高校超融合平台分布式存储模式探索与实践

摘要：随着云计算技术、大数据以及计算机硬件的不断发展，相对于传统的高校计算机机房来说，使用虚拟云桌面可以使数据不落地，能够有效保障数据安全，同时易于集中管理和运维。笔者学校利用超融合分布式存储模式进行云桌面建设，探索用于BIM教学，相比非分布式存储模式的云桌面，超融合平台分布式存储，采用计算节点和存储服务分开的数据存储模式，整体存储利用率教高、性能教好，可避免重复硬件投资，具有较大的优势。

关键词：超融合;云桌面;分布式存储;BIM

1 绪论

高校计算机机房对学校的专业教学、考试以及开展社会服务起着十分重要的作用。随着高校每年不断扩招，学生人数不断增加，计算机机房数量越来越多，配置越来越高。然而，由于计算机机房使用频率高，长期使用后无法确保系统和软件的数据完整，硬件情况无法实时了解，加大了机房管理人员的管理难度，进而影响了机房使用者的使用效果。如何能够更高效地对计算机机房进行管理，提高管理效率，降低管理成本，是各高校需要深入探讨的一个问题。

2 传统计算机机房存在的主要问题

高校现有传统的计算机机房承担着不同年级、不同专业各种教学、考试、培训等任务，同一台机器上安装有不同的系统，同时每个系统上需要安装大量的应用软件，少则十几种，多则几十种。另外，大量的应用软件经常需要更新以满足教学、考试及培训的需求，这就使计算机机房管理人员需耗费大量的时间来进行系统安装及应用软件更新。

目前，大多数高校计算机机房存储模式普遍采用通用的直连SATA磁盘，属于直接式存储的一种模式。随着计算机机房教学不断使用，数据不断增长使其在系统中病毒、系统文件损坏等情况下，恢复系统需要花费大量的时间和精力，并且随着课程教学软件的扩展，学生、学校成果数据存储等方面的问题与日俱增。

因此，选择适合高校计算机机房数据存储的方式，对于提高计算机机房的管理效率，提升教师、学生等用户的使用体验感，减轻机房管理人员劳动强度以及促进教育教学质量的提升具有重要意义。

3 常用存储模式对比

3.1 直接式存储（DAS）

直接式存储（DAS：Direct Attached Storage），是指将存储设备通过SCSI接口或FC接口直接连接到一台计算机上。DAS是目前生产生活当中十分常见的存储方式，区别于网络存储，在存储设备和主机之间没有任何网络设备的参与，只有挂载它的主机才可访问它。因此，不能对存储资源进行高效利用。

3.2 网络附属存储（NAS）

网络附属存储（NAS：Network Attached Storage），是指连接在网络上，具备资料存储功能的装置，也称为“网络存储器”或“附加存储”。它是一种专用数据存储服务器，以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，实现集中管理数据，从而释放带宽、提高性能、降低总拥有成本，极大地方便了用户使用与管理。

3.3 存储区域网络（SAN）

存儲区域网络（SAN：Storage Area Network），是指采用光纤通道交换机连接存储阵列和终端主机，建立起专用于数据存储的区域网络。SAN存储架构需要建立专用数据存储的网络，需要使用专用的光纤通道交换机，不能与其他设备复用，成本较高。

3.4 VMware vSAN分布式存储

VMware vSAN分布式存储，是一种由VMware公司开发的超融合分布式数据存储架构，通过网络使用每个节点上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在整个集群的各个角落，不需要部署单独的阵列或存储网络硬件，如图1所示。

传统的网络存储系统采用集中的存储服务器存放所有数据，相关服务器性能的高低成为存储系统性能提升与否的关键，也成为了数据可靠性和安全性的重点。因此，很难满足大规模数据存储应用场景的需要。

分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构形式，利用多台存储服务器共同分担数据存储，利用位置服务器定位数据存储信息，从而提高了存储系统的可靠性、可用性和数据存储的效率，还易于进一步实现数据存储的扩展，相比传统的网络存储可以大幅度降低存储成本。

vSAN有着自己的策略机制，通过策略存储管理，完成指定的资源配置和部署。当存储负载增大时，策略会自动调整平衡，动态负载，形成一个性能出色、安全高效的存储共享集群，这种存储机制，大大提高了vSAN集群的应用效率和性能，降低了运营成本。

