超融合+云桌面底层融合架构的建设与研究

薛燕娜 杨文军

摘要：为应对各场景应用中大量终端、服务器的使用需求，解决各场景中硬件的重复建设，造成计算、人力、投入等资源的浪费和硬件资源的“孤岛”问题，提出了基于结合超融合技术+云桌面方案进行融合底层的架构方式，组成超大集群，将云桌面、超融合软硬资产全部池化，从而实现资产复用和共享。该架构具有统一管理控制、卓越的并发I/O处理和资源协调能力，同时简化IT运维管理、降低运维成本、提高数据安全性和访问的灵活性。

关键词： 超融合；云桌面; 终端; 集群；池化

中图分类号：TP308；TP333 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）11-0072-03

0 引言

高校中根据教学、实训、移动办公等应用需求分别创建了超融合、云桌面两大独立平台，但随着时间的推移，用户量、存储和多种教学场景等数据量会逐渐增多，占用的硬件资源、存储资源和I/O处理会明显提高，需要对超融合、云桌面两平台分别进行软硬件资源的持续扩容，因两大平台相互独立，无法实现软硬资源的相互共享，这样就造成场景的重复建设，提高建设成本、降低运维效率。所以本文结合两大平台使用情况及问题，提出了将超融合、云桌面进行底层融合的技术架构，两平台用同一底座，组成超大集群，软硬资源全部池化、相互共享、资产复用和统一集中管理等，实现计算资源的合理分配，提高硬件资源利用率及管理效率。

1 超融合+云桌面相关技术

1.1 超融合架构

超融合架构[1]是集成计算资源和存储设备的信息基础架构。在这样的架构环境中，同一套单元设备中不但具备了计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且多套单元设备可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展，形成统一的资源池。和传统的三层架构相比，超融合架构可以为数据中心带来高可靠、高可用、灵活扩展、管理维护简单、绿色环保等优势。

超融合技术架构[2]主要组件有三大部分：计算虚拟化+网络虚拟化+存储虚拟化，如图1所示。超融合的特点之一就是，存储虚拟化基于分布式存储系统，融合了分布式缓存、SSD读写缓存加速、多副本机制等多种存储技术，在功能上与独立共享存储完全一致。分布式存储采用多副本机制，一份数据同时存储在多个不同的物理服务器硬盘上，提升数据可靠性，保障关键业务安全稳定运行。也就是说，超融合架构会对数据做备份。一份数据会复制2-3份，存储在不同的服务器里。即使1台服务器宕机，数据也不会丢失，安全可靠。

1.2 云桌面管理架构

云桌面[3]是云计算和虚拟化技术，将用户桌面环境從物理设备中解耦，实现中心化的管理。主要有两种类型为VDI、VOI，是通过数据中心的服务器生成若干个虚拟机，这些虚拟机就是云桌面，如图2所示。但是终端无法直接连接到虚拟机（云桌面），需要通过技术将虚拟机转换为云桌面发放出来，发放后只需要客户机（PC、手机）等连接到数据中心云桌面服务平台，最终就可以得到桌面的使用。

随着虚拟化技术的不断成熟，利用虚拟技术对各个物理设备进行虚拟化处理，从而使用资源的利用率有效提升，以此节约成本、提高应用质量。在虚拟化的技术下，软硬件之间联系会更加灵活，可扩展性也便捷，在高校中多种不同的教学、机房、移动办公等场景得到普遍应用。云桌面[4]与终端数据信息分离、后台集中管理和存储，用户可以通过任意网络接入云桌面，资源都集中到数据中心，能够弹性分配资源，提高资源利用率。用户可根据实际需求定制个性化设置，以满足多元化的需要。

2 超融合+云桌面底层融合架构的建设

2.1 超融合+云桌面底层融合架构建设方案

在教学、实训、科研和办公等不同场景中会有大量各种终端、通用虚拟服务器等，各场景资源重复建设，造成严重的资源（计算资源、人力资源、学校投资等）浪费和硬件资源的“孤岛”现象。将基于底层的超融合和云桌面架构结合，形成“一基、一底、一硬、一软、一平台”的建设模式，同时具备云桌面、超融合虚拟化两种不同的服务能力，通过融合，两大技术优势互补，可以满足多种专业教学的多样性需求。

基于云桌面应用场景+超融合技术，组成超大集群，将学校现有的硬件资源全部池化，实现资源的复用性和共享性。利用融合技术[5]在分布式存储的基础上，把数据分层，分层后对安全性要求高的数据，比如教学、办公、科研、主镜像、核心业务等数据，采用多副本、CDP或纠删码等方式做数据安全保障；同时对安全性要求较低的数据，为节约存储空间的占用率，采用单副本保存的方式，解决常规存储方式将原数据备份多次，磁盘占用率居高不下的问题，同时降低了数据交换的网络带宽占用率，降低整体建设成本，提高性价比。

