超融合技术在数据中心架构转型中的应用分析

么宇光

摘要：信息技术的快速发展与应用层次的不断深化带动了数据中心业务的不断拓展与各型新系统的规模化上线。现有的数据中心服务器系统综合效率低下与主要硬件设施效能落后的问题成了当前阶段信息领域继续向上发展的重大障碍。文章介绍了现阶段数据中心架构中存在的一些问题，继而从IT基础设施技术升级、控制人员成本以及提高现有资源的综合利用率等方面分析了超融合技术在现代数据中心架构转型中的应用，提出了以超融合技术为支撑完成数据中心架构转型的方案。

关键词：数据中心：超融合技术：架构转型：效能提升

中图分类号：TN919

文献标志码：A

0 引言

随着信息技术的不断升级及其在各领域特别是金融领域中应用的不断深化，数据中心等专业设备网络在金融产业运营与经营管理中扮演着越来越重要的角色，极大地推动了金融产业向信息化、高效化与智能化方向的转型。但是，随着社会的发展、产业规模的不断扩大以及所需处理的数据层次的不断复杂化，现有数据中心信息服务系统在软件与硬件方面均暴露出综合效能不足、系统反应迟钝以及综合运行可靠性与稳定性不足的问题，严重影响了数据中心在现代产业尤其是金融业等需要处理海量信息的产业的辅助与支撑作用。以往的信息系统建设多是按照“定需求一上会审核一采购硬件一部署操作系统一部署应用”的流程进行的，为了提高数据中心系统在运行过程中的稳定性与安全性通常会增设备用机，对于部分重要的信息化数据中心系统还需要设置冷备机以防范数据的丢失。实际上，这种模式虽然在一定程度上有助于提高数据中心的运行可靠性，但是有在基础性硬件利用效率不高、运维成本昂贵、对服务器性能依赖性强、核心业务系统可靠性保障不足以及在数据中心发生运行故障时自主性数据保护不及时等显著缺陷[1]。基于以上背景，借助超融合等新一代信息技術通过对基础架构的优化、硬件利用效能的提升以及系统综合运行成本的控制优化来推动传统数据中心系统的转型升级，对于进一步提高现代化数据中心业务运行管理水平而言具有重要的现实意义。

1 当前数据中心运行中存在的问题

在以往的数据中心系统中，大多数的隔离区与内部网络等非核心单元均处于单机运行的模式中。在该运行模式下，若网络中的某部分服务器因异常问题导致无法正常工作则由该服务器提供支持的应用均会停止运行，而无法由其他服务器来完成对应用的运行支持。因此，这种模式不利于提高数据中心系统的运行即可靠性[2]。此外，这种单机运行的模式不利于对系统中部分陈旧的服务器进行升级换代，而且简单的日常性维护的可操作性不强。近年来，数据中心系统的业务范围与规模不断扩大，支持系统运行的物理服务器总数也不断增加，还会暴露出以下几方面的不足。

1.1 运维成本较高

随着数据中心业务范围与业务规模的不断拓展，其系统中内嵌的应用种类与应用的功能也不断增多，这使得数据中心系统的结构越来越复杂，同时系统中用于支持的物理服务器数量也不断增多，为了保障系统的正常运转，与之相配套的电源类、机柜类以及制冷类设备设施的运行维护成本不得不相应的增加，因而造成数据中心系统的运行成本不断增多。此外，随着数据中心系统的结构越来越复杂，综合管理成本也相应地增加，同时还会造成系统管理效率不高的问题。

1.2 资源利用率较低

现阶段，许多数据中心系统中的服务器资源综合利用率大致介于5% - 15%范围内，可见目前服务器资源利用率处于较低的水平。随着后期数据中心系统中应用的不断多元化，配套的物理服务器数量也相应地增多。若系统中的每个应用都配备独立的物理服务器，则会进一步降低服务器资源的综合利用率。

1.3 系统可用性不高

高可用架构有助于提高计算机系统的可用性，但是受限于硬件资源不足的影响，数据中心系统中通常只有核心应用才会使用这种架构。因此，就当前大多数的数据中心应用系统来说，硬件出现异常后需要经历采购一物流配送一硬件安装一系统调测等过程才能恢复使用。系统在完成调测之前将一直处于失联的状态，因而造成系统可用性不高的问题。此外，对于非高可用性架构的系统，对硬件及相关软件进行升级时，系统需要保持在关闭的状态。因此，数据中心系统的升级与兼容性处理的可操作性严重不足，也进一步拉低了系统的可用性。

