超融合在云计算数据中心的应用

李建舒 曹琦

（空装西安局 陕西省西安市 710077）

在现代化社会当中，科学技术得以不断发展，促使计算机技术以及信息化技术快速发展，并且被广泛运用在各个行业领域当中，这样能够提升各个领域的实际发展水平。在过去构建传统数据信息中心的时候，要根据不同应用或业务系统采购专用的服务器、存储、光纤交换等设备。与此同时，需要专业人员根据不同软硬件厂商产品做好相应的集成工作，系统成败取决于各软硬件产品选型是否合理、集成商的技术能力，在系统建设初期无法将各个环节当中可能存在的问题充分展现出来。

云计算数据中心的核心，即云计算平台需要有资源池为其提供能力输出，这种能力包括计算能力、存储能力和网络能力，为了将这些能力调度到其所需要的地方，云计算平台还需要对能力进行调度管理，这些能力均是由虚拟化资源池提供的。超融合架构就是对底层硬件进行全虚拟化，从而将服务器集群所包含的计算、存储、网络资源进行池化,形成虚拟资源池，以备灵活调用。随着超融合系统构架的出现，衍生出了新型建设方法与方案，可以灵活调整以满足以满足不同应用系统各阶段不同需求。因此，当前云数据中心建设应该优先考虑超融合构架的推广应用，将其充分使用在建设现代云计算数据中心过程当中，有效提升其实际建设质量与效果。

1 超融合构架概述

1.1 基本内涵

超融合构架是指在同一套单元设备（x86 服务器）中不仅仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且还包括缓存加速、重复数据删除、在线数据压缩、备份软件、快照技术等元素，而多节点可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展（scale-out），形成统一的资源池。

超融合架构可以作为云计算数据中心的底层支撑架构，目前已被运用在新一代云数据中心建设作业过程当中。通过超融合构架的科学合理运用，能够实现计算、存储、网络之间的良好融合，和以前传统数据中心集成方式进行对比分析，该构架在计算能力、数据存储以及网络扩展等方面存有十分明显的优势作用。与此同时，可以有效保证业务系统运行可靠性以及稳定性。

1.2 超融合构架特点分析

超融合构架的设计，拥有独有的特点，实现了计算、存储、网络之间的良好整合，由此带来的无论是性能，还是扩展性，稳定性、可靠性，以及运维的简化，都具有优势。

1.2.1 分布式存储系统特点

通过“池化”各节点服务器存储资源，统一管理调度。数据分散存放，通过全局负载均衡和分布式缓存技术提高IO 性能；因采用集群管理方式，不存在单点故障，灵活配置多数据副本，不同数据副本存放在不同的机架、服务器节点硬盘上，单个物理设备故障不影响业务的使用，系统检测到设备故障后可以自

动重建数据副本；没有集中式存储控制器，支持平滑横向扩容，容量几乎不受限制；存储软件直接部署在服务器上，没有单独的存储专用硬件设备，通过Web 页面的方式进行存储的管理，配置和维护简单。

1.2.2 存储与计算的有效融合

利用超融合技术对底层硬件进行全虚拟化，从而将服务器集群所包含的计算、存储、网络资源进行池化,形成虚拟资源池。通过集中式资源管理模块，对底层硬件资源、虚拟资源池和虚拟实例进行统一管理、监控，并支持为不同类型应用灵活分配资源。通过虚拟化技术将计算资源和存储资源有效融合，以虚拟机形式呈现。通过超融合可最大限度地提高每秒输入/输出操作（IOPS）并减少延迟，从而达到对存储I/O 的负载平衡。同时采用分层存储形式则自动将最需要的数据块移动到更高速的存储设备中，从而进一步加快对数据读写操作速度，以满足更复杂的应用。超融合架构采用全分布式架构，软件分布在每一各节点上，数据被复制多份并跨主机保存，同时利用虚拟机HA 技术和虚拟负载均衡等技术为应用提供高可靠性。任一主机一旦出现故障，都能保证集群管理不中断、数据不丢失和应用正常访问。

