么宇光

摘要：信息技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用層次的不斷深化帶動了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的不斷拓展與各型新系統(tǒng)的規(guī)?；暇€?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器系統(tǒng)綜合效率低下與主要硬件設(shè)施效能落后的問題成了當(dāng)前階段信息領(lǐng)域繼續(xù)向上發(fā)展的重大障礙。文章介紹了現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中存在的一些問題，繼而從IT基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)升級、控制人員成本以及提高現(xiàn)有資源的綜合利用率等方面分析了超融合技術(shù)在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用，提出了以超融合技術(shù)為支撐完成數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型的方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心：超融合技術(shù)：架構(gòu)轉(zhuǎn)型：效能提升

中圖分類號：TN919

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷升級及其在各領(lǐng)域特別是金融領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深化，數(shù)據(jù)中心等專業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)在金融產(chǎn)業(yè)運(yùn)營與經(jīng)營管理中扮演著越來越重要的角色，極大地推動了金融產(chǎn)業(yè)向信息化、高效化與智能化方向的轉(zhuǎn)型。但是，隨著社會的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及所需處理的數(shù)據(jù)層次的不斷復(fù)雜化，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心信息服務(wù)系統(tǒng)在軟件與硬件方面均暴露出綜合效能不足、系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍以及綜合運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性不足的問題，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)中心在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)尤其是金融業(yè)等需要處理海量信息的產(chǎn)業(yè)的輔助與支撐作用。以往的信息系統(tǒng)建設(shè)多是按照“定需求一上會審核一采購硬件一部署操作系統(tǒng)一部署應(yīng)用”的流程進(jìn)行的，為了提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性與安全性通常會增設(shè)備用機(jī)，對于部分重要的信息化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)還需要設(shè)置冷備機(jī)以防范數(shù)據(jù)的丟失。實(shí)際上，這種模式雖然在一定程度上有助于提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行可靠性，但是有在基礎(chǔ)性硬件利用效率不高、運(yùn)維成本昂貴、對服務(wù)器性能依賴性強(qiáng)、核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)可靠性保障不足以及在數(shù)據(jù)中心發(fā)生運(yùn)行故障時自主性數(shù)據(jù)保護(hù)不及時等顯著缺陷[1]?；谝陨媳尘?，借助超融合等新一代信息技術(shù)通過對基礎(chǔ)架構(gòu)的優(yōu)化、硬件利用效能的提升以及系統(tǒng)綜合運(yùn)行成本的控制優(yōu)化來推動傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型升級，對于進(jìn)一步提高現(xiàn)代化數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)運(yùn)行管理水平而言具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 當(dāng)前數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中存在的問題

在以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，大多數(shù)的隔離區(qū)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等非核心單元均處于單機(jī)運(yùn)行的模式中。在該運(yùn)行模式下，若網(wǎng)絡(luò)中的某部分服務(wù)器因異常問題導(dǎo)致無法正常工作則由該服務(wù)器提供支持的應(yīng)用均會停止運(yùn)行，而無法由其他服務(wù)器來完成對應(yīng)用的運(yùn)行支持。因此，這種模式不利于提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的運(yùn)行即可靠性[2]。此外，這種單機(jī)運(yùn)行的模式不利于對系統(tǒng)中部分陳舊的服務(wù)器進(jìn)行升級換代，而且簡單的日常性維護(hù)的可操作性不強(qiáng)。近年來，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍與規(guī)模不斷擴(kuò)大，支持系統(tǒng)運(yùn)行的物理服務(wù)器總數(shù)也不斷增加，還會暴露出以下幾方面的不足。

1.1 運(yùn)維成本較高

隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)范圍與業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷拓展，其系統(tǒng)中內(nèi)嵌的應(yīng)用種類與應(yīng)用的功能也不斷增多，這使得數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，同時系統(tǒng)中用于支持的物理服務(wù)器數(shù)量也不斷增多，為了保障系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，與之相配套的電源類、機(jī)柜類以及制冷類設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)成本不得不相應(yīng)的增加，因而造成數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的運(yùn)行成本不斷增多。此外，隨著數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，綜合管理成本也相應(yīng)地增加，同時還會造成系統(tǒng)管理效率不高的問題。