4 VMware vSAN存储在BIM机房建设中的应用

建筑信息模型（Building Information Modeling）简称BIM，是以建设工程项目的各项相关信息数据作为模型建立的基础，利用相关软件，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术的应用实现了建设项目管理的信息化、数字化、可视化，极大的提高了项目生产效率和质量，有效地防止在生产过程中可能发生的“错漏碰缺”，降低了建造总成本。随着现代建筑的体量越来越大、形式越来越新颖、造型越来越复杂，建筑所包含的信息量越来越多，如何快速地计算、处理、存储以及使用海量的建筑信息数据就变得越来越重要。

近年来各地高校的BIM中心建设都正在完善过程中，许多都已经建立成了较为完整的信息化平台，但是基本上都是按照单台工作站模式进行部署，所使用的BIM软件均安装在工作站上，BIM模型数据一般也保存在本地。为了保证这些高配工作站的系统应用的可靠性与安全性，由于高校人员的流动性较大，院校需要花费大量的人力和时间来进行管理。因此，探索一种新的BIM应用与管理模式具有较大的理论与实践意义。

广西建设职业技术学院是一所以建筑专业为主的高职院校，近年来积极开展BIM技术应用研究与教学工作，取得了一定的成效。BIM应用作为重度计算的一个领域，除了对CPU、内存、磁盘的性能要求很高外，对GPU的性能也要求特别高，为了能够更加安全、有效地进行BIM技术教学及BIM技术的实际项目应用，学校就超融合BIM云平台的硬件架构建设进行了积极探索，初步建成了基于超融合BIM云平台的BIM教学实践平台。目前，基于VMware平台的超融合云桌面已经完成部署。

学校已经完成部署的平台服务器共有6台，每台采用两颗14核心并且使用超线程技术的E5-2690CPU、16条32G DDR4内存共512G、2块400G SSD缓存硬盘、8块900G HDD容量硬盘、2张光纤万兆网卡。平台部署时将每台服务器中的1块400G SSD硬盘用作数据缓存，4块900G HDD硬盘用作为数据容量盘创建一個磁盘组，将全部创建好的磁盘组添加至集群中即可完成vSAN存储的部署。整个部署完成后显示容量为全部容量盘相加的总容量8*900GB*6大约为40TB。每个学生端的云桌面节点提供SSD和HDD两种磁盘配置，可以适用于轻度及重度运算的应用场景，满足BIM基础教学的各种应用需求，极大地方便了教学使用，如图2所示。

学生端云桌面按每台分配6核心、8GB内存、200GB磁盘空间，使用链接克隆模式部署后实际使用存储小于传统存储模式50%。当全部机房的云桌面同时启动系统和因上课需要同时打开大型软件时，因为vSAN存储拥有大容量的读缓存和冷热数据分层功能而避免了启动风暴问题。当出现系统错误或中电脑病毒时，可在几分钟内重新还原到克隆时的原始系统，保障系统可正常使用。学生上课数据使用永久磁盘来存储，支持系统刷新还原时永久磁盘数据不丢失。

学校基于VMware平台的超融合云桌面部署完成两年多来，满足了REVIT、AutoCAD、3Dmax以及基础计算机应用等相关课程的教学任务。通过服务器的整合，控制和减少物理服务器的数量，明显提高单台物理服务器及其CPU的资源利用率，较大程度减少了硬件成本的投入。同时采用集中部署及升级软件，有效降低了运营和维护成本。

5 结语

高校计算机机房采用超融合平台分布式存储模式搭建的数据存储平台，能够实现支撑教学、考试、培训等多种应用场景，可以实现统一管理存储资源，根据不同需求进行资源的动态分配，提高了资源的利用率。同时，利用平台的软硬件信息管理功能也实现了机房整体资源使用情况和故障信息的实时监测，提升了计算机机房的运维效率和数字化程度，减轻了机房管理人员的劳动强度，降低了运营与维护成本，是一种有效的机房管理模式。

参考文献：

[1]夏畅.VMware vSAN分布式存储技术研究[J].数据通信，2018（1）：4-7

[2]蔡豪，邹香玲.VSAN分布式存储技术在高校数据中心的应用[J].昆明冶金高等专科学校学报，2016（1）：43-47

基金项目：广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“基于私有云平台下的高校BIM中心建设研究”（2019KY1378）;广西职业教育教学改革研究项目“1+X证书制度试点背景下BIM技术人才培养研究与实践”（GXGZJG2019B051）;广西建设职业技术学院校级科研项目“高职院校校内实践教学管理体系建设的探索与实践”（2019B002）

作者简介：孙义刚（1981— ），男，河北石家庄人，广西建设职业技术学院实习训练中心主任，高级工程师，研究方向：土木工程、职业教育管理、BIM技术应用。