2 超融合技术应用于数据中心架构转型的优点

在计算机系统中，使用超融合架构能够很好地融合存储设备资源与虚拟计算资源，通过简化系统结构能够使得系统部署更具可操作性，系统运维管理也更加灵活。同时，由于超融合架构有助于实现系统内部计算、存储以及网络等信息资源的集中管理与调配，可以通过划分资源池的形式优化各类业务运行过程中的系统资源供需[3]。此外，利用超融合架构创建扁平化的IT架构，可以解决以往数据中心IT架构中存在的一些问题，还可以在系统综合性能、可靠性、安全性以及管理与运维成本等方面实现优化升级。

2.1 前期投入少

现代数据中心系统对于可用性的要求越来越高，因此很多传统架构的系统会采用采购外置存储单元、并联型高性能服务单元以及存储交换设施等多种专用硬件设施的方式来保证系统具有较高的可用性。这些硬件设施的采购与后期的运维管理均需大量的资金投入。通过引入超融合技术，可使用两台服务器与配套超融合模块显著提高数据中心系统的可用性，从而大大降低数据中心系统的构建与管理费用。此外，在使用超融合架构后，数据中心系统中的硬件数量显著减少。因此，对空间要求更低，机柜体积也可以更小。

2.2 上线周期短

以往的数据中心系统中设备种类多，各设备间的信息通信较为复杂。因此，在部署传统型数据中心系统时，除了需要支出大量的资金来采购各类软硬件，还需要花费较多的时间来完成各类硬件设施的配置与交互调试，这使得数据中心系统的构建与调试难度大、上线周期长[4]。引入超融合技术后，硬件设备设施的数量大大减少，配套软件的可用性也更高，资源划分与虚拟机的构建得到显著简化，因而能够大大缩短数据中心系统的平均上线周期。

2.3 运维管理可操作性更好

以往的数据中心系统架构中，各应用平台的管理彼此相对独立。多平台的统一管理存在明显的壁垒。因而，应用平台的故障诊断与平台升级难度较大，多设备、跨平台的联动配置与信息通信也十分复杂。使用超融合技术可实现高统一性、高可视化的Weh管理，从而使得网络的连通性测试变得更具可操作性，模块化的业务形式也很好地降低了系统的综合管理与维护难度。

2.4 扩展性更高

以往的数据中心系统各服务器之间相互依赖性较高，若其中部分功能服务器或配套辅助设施需要升级或更换时需要进行整体的替换，不仅需要花费更多的资金采购高性能服务器，还需要中断整个业务系统来完成系统的再部署与数据迁移。在超融合架构下，标准化服务器以近似并联的方式实现连接，可在不中断系统的条件下进行服务器的横向新增，来提高数据中心系统的数据存储与计算以及网络通信性能。因此，超融合架构在扩展性方面具有更优的柔性[5]。

3 超融合应用于数据中心架构转型的设想与实证

3.1 超融合架构简析

超融合技术的核心主要包括计算虚拟化、网络虚拟化以及存储虚拟化等。其中，当前较为主流的计算虚拟化线路又包括KVM、VMWARE、Hyper-V以及Xen等：网络虚拟化的实现得益于VxLAN与SDN技术的支持；存储虚拟化主要包括glustfs与ceph等线路。超融合架构是在超融合技术与配套硬件服务器的基础上构建而成的，能够高效地调配系统中的计算、存储以及网络等资源，可在数据中心容量扩展性与系统可用性等方面实现较为可观的优化。超融合架构的核心是虚拟机，因此该架构在存储空间、运算效能、系统可用性、系统运维以及部署可操作性等方面具有显著的优势。在超融合架构下，网络资源的调配更加灵活，底层物理设备与用户之间的相对隔离也使得硬件与虚拟化之间的融合更加完成和彻底。总的来说，超融合架构的特征主要包括全局对等、分布式部署、全节点自动分布式管理、系统故障智能侦测以及系统可用性高等。

3.2 超融合架构的构建思路

3.2.1 架构组建

具有分布式特征的超融合架構会将数据随机分配到网络中的各个节点，还可以通过自动修复副本来提高节点的可用性[6]。实际上，超融合架构的基础是通用型X86硬件服务器与配套的超融合软件以及网络交换机。服务器被虚拟化后作为超融合架构的底层架构，完成网络与存储的虚拟化，从而实现现代数据中心系统超融合架构的创建。同时，服务器、网络以及存储均以功能模块的形式进行虚拟化。系统中的网络资源、计算资源以及存储资源等均被整合到资源池内，从而大大提高了这些资源的集中管理与调配的可操作性，还可以降低数据中心系统的部署难度与运维管理的复杂度。为了保证良好的数据读取命中率，可通过使用固态硬盘来优化存储的1/0性能[7]。此外，借助VMware虚拟桌面技术构建模块化操作模板，可有效简化操作的复杂性，还可实现系统的用户集群规模化管理。