1.2 資源利用率較低

現(xiàn)階段，許多數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中的服務(wù)器資源綜合利用率大致介于5% - 15%范圍內(nèi)，可見目前服務(wù)器資源利用率處于較低的水平。隨著后期數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷多元化，配套的物理服務(wù)器數(shù)量也相應(yīng)地增多。若系統(tǒng)中的每個應(yīng)用都配備獨(dú)立的物理服務(wù)器，則會進(jìn)一步降低服務(wù)器資源的綜合利用率。

1.3 系統(tǒng)可用性不高

高可用架構(gòu)有助于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可用性，但是受限于硬件資源不足的影響，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中通常只有核心應(yīng)用才會使用這種架構(gòu)。因此，就當(dāng)前大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用系統(tǒng)來說，硬件出現(xiàn)異常后需要經(jīng)歷采購一物流配送一硬件安裝一系統(tǒng)調(diào)測等過程才能恢復(fù)使用。系統(tǒng)在完成調(diào)測之前將一直處于失聯(lián)的狀態(tài)，因而造成系統(tǒng)可用性不高的問題。此外，對于非高可用性架構(gòu)的系統(tǒng)，對硬件及相關(guān)軟件進(jìn)行升級時，系統(tǒng)需要保持在關(guān)閉的狀態(tài)。因此，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的升級與兼容性處理的可操作性嚴(yán)重不足，也進(jìn)一步拉低了系統(tǒng)的可用性。

2 超融合技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型的優(yōu)點(diǎn)

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，使用超融合架構(gòu)能夠很好地融合存儲設(shè)備資源與虛擬計(jì)算資源，通過簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠使得系統(tǒng)部署更具可操作性，系統(tǒng)運(yùn)維管理也更加靈活。同時，由于超融合架構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)等信息資源的集中管理與調(diào)配，可以通過劃分資源池的形式優(yōu)化各類業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中的系統(tǒng)資源供需[3]。此外，利用超融合架構(gòu)創(chuàng)建扁平化的IT架構(gòu)，可以解決以往數(shù)據(jù)中心IT架構(gòu)中存在的一些問題，還可以在系統(tǒng)綜合性能、可靠性、安全性以及管理與運(yùn)維成本等方面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級。

2.1 前期投入少

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)對于可用性的要求越來越高，因此很多傳統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)會采用采購?fù)庵么鎯卧⒉⒙?lián)型高性能服務(wù)單元以及存儲交換設(shè)施等多種專用硬件設(shè)施的方式來保證系統(tǒng)具有較高的可用性。這些硬件設(shè)施的采購與后期的運(yùn)維管理均需大量的資金投入。通過引入超融合技術(shù)，可使用兩臺服務(wù)器與配套超融合模塊顯著提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的可用性，從而大大降低數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的構(gòu)建與管理費(fèi)用。此外，在使用超融合架構(gòu)后，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中的硬件數(shù)量顯著減少。因此，對空間要求更低，機(jī)柜體積也可以更小。

2.2 上線周期短

以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中設(shè)備種類多，各設(shè)備間的信息通信較為復(fù)雜。因此，在部署傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)時，除了需要支出大量的資金來采購各類軟硬件，還需要花費(fèi)較多的時間來完成各類硬件設(shè)施的配置與交互調(diào)試，這使得數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試難度大、上線周期長[4]。引入超融合技術(shù)后，硬件設(shè)備設(shè)施的數(shù)量大大減少，配套軟件的可用性也更高，資源劃分與虛擬機(jī)的構(gòu)建得到顯著簡化，因而能夠大大縮短數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的平均上線周期。