部署步骤如图3所示：1） 将云桌面、超融合底层系统版本升级到最新，可以相互管理；2） 通过10G网络把多台物理服务器进行互联，将管理通信口、数据通信口、业务通信口、存储通信口、终端通信口测试调通；3） 利用超融合平台接管云桌面[6]，将云桌面用户虚拟热迁移到超融合平台中，依次迁移；4） 将云桌面物理服务器依次整合到资源池中，把所有硬件资源进行虚拟化，形成超大资源共享池；5） 通过统一云管理平台进行对VDI、HCI进行资源的智能分配与管理；6） 通过万兆网络接入到云平台；7） 用户登录云桌面在线办公及访问其他通用业务系统。

2.2 超融合+云桌面底层融合架构建设的实施

结合学校实际需求和不同场景，将现有两大平台进行本地相应融合，总虚拟机[7]共370台，云桌面虚拟150台，业务虚拟机220，部署整合时，将所有X86物理主机依次加入集群中，形成超大集群资源池，进行统一弹性调度、集中管理、HA动态故障切换、数据容灾。超融合+云桌面融合架构设备列表如表1所示。

2.3 超融合+云桌面底层融合架构的应用价值和成效

本文将超融合和云桌面底层融合起来协调工作可以提供更强大、灵活和高效的IT基础架构，为高校后期建设提供技术性支撑和应用方面的优势。

1） 高效集成管理， 该底层融合架构通过提供统一的管理界面或控制平面，管理员可以更轻松地统一VDI资源与通用集群，资源、应用和运维一体化管理模式，监控、配置和维护整个系统，简化了管理环境，提高了管理效率。

2） 弹性伸缩承载，该底层融合架构在有需求的时候可以随时增加或减少计算和存储资源，例如增加新的硬件或服务，DRX/DRS动态添加CPU或内存资源和智能资源调度，可同时承载HCI、VDI多种虚拟机，资源灵活扩展，自定义调度策略，提升桌面等业务体验。另外，可以根据用户需求动态地调整通用业务、云桌面业务的数量和性能，提供了灵活的运行环境，这种灵活性和可扩展性对于适应业务的快速发展和变化至关重要。

3） 高可用性和容错性， 该底层融合架构通过协同工作，系统可以更好地应对硬件故障或其他异常情况，从而提高系统的可用性和稳定性。分布式存储采用UIO、Cache加速提升存储系统性能，采用冗余策略、三网链路聚合等技术保证系统和数据的高可靠。分层算法智能识别热数据存放于SSD分层中，提高读性能；数据写入SSD中分层空间写入一次即可用，无需再写入到读缓存中，提高写性能。支持节点、硬盘和Cache盘独立按需扩展，节点和硬盘扩展之后，数据会在后台自动按需负载均衡。同时兼容业界主流的X86和ARM 服务器，无须担心厂商锁定，轻松构建开放平台。

4） 数据安全，融合平台从存储层完美隔离各类安全风险，有效保障用户数据安全，容灾和备份功能有效地做到多层级防护，避免了磁盘的逻辑故障、或人为的大型硬件故障，实现有效的双重保护。虚拟化作为核心平台，内部可啟用虚拟机磁盘加密功能，用户可单独指定某个磁盘进行加密，并有多种加密算法可供选择，有效加固存储信息安全，外部可基于用户身份验证、访问控制策略方式，全方位保护用户数据安全。

5） 成本效益，超融合通常能够更高效地利用硬件资源，而云桌面则可以减少终端设备的成本。通过融合这两者不同基础设施组件，不同的组件可以更紧密地协调运作，避免冗余的操作和通信，提高整体系统的响应速度和吞吐量，可以最大限度地提高资源利用率，减少总体IT成本。简化的管理过程以及更好的性能，降低运营和维护的成本。

3 结束语

为配合创建数字化、信息化校园，本文进行了超融合+云桌面底层融合技术方案的建设改造，通过两大平台优势及一系列前沿技术提升存储系统性能，能满足虚拟化、容器化和云桌面资源池等场景的应用需求。在实施过程中，根据特定的业务需求和环境进行定制化配置和调整，最终形成“一基、一底、一硬、一软、一平台”的架构模式，数据分层备份，平台灵活、高效、安全、稳定，为高校后期数字化建设打下坚实基础。

参考文献：

[1] 韩银俊，杨洪章. 超融合存储关键技术及应用[J]. 科技风，2019（24）：86.

[2] 尹劲梅. 基于超融合架构的机房建设浅析[J]. 电脑知识与技术，2016，12（30）：9-10.

[3] 肖成. 云桌面技术应用浅析[J]. 金融科技时代，2020，28（6）：72-75.

[4] 魏金涛. 基于云桌面技术的高校计算机机房管理研究[J]. 电子元器件与信息技术，2023，7（6）：109-112.

[5] 杨会伟，陈珏，姚学军. 超融合多功能桌面云机房建设研究[J]. 电脑知识与技术，2022，18（26）：60-62，65.

[6] 张晓光. 基于超融合存储的云桌面平台建设[J]. 水电站机电技术，2022，45（4）：94-97.

[7] 陈红领. 超融合存储基于桌面虚拟化架构下的实践应用[J]. 信息通信，2020，33（4）：75-76.

【通联编辑：光文玲】