湖北工业大学 部署异构超融合试验床

文／黄学松 周 昕

湖北工业大学 部署异构超融合试验床

文／黄学松 周 昕

云计算与大数据、移动互联、物联网在高校信息化进程中不断得到实践，并推到高校网络走向全联接，管理走向新业态。云是最重要的基础性设施。近年来各高校进行了多种形式的尝试，并取得了较好的效果。湖北工业大学根据自身能力，部署了异构超融合试验床，以此为基础，尝试承载相关业务，并为大学生的创新实践提供基础条件。

云的主要特征

云计算的特点是通过网络连接来共享计算资源；其核心是用户服务。包括基础设施服务（Infrastructure as a Service，IaaS）；平台即服务（Platform as a Service，PaaS），软件即服务（Software as a Service，SaaS）等不同层面。

IaaS提供基础设施层面的服务，包括服务器、操作系统、磁盘存储、数据库等。用户能够在IaaS上部署和运行任意软件，而无须管理和控制底层设施；PaaS提供开发平台层服务，用户可以在平台之上建设新的应用或者扩展已有的应用；SaaS是最具活力的云计算服务，受到最终用户的普遍关注。各种应用软件安装在云端，用户使用诸如浏览器、瘦客户端等直接使用软件的功能，而无须关注软件本体的其他细节。当然，云中心还可以为架设诸如API、Web等企业级的ICP业务。

云计算与大数据、移动互联、物联网在高校信息化进程中不断得到实践，并推到高校网络走向全联接，管理走向新业态。

“云”的架设目的在于解放“端”。用户的方便是以“云”的稳健基础架构及其悉心细致看护为前提的。云的架构需要考虑技术、经济的可能性，以及完全的管控能力。如：虚拟化技术（服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化）、大规模分布式数据管理、并行编程、Web2.0交互管理、安全管理等都需要全面兼顾。根据学校实际情况，综合各种因素，湖北工大选择国产某品牌超融合异构试验床。

超融合的主要特征

超融合基础架构（Hyper-Converged Infrastructure，HCI）指在同一套单元中不仅仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等要素，而且还包括备份、快照、重复数据删除、在线数据压缩等要素；多套单元可通过网络进行线性聚合，实现模块化的无缝的横向扩展，形成统一的资源池。HCI是Google、Facebook后台的大规模基础架构，其稳健和可靠毋庸置疑，可以为数据中心带来最优规模效益和灵活性。超融合的基础架构如图1所示。

不难看出，HCI的思想来源于Google等大型互联网公司的IT基础架构的实践：计算和存储资源共存，实现低延迟的数据I/O，计算能力和存储能力（包含容量和IOPS等）的横向扩展。尤其是它对基础硬件的良好扩展，堪称回归了冯·诺伊曼模型的最初本质。

图1 超融合的基础架构

图2

异构超融合试验床的性能

异构超融合在设计思想上继承了超融合架构的本源和实质：以软件定义、横向扩展、计算和存储融合为核心特征，致力于在异构硬件和多业务应用两个维度上有创新。

异构超融合在硬件融合方面具有独到优势。例如不同品牌的服务器的融合：Gigabit（1Gb,10Gb）Ethernet，Fiber Channel，Infiniband/RDMA，IPv4/IPv6等多种网络架构的融合、标准和协议的融合；传统机械盘、固态硬盘、NVRAM、传统的共享SAN和NAS存储的融合。同时，异构超融合考虑了融合基础上的计算服务；具有多种数据分布策略和多种读写过程；对多层存储结构，可以做到数据分层和冷热数据分离；其灵活的配置能将原有IT资源及后期扩展资源有机整合，以获得云体验。

异构超融合的微内核架构及其组件，还具备多应用调度能力。在同一平台上针对不同类型的应用智能调度存储资源、计算资源和网络资源，支持用户定义的资源优先级和输入输出关系。在各种类型的应用之间可以做区域性隔离，以保证不同级别应用的安全。

应用体验

湖北工业大学是在教师的指导下，由学生团队参与建设和管理试验床。学校希望在取得试验性结果并进行技术经济分析后，再进行实践应用拓展。

第一，在异构超融合支撑虚拟桌面、私有云等虚拟化计算应用：试验表明，同知名品牌一样，异构试验床可以方便地将计算、存储和网络资源整合到一体式机柜中，提供软、硬一体的服务。采用开源虚拟化技术，具有自身的计算管理平台和统一的云管理界面；每台计算存储节点（标准x86服务器）可以采用多种配置方案；所构建的虚拟机具有较强的I/O吞吐能力等。我们还尝试了在此基础上承载不同品牌的云桌面产品，得到了初步满意的结果；

第二，在数据库应用开发方面，尤其是某些依赖共享存储系统的集群数据库系统，也能在软件定义存储系统的最底层维护多副本的一致性，让数据库应用兼具横向扩展能力。异构试验床向以工大在线为基础的多个学生创新实践团队开放，也获得了初步满意的结果。学生团队在云上完成了诸如微信开发、校园App开发等不同类型的项目体验。

总结与分析

1.高校云的建设与利用是一个系统工程，不能一蹴而就，应当统一规划，分步推进；选择适合自己的技术与产品。云的建设与利用过程也是高校信息化能力提升过程。自建、租赁都是可行的技术路线，应当以用户体验为判断准则；用户的任何便利，都是云端的有效提供相关联的。这可能极大地增加信息化部门的任务和责任，但这是不可逆转的方向。

2.超融合基础架构具有广阔前景。无论是从HCI的诞生过程，还是当前各大骨干厂商的研发看，超融合架构是业界高度认同的方向。如：超融合较好地解决了传统虚拟化基础架构的存储所面临的问题：维修费和升级费高昂，I/O扩展难；故障维修难度大，耗时长，影响广（中心节点故障可能引发大面积服务瘫痪）；容灾备灾难度大，费用高，且在灾难发生时，无法立刻启用，其备份的数据根据性能和策略会有不同程度的滞后；无法对服务器本地硬盘资源进行最大化利用。

3.以存储为例，可以粗略估算超融合架构的技术经济价值，假设基础存储规模为100T，年扩展为50%，每T共享型存储购买费用为1万，每年维保费用为购买价格的20%，单块1T硬盘价格0.3万，因故障原因更换硬盘比例为10%，可绘图如图2。

综上所述，不难看出，超融合架构会随着时间推移和存储规模的不断扩大，体现出较大的社会和经济效益。

（作者单位为湖北工业大学信息技术中心）