2.3 運(yùn)維管理可操作性更好

以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)中，各應(yīng)用平臺的管理彼此相對獨(dú)立。多平臺的統(tǒng)一管理存在明顯的壁壘。因而，應(yīng)用平臺的故障診斷與平臺升級難度較大，多設(shè)備、跨平臺的聯(lián)動配置與信息通信也十分復(fù)雜。使用超融合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高統(tǒng)一性、高可視化的Weh管理，從而使得網(wǎng)絡(luò)的連通性測試變得更具可操作性，模塊化的業(yè)務(wù)形式也很好地降低了系統(tǒng)的綜合管理與維護(hù)難度。

2.4 擴(kuò)展性更高

以往的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)各服務(wù)器之間相互依賴性較高，若其中部分功能服務(wù)器或配套輔助設(shè)施需要升級或更換時需要進(jìn)行整體的替換，不僅需要花費(fèi)更多的資金采購高性能服務(wù)器，還需要中斷整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)來完成系統(tǒng)的再部署與數(shù)據(jù)遷移。在超融合架構(gòu)下，標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)器以近似并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)連接，可在不中斷系統(tǒng)的條件下進(jìn)行服務(wù)器的橫向新增，來提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)通信性能。因此，超融合架構(gòu)在擴(kuò)展性方面具有更優(yōu)的柔性[5]。

3 超融合應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)型的設(shè)想與實(shí)證

3.1 超融合架構(gòu)簡析

超融合技術(shù)的核心主要包括計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化以及存儲虛擬化等。其中，當(dāng)前較為主流的計(jì)算虛擬化線路又包括KVM、VMWARE、Hyper-V以及Xen等：網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)得益于VxLAN與SDN技術(shù)的支持；存儲虛擬化主要包括glustfs與ceph等線路。超融合架構(gòu)是在超融合技術(shù)與配套硬件服務(wù)器的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的，能夠高效地調(diào)配系統(tǒng)中的計(jì)算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)等資源，可在數(shù)據(jù)中心容量擴(kuò)展性與系統(tǒng)可用性等方面實(shí)現(xiàn)較為可觀的優(yōu)化。超融合架構(gòu)的核心是虛擬機(jī)，因此該架構(gòu)在存儲空間、運(yùn)算效能、系統(tǒng)可用性、系統(tǒng)運(yùn)維以及部署可操作性等方面具有顯著的優(yōu)勢。在超融合架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)配更加靈活，底層物理設(shè)備與用戶之間的相對隔離也使得硬件與虛擬化之間的融合更加完成和徹底?？偟膩碚f，超融合架構(gòu)的特征主要包括全局對等、分布式部署、全節(jié)點(diǎn)自動分布式管理、系統(tǒng)故障智能偵測以及系統(tǒng)可用性高等。

3.2 超融合架構(gòu)的構(gòu)建思路

3.2.1 架構(gòu)組建

具有分布式特征的超融合架構(gòu)會將數(shù)據(jù)隨機(jī)分配到網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點(diǎn)，還可以通過自動修復(fù)副本來提高節(jié)點(diǎn)的可用性[6]。實(shí)際上，超融合架構(gòu)的基礎(chǔ)是通用型X86硬件服務(wù)器與配套的超融合軟件以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。服務(wù)器被虛擬化后作為超融合架構(gòu)的底層架構(gòu)，完成網(wǎng)絡(luò)與存儲的虛擬化，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)超融合架構(gòu)的創(chuàng)建。同時，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)以及存儲均以功能模塊的形式進(jìn)行虛擬化。系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源以及存儲資源等均被整合到資源池內(nèi)，從而大大提高了這些資源的集中管理與調(diào)配的可操作性，還可以降低數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的部署難度與運(yùn)維管理的復(fù)雜度。為了保證良好的數(shù)據(jù)讀取命中率，可通過使用固態(tài)硬盤來優(yōu)化存儲的1/0性能[7]。此外，借助VMware虛擬桌面技術(shù)構(gòu)建模塊化操作模板，可有效簡化操作的復(fù)雜性，還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的用戶集群規(guī)?；芾?。

