層的數(shù)據(jù)面會(huì)更加穩(wěn)定[7]。系統(tǒng)內(nèi)部的所有報(bào)文信息都可以由數(shù)據(jù)線程直接接收，在數(shù)據(jù)面的支持下實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能的拓展。

在網(wǎng)絡(luò)虛擬化的架構(gòu)方面，虛擬路由器和虛擬交換機(jī)是其中的主要組成模塊。即便實(shí)際的路由器運(yùn)行出現(xiàn)故障，也能將其遷移到正常運(yùn)行的主機(jī)上，從而完成對(duì)于故障的恢復(fù)和管控，減少因網(wǎng)絡(luò)故障所導(dǎo)致的業(yè)務(wù)中斷問(wèn)題，確保系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。而虛擬分布式交換機(jī)則減少了單獨(dú)的配置過(guò)程，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)連接階段的管控和部署工作，即便是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部署也不需要耗費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和精力。在部分特殊情況下還要配置虛擬防火墻，用以檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量和應(yīng)用層可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容，提高安全防護(hù)能力，降低管理成本。

2.3 存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用環(huán)節(jié)的主要優(yōu)勢(shì)在于提高了服務(wù)器的資源利用率，讓業(yè)務(wù)部署過(guò)程更加便捷。分布式存儲(chǔ)技術(shù)在現(xiàn)階段已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，性能穩(wěn)定、可靠性良好、擴(kuò)展性強(qiáng)且配置維護(hù)難度低[8]。而虛擬機(jī)借助存儲(chǔ)虛擬化可以完成數(shù)據(jù)的保存和管理等相關(guān)操作。在磁盤管理方面，兩臺(tái)主機(jī)的磁盤數(shù)量保持相同時(shí)，主機(jī)之間的磁盤會(huì)對(duì)應(yīng)地組成復(fù)制卷，邏輯方面達(dá)到了文件副本的跨主機(jī)工作要求。

在出現(xiàn)數(shù)據(jù)故障和磁盤故障后，如果沒有人工介入處理，則存儲(chǔ)虛擬化會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，以確保數(shù)據(jù)的可靠性。存儲(chǔ)虛擬化采取自動(dòng)替換動(dòng)作，在其他主機(jī)上完成副本的重建過(guò)程，即便主機(jī)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)也不會(huì)因此受到嚴(yán)重干擾。主機(jī)副本自動(dòng)重建和故障硬盤重建本身沒有明顯差異，都是完成故障盤的重建過(guò)程。對(duì)于數(shù)據(jù)的修復(fù)工作，則要考慮到存儲(chǔ)虛擬化的其他功能配置。傳統(tǒng)的磁盤配置方案需要對(duì)業(yè)務(wù)規(guī)模和特征進(jìn)行預(yù)估，但往往會(huì)因?yàn)轭A(yù)估結(jié)果不準(zhǔn)確而導(dǎo)致資源分配不均。自動(dòng)精簡(jiǎn)技術(shù)應(yīng)用后，分配給用戶的實(shí)際上是一個(gè)虛擬的容量信息而非固定的物理空間，只有用戶自身向邏輯資源寫下數(shù)據(jù)之后才會(huì)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的策略要求從物理空間內(nèi)分配對(duì)應(yīng)的容量。在存儲(chǔ)資源規(guī)劃方面，要綜合考慮存儲(chǔ)性能和存儲(chǔ)容量?jī)煞矫娴囊笈渲煤弥鳈C(jī)、交換機(jī)，以便保障系統(tǒng)的擴(kuò)展性。在建設(shè)數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)過(guò)程中，則要基于資源穩(wěn)定訪問(wèn)要求做好綜合配置。

2.4 云平臺(tái)架構(gòu)

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)能夠?qū)⒋鎯?chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等進(jìn)行融合，對(duì)基礎(chǔ)硬件、常用軟件做好統(tǒng)一調(diào)度，從而向用戶提供更加豐富的云服務(wù)，包括彈性計(jì)算、均衡負(fù)載、數(shù)據(jù)庫(kù)配置和大數(shù)據(jù)處理等。云管理平臺(tái)調(diào)用開放接口來(lái)維持基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的穩(wěn)定性，協(xié)助用戶構(gòu)建并管理自定義云平臺(tái)內(nèi)容，具備安全管理、知識(shí)庫(kù)分析等功能。整個(gè)云管理平臺(tái)中包含自動(dòng)化云服務(wù)系統(tǒng)和自助服務(wù)系統(tǒng)等。其中云服務(wù)系統(tǒng)管理人員可以直接在數(shù)據(jù)中心對(duì)所有業(yè)務(wù)展開綜合控制，而云管控中心則可以對(duì)云環(huán)境中的物理資源、虛擬資源和自動(dòng)化功能進(jìn)行應(yīng)用[9,10]。

3 結(jié) 論

現(xiàn)代企業(yè)信息化建設(shè)的步伐不斷加快，數(shù)據(jù)中心也開始朝著現(xiàn)代化的方向不斷推進(jìn)。通過(guò)評(píng)估了超融合架構(gòu)的基礎(chǔ)模型，基于超融合架構(gòu)要求設(shè)計(jì)了計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、云平臺(tái)和安全模塊，從而高效完成資源和信息的整合。未來(lái)在各項(xiàng)技術(shù)更新和升級(jí)的前提下，還可以在資源交付、動(dòng)環(huán)監(jiān)控等方面進(jìn)行深入研究，從而使數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)更加完善。