1.2.3 采购成本较为廉价

IT 系统实现包括建设、运维、人力、能耗等多个方面。毫无疑问，更简单的架构和管理能给用户带来更低的使用成本。由于超融合系统无需专用SAN 存储及SAN 存储设备，也无需使用大量HDD 硬盘来堆叠出所需要IO 性能，因此在同样的性能要求下，超融合产品一般只需传统架构的60%硬件设备；超融合系统实施快捷，时间成本和人力成本相对传统存储节省80%左右；运维成本上，超融合系统极其简便的运维方式，相对传统架构其运维成本甚至可以降低80%以上。另外在相同业务需求下，超融合架构需要更少的硬件，超融合一体机服务器甚至可以做到高密度整合、模块化配置，大幅节省机柜占用空间，电能节省最高可达40%。

1.3 虚拟化构架技术种类分析

云计算离不开底层的虚拟化技术支持，从虚拟化的实现方式来看，虚拟化架构主要有两种形式：宿主架构和裸金属架构。在宿主架构中的虚拟机作为主机操作系统的一个进程来调度和管理，裸金属架构下 则不存在主机操作系统，它是以Hypervisor 直接运行在物理硬件之上。宿主架构通常用于个人PC 上的虚拟化，如WindowsVirtual PC，VMware Workstation，Virtual Box 等。

当前主流虚拟化运用分成传统虚拟化构架以及超融合构架。首先，对于前者而言，此构架当中含有多样性的设施设备，例如，相关系统包含了负载均衡设备等。所以其结构上更加复杂，多使用的设施设备类型与数量十分多样。在全面控制以及管理设施设备上也存有很大程度上的难度。在实际管理的时候要求专业人员保证管理工作的顺利进行，这样非常容易造成其管理工作非常依赖服务集成企业。在此之外，因为设施设备的类型非常多，导致各个设施设备之间所存有的兼容性不断降低，差异性的设施设备在匹配以及性能等方面都存有非常明显的缺陷以及不足。与此同时，由于维护作业要求多个方面主动参与其中，所以在对相关设施设备进行维护作业的时候，其成本支出比较高，并且难以实现系统的良好扩展。其次，对于后者而言，此构架可以实现计算功能以及储备功能之间的良好整合，充分运用先进的虚拟化技术，建设完善且健全的统一化管理平台。所以此架构的稳定性以及可靠性特征非常明显，并且可以更好的保证其安全质量与成效，对于自动化分布以及系统性能等都存有非常明显的优势作用。

2 超融合构架在云数据中心的应用分析

超融合构架的广泛运用具备繁杂性特征，在此过程当中，一方面应该保证数据信息的真实性以及客观性，另一方面也需要有效提升整体服务器集群实际运用的质量与可靠性。在对故障问题进行数据以及恢复某些数据信息的时候，应该保证此构架的可靠性以及有效性。在对超融合构架实际进行运用的时候，应该尽量防止出现节点失去效用的现象。与此同时，也应该避免多样性资源的占用。在此以外，在展开储备整合的时候，需要强调系统的性能型，有效保证其功能的展现。在现代化社会当中，超融合构架被广泛运用在云数据中心当中，其主要展现在下面几个方面。

2.1 业劣快速部署，降低成本，提升ROI

超融合基础架构首先给用户带来的价值是加快业务部署。传统的项目要经过一个非常长的项目设计、规划，然后到整个采购，之后要去进行集成、部署、测试等相关工作。而超融合架构般都预集成封装虚拟化平台、云平台管理软件、SDN 网络和分布式存储，集成整个存储、计算和网络以及应用软件让整个IT 架构的搭建简化了很多，整个项目的IT 部罟周期可以缩减50%的时间，而且还可以降低很多人工出错风险。