3.2.2 效益評價

由于采用了超融合架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中服務(wù)器與交換機(jī)等硬件設(shè)施的數(shù)據(jù)大大減少，因而在硬件采購方面的資金支出更少，由于超融合架構(gòu)具有較好的拓展性，因而潛在的系統(tǒng)擴(kuò)容與升級成本可控：就系統(tǒng)可用性而言．HA虛擬化技術(shù)的應(yīng)用為超融合架構(gòu)提供了較高的運(yùn)行穩(wěn)定性：就數(shù)據(jù)可靠性而言，將超融合架構(gòu)中的備份、數(shù)據(jù)重構(gòu)以及快照等功能能夠通過創(chuàng)建虛擬化數(shù)據(jù)副本的方式保證數(shù)據(jù)的安全：就運(yùn)維而言，將超融合應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中更有助于實(shí)現(xiàn)存儲、網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算等資源的集中式管理，有效降低了運(yùn)維復(fù)雜程度[8]。

3.3 案例實(shí)證

某地方銀行的IT服務(wù)部門負(fù)責(zé)該行的多門類金融業(yè)務(wù)信息處理，隨著近年來數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)范圍與業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷拓展，現(xiàn)有的系統(tǒng)逐漸不能適應(yīng)新增業(yè)務(wù)需求對IT類基礎(chǔ)服務(wù)與數(shù)據(jù)安全保障方面的要求。所述數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)平臺架構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，該數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)采用了一種孤島式的架構(gòu)形式，隨著系統(tǒng)負(fù)載的增多，其持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的能力顯著下降。為了解決該數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)IT服務(wù)架構(gòu)運(yùn)行過程中存在的業(yè)務(wù)部署周期長、異構(gòu)環(huán)境整合復(fù)雜、拓展性不足以及日常運(yùn)維管理困難等問題，該行采購了3臺通用型X86服務(wù)器與相配套的交換機(jī)等硬件設(shè)施構(gòu)建了基于超融合的虛擬數(shù)據(jù)中心平臺，完成了服務(wù)器資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源以及云平臺管理系統(tǒng)等模塊的創(chuàng)建，同時將現(xiàn)有資源整體遷移至虛擬化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的創(chuàng)新運(yùn)營與資源的集中式管理。其中，服務(wù)器資源模塊經(jīng)虛擬化后可將服務(wù)器資源進(jìn)行抽象處理，完成CPU、存儲以及I/O等物理資源向邏輯資源的轉(zhuǎn)化，從而提高這些資源調(diào)度與分配的可操作性，同時還可以基于這些邏輯資源構(gòu)建并行的虛擬機(jī)來進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率；存儲器資源模塊主要用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)與備份的存儲，經(jīng)虛擬化后可根據(jù)其I/O性能差異與全局硬盤資源中單個硬盤容量的差異將各硬盤分別定義為性能型硬盤或容量型硬盤以實(shí)現(xiàn)資源的靈活、統(tǒng)一調(diào)配：網(wǎng)絡(luò)資源模塊可為系統(tǒng)中的虛擬機(jī)提供高速的數(shù)據(jù)通信與多任務(wù)同步備份，結(jié)合虛擬化軟件的使用還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化部署與配置：云平臺管理系統(tǒng)是將系統(tǒng)中的計(jì)算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)等納入資源池進(jìn)行集中式管理與運(yùn)行情況的動態(tài)監(jiān)控[9]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)已不能滿足業(yè)務(wù)范圍與業(yè)務(wù)規(guī)模等方面的要求，同時硬件服務(wù)器及配套的路由器與交換機(jī)等設(shè)備數(shù)量的不斷增多使得數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，運(yùn)維管理難度不斷變大。合理利用超融合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型與升級，不能滿足金融與大數(shù)據(jù)等產(chǎn)業(yè)對數(shù)據(jù)管理方面的要求，還有助于通過簡化系統(tǒng)架構(gòu)來降低數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)運(yùn)維管理成本。未來，隨著超融合技術(shù)的發(fā)展，超融合架構(gòu)與數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的融合還將得到進(jìn)一步的深化。

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