超融合技術(shù)構(gòu)建智慧校園

摘 ?要： 介紹了超融合技術(shù)的內(nèi)涵、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，提出以超融合技術(shù)來(lái)構(gòu)建智慧校園，建設(shè)統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)和雙活數(shù)據(jù)中心等，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和生活以及校園資源和系統(tǒng)的整合及其精細(xì)化管理。

關(guān)鍵詞： 超融合技術(shù); 智慧校園; 信息化; 精細(xì)化管理

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1006-8228（2021）08-127-03

Building smart campus with Hyper-Converged technology

Huang Hongjie

（Fujian Vocational College of Agriculture Information Engineering Department， Fuzhou， Fujian 350119， China）

Abstract： This paper introduces the connotation， characteristics and key technologies of Hyper-Converged technology， and proposes to build a smart campus with Hyper-Converged technology， build a unified authentication platform and an active-active data center， so as to realize the integration and fine management of teaching and living， and campus resources and systems.

Key words： Hyper-Converged technology; smart campus; informatization; fine management

0 引言

教育領(lǐng)域在進(jìn)行數(shù)字化校園建設(shè)時(shí)，一般是“按需、逐個(gè)、獨(dú)立”的購(gòu)買或研發(fā)教育信息化應(yīng)用系統(tǒng)，但隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，最終形成了以數(shù)據(jù)、應(yīng)用、硬件和資源等組成的“孤島架構(gòu)”。本文利用超融合技術(shù)構(gòu)建智慧校園，提高了教育資源的共享和利用率，以此促進(jìn)學(xué)校管理手段和教學(xué)方式的變革。

1 超融合技術(shù)概述

超融合技術(shù)，又稱“超融合架構(gòu)技術(shù)”，是指在單個(gè)一體化基礎(chǔ)架構(gòu)中同時(shí)具備計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和虛擬化等資源和技術(shù)的架構(gòu)。超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（Hyper-Converged Infrastructure）是一種集成了虛擬計(jì)算資源和存儲(chǔ)設(shè)備的信息基礎(chǔ)架構(gòu)。在這樣的架構(gòu)環(huán)境中，以硬件服務(wù)器為基礎(chǔ)，以虛擬機(jī)為核心，提升集群的運(yùn)算效能和存儲(chǔ)空間，具有融合性、敏捷性、安全性、擴(kuò)展性和開(kāi)放性等特點(diǎn)。同一套單元設(shè)備中不但具備了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和服務(wù)器虛擬化等資源和技術(shù)，而且多套單元設(shè)備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聚合為一個(gè)統(tǒng)一的資源池，實(shí)現(xiàn)了模塊化的統(tǒng)一管理和無(wú)縫橫向擴(kuò)展，形成了智慧校園硬件資源與虛擬化平臺(tái)的完整融合[1]，實(shí)現(xiàn)了超融合技術(shù)構(gòu)建智慧校園，如圖1所示。超融合技術(shù)主要組件有三大組成部分：①計(jì)算虛擬化;②存儲(chǔ)虛擬化;③網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

2 超融合技術(shù)特點(diǎn)

2.1 融合性

超融合將計(jì)算虛擬化和分布式存儲(chǔ)部署在同一服務(wù)器硬件內(nèi)，用戶可根據(jù)自身需要來(lái)設(shè)定計(jì)算和存儲(chǔ)資源的服務(wù)等級(jí)，實(shí)際資源的分配可由智慧校園超融合管理平臺(tái)自動(dòng)完成，管理變得輕松而簡(jiǎn)單[2]。超融合架構(gòu)把服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)及存儲(chǔ)進(jìn)行了融合，并且搭載在統(tǒng)一管理平臺(tái)上（圖1），便于維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了物理融合及管理融合。

2.2 敏捷性

超融合技術(shù)通過(guò)軟硬件一體化的深度融合，加快實(shí)現(xiàn)設(shè)備交付、彈性伸縮架構(gòu)、敏捷持續(xù)部署業(yè)務(wù)和精簡(jiǎn)管理系統(tǒng)。超融合技術(shù)利用虛擬化和軟件定義存儲(chǔ)以及硬件的重構(gòu)，構(gòu)建了扁平化、結(jié)構(gòu)隨需而變、彈性可擴(kuò)展的業(yè)務(wù)敏捷交付平臺(tái)，所有的模塊資源均可達(dá)到按需部署，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)資源擴(kuò)展業(yè)務(wù)和靈活調(diào)度。

2.3 安全性

超融合采用集群管理方式，集群中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息同步，共同管理集群資源和任務(wù)，構(gòu)成分層存儲(chǔ)的統(tǒng)一資源池，實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)對(duì)資源的無(wú)縫訪問(wèn)，其安全性表現(xiàn)為：①系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠自動(dòng)在其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備上重啟，避免單點(diǎn)故障;②如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了故障，整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)仍可以正常工作，有效保障業(yè)務(wù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)安全可靠。