超融合架构大部分都是基于X86 硬件设备，可以显著降低∏采购成本。另外，由于Ⅹ86 采用统的硬件架构运维成本也会降低。

2.2 提升云计算数据中心存储性能

超融合存储系统采用的是软件定义技术，首先解决的问题就是传统集中存储的性能问题，传统架构的存储设备已经无法满足云计算架构对存储性能和灵活性的需求，超融合存储架构师分布式的，可以彻底摆脱传统IT 架构对存储系统的性能约束。因此，在云计算数据中心当中，将超融合构架融入其中至关重要，其可以保证储备系统的正常运转，有效提高其运转的稳定性以及高效性，将其所具备的储备作用充分发挥出来，这对设备实际运转情况起着重要作用。

2.3 支撑虚拟桌面、私有云等虚拟化计算应用

超融合架构可以将计算、存储和网络资源整合到起，提供软硬一体的解决方案。

在虚拟化应用方面，包括存储、备份、复制、负载均衡在内所有策略的制定，都会围绕支持虛拟机进行。例如数据保护策略，传统SAN 常使用第三方工具来定义，而超融合架构就将其集成在虚拟机层。不同数据中心之间或不同应用间（备份、复制等）进行负载迁移，管理员只要在虚拟机层操作就好了，无需亲自下到数据中心或底层存储去操作

在虛拟桌面（VD）应用方面，由于各种应用部罟在单的共享资源池里，可以不需要担心存储系统功/O 影响虚拟机性能。此外，超融合架构的大容量分布式行储环境为系统灵活掌控随机和顺序负载提供可能。而且釆用SSD 加谏的分布式存储集群可以保障足够的IoPS 应对DI 启动和登入风暴等严峻的负载挑战

2.4 在大数据分析方面应用

目前大部分企业都在考虑部罟大数据分析平台，对于存储的空间扩充和数据管理将是非常大的挑战。超融合架构具备横向扩展的特性，针对海量数据存储应用，可以实现大规模通用集群存储。超融合架构存储系统通过网络技术将大量基本X86 存储单元整合起来协同工作，对外提供统数据存储服务。另外，超融合架构设备厂商还会针对大数据环境进行了性能优化，并采用了副本、集群等大量容错技术，各项技术性能指标完全可以达到主流中高端存储阵列水平，替代传统集中式的存储设备。

2.5 在高性能方面应用

说到高性能应用，数据库类应用对系统资源的占用一般是最高的。在传统的架构中，针对 Oracle 这类应用都会采用物理机设备。但是一般的Ⅺ86 物理机单台性能最高也就8 颗CPU，在业务髙峰期无法满足高性能需求，在业务低峰期又会造成资源浪费。而且这类系统对集中式存储的依赖性也很高，因为 Oracle 数据往往要求强致性。为了在超融合架构下使用这类应用，一般会在超融合架构存储中增加分布式锬机制等的功能，在软件定义存储系统的最底层位置，维护多数据副本间的强致性，结合随机写日志化和数据智能分层等先进的数据读写过程，不仅可以提供给Oracle 高负载的数据库应用性能，还让数据库应用兼具了超融合架构的横向数据扩展能力

3 结束语

对于过去经常使用的构架而言，其计算功能以及存储功能之间出现了明显的分离现象，并且难以和实际管理以及运转等方面的需求相满足。与此同时，也在维护以及拓展等方面很大程度上的困难。在这样的情况下，导致其成本造价非常高。和过去的架构情况进行对比分析表明，超融合架构具备非常显著的优势作用，其主要展现在开放程度以及拓展性等多个方面，也可以为之后管理以及维护系统的相关工作增添更多的方便。所以在当前对云数据中心进行实际建设的过程当中，应该加强基础性设施架构的全面合理建设。在此以外，也应该做好先进技术以及有关结构产品的探究和分析工作，有效提升超融合架构的实际运用能力以及水平，这对促进我国有关领域的可持续发展起着十分重要的作用，并且可以推动社会的稳定发展与国民经济的整体发展。因此，加强超融合云数据中心构架的相关研究具备现实意义。