3.2.2 效益评价

由于采用了超融合架构的数据中心系统中服务器与交换机等硬件设施的数据大大减少，因而在硬件采购方面的资金支出更少，由于超融合架构具有较好的拓展性，因而潜在的系统扩容与升级成本可控：就系统可用性而言．HA虚拟化技术的应用为超融合架构提供了较高的运行稳定性：就数据可靠性而言，将超融合架构中的备份、数据重构以及快照等功能能够通过创建虚拟化数据副本的方式保证数据的安全：就运维而言，将超融合应用于数据中心系统中更有助于实现存储、网络以及计算等资源的集中式管理，有效降低了运维复杂程度[8]。

3.3 案例实证

某地方银行的IT服务部门负责该行的多门类金融业务信息处理，随着近年来数据中心业务范围与业务规模的不断拓展，现有的系统逐渐不能适应新增业务需求对IT类基础服务与数据安全保障方面的要求。所述数据中心IT服务平台架构如图1所示。

由图1可知，该数据中心系统采用了一种孤岛式的架构形式，随着系统负载的增多，其持续稳定运行的能力显著下降。为了解决该数据中心系统IT服务架构运行过程中存在的业务部署周期长、异构环境整合复杂、拓展性不足以及日常运维管理困难等问题，该行采购了3台通用型X86服务器与相配套的交换机等硬件设施构建了基于超融合的虚拟数据中心平台，完成了服务器资源、存储资源、网络资源以及云平台管理系统等模块的创建，同时将现有资源整体迁移至虚拟化数据中心系统内，实现了系统的创新运营与资源的集中式管理。其中，服务器资源模块经虚拟化后可将服务器资源进行抽象处理，完成CPU、存储以及I/O等物理资源向逻辑资源的转化，从而提高这些资源调度与分配的可操作性，同时还可以基于这些逻辑资源构建并行的虚拟机来进一步优化网络资源的利用效率；存储器资源模块主要用于系统数据与备份的存储，经虚拟化后可根据其I/O性能差异与全局硬盘资源中单个硬盘容量的差异将各硬盘分别定义为性能型硬盘或容量型硬盘以实现资源的灵活、统一调配：网络资源模块可为系统中的虚拟机提供高速的数据通信与多任务同步备份，结合虚拟化软件的使用还可以实现网络的智能化部署与配置：云平台管理系统是将系统中的计算、存储以及网络等纳入资源池进行集中式管理与运行情况的动态监控[9]。

4 结语

综上所述，随着社会的发展，传统的数据中心架构已不能满足业务范围与业务规模等方面的要求，同时硬件服务器及配套的路由器与交换机等设备数量的不断增多使得数据中心系统的结构越来越复杂，运维管理难度不断变大。合理利用超融合技术进行数据中心系统的转型与升级，不能满足金融与大数据等产业对数据管理方面的要求，还有助于通过简化系统架构来降低数据中心系统运维管理成本。未来，随着超融合技术的发展，超融合架构与数据中心系统的融合还将得到进一步的深化。

参考文献

[1]杨名．基于超融合技术的学校数据中心网络安全设计[J]．无线互联科技，2022（9）：29-31．

[2]黄家凯，赵逸君，樊旭东，等．基于超融合技术的地质大数据云计算基础设施设计与实现[J]．资源环境与工程．2022（1）：89-93．

[3]管春泓．云计算背景下数据中心网络架构设计研究[J]．信息系统工程，2021（ 12）：97-100．

[4]刘晓魁．数据中心云平台架构设计分析[J]．电脑知识与技术，2021（ 30）：4-6．

[5]王浩远，彭新潮．基于区块链技术的交通数据中心架构设计[J]．邮电设计技术．2021（10）：73-77．

[6]卢智利．超融合技术构建医院数据中心基础架构的价值[J]．中国研究型医院，2021（4）：28-30．

[7]李民东，赵伟．基于超融合技术的数据中心平台建设[C]．济南：2021（第九届）中国水利信息化技术论坛论文集．2021.

[8]江维．数据中心超融合技术研究[J]．信息与电脑（理论版），2021（4）：34-36．

[9]苑顺周，姚晓冬，邢羽．基于超融合技术的数据中心网络安全设计[J]．网络安全技术与应用．2021（ 2）：14-17．