2.4 擴(kuò)展性

超融合采用分布式架構(gòu)，可最小部署、按需擴(kuò)容，具備強(qiáng)大的橫向擴(kuò)展能力表現(xiàn)為：①無(wú)節(jié)點(diǎn)數(shù)和單點(diǎn)故障限制，內(nèi)置本地備份、同城和異地容災(zāi)能力;②擴(kuò)容節(jié)點(diǎn)時(shí)，無(wú)需遷移系統(tǒng)內(nèi)所有數(shù)據(jù)，可以快速達(dá)到負(fù)載均衡狀態(tài);③增加節(jié)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)IOPS、吞吐量等性能，以及系統(tǒng)存儲(chǔ)容量能夠?qū)崿F(xiàn)同步線性增長(zhǎng)的高擴(kuò)展性，采用了全異步架構(gòu)、無(wú)狀態(tài)連接服務(wù)和無(wú)鎖架構(gòu)。

2.5 開(kāi)放性

超融合采用了軟硬件解耦架構(gòu)，對(duì)主流操作系統(tǒng)和應(yīng)用進(jìn)行兼容性適配和性能優(yōu)化集成并具有：①在服務(wù)器層面，超融合架構(gòu)能夠在任何服務(wù)器上運(yùn)行，與硬件配置無(wú)關(guān)，無(wú)需修改上層系統(tǒng)和應(yīng)用;②在存儲(chǔ)層面，超融合架構(gòu)支持與外置存儲(chǔ)對(duì)接，并可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份;③在網(wǎng)絡(luò)層面，超融合架構(gòu)無(wú)依賴網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可與現(xiàn)有網(wǎng)組網(wǎng)連接[3]。

3 超融合關(guān)鍵技術(shù)

3.1 計(jì)算虛擬化

計(jì)算虛擬化通過(guò)虛擬化管理程序?qū)⑽锢矸?wù)器的硬件資源與上層應(yīng)用進(jìn)行解耦，形成統(tǒng)一的計(jì)算資源池，然后可彈性分配給邏輯上隔離的虛擬機(jī)共享使用。

3.2 存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化是對(duì)存儲(chǔ)硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)，通過(guò)將集群各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上獨(dú)立的硬盤存儲(chǔ)空間進(jìn)行組織聚合，構(gòu)成一個(gè)共享的存儲(chǔ)資源池，所有的存儲(chǔ)資源在這個(gè)存儲(chǔ)池中統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的自動(dòng)化管理和分配，構(gòu)建高效靈活的存儲(chǔ)架構(gòu)與管理平臺(tái)，采用多副本機(jī)制，一份數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)在多個(gè)不同的物理服務(wù)器硬盤上，提升數(shù)據(jù)可靠性，保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)按需分配和靈活調(diào)度，提供了全新的網(wǎng)絡(luò)連接運(yùn)維模式，解決了傳統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)的眾多管理和運(yùn)維難題，可滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)快速、靈活自動(dòng)化部署的需求[4]。

3.4 服務(wù)器虛擬化

采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，將服務(wù)器物理資源轉(zhuǎn)化為一組可統(tǒng)一管理、調(diào)度和分配的硬件云平臺(tái)架構(gòu)，并在單個(gè)物理服務(wù)器上構(gòu)建多個(gè)同時(shí)運(yùn)行、相互隔離的虛擬機(jī)執(zhí)行環(huán)境，充分發(fā)揮虛擬機(jī)的“一次構(gòu)建、多次部署”優(yōu)勢(shì)，利用集中化技術(shù)，將用戶和設(shè)備剝離，并對(duì)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用和數(shù)據(jù)整合，實(shí)現(xiàn)了更高的資源利用率，減少了系統(tǒng)管理的復(fù)雜度，加快了對(duì)業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)速度，提供高可靠、高可用的應(yīng)用服務(wù)[5]。

4 超融合技術(shù)構(gòu)建智慧校園

充分利用超融合技術(shù)搭建智慧校園基礎(chǔ)架構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)和平臺(tái)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與集成，搭建智慧校園新架構(gòu)[6]，如圖2所示。

4.1 融合與超融

超融合技術(shù)的迅速發(fā)展使得智慧校園可以在更多的虛擬化存儲(chǔ)解決方案當(dāng)中進(jìn)行選擇，要從三個(gè)方面正確理解融合和超融合間的區(qū)別：①融合包括存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和服務(wù)器虛擬化硬件等，由一個(gè)集中的管理平臺(tái)將各類資源連接在一起。超融合還包括：可以在數(shù)據(jù)中心找到的其他資源;②融合增加更多的硬盤驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)存或CPU，或甚至是另一個(gè)參考架構(gòu)，而超融合可以擴(kuò)張也可以增加設(shè)備;③融合可以包括來(lái)自于不同供應(yīng)商的系統(tǒng)，而超融合則是由單一供應(yīng)商以單一設(shè)備形式提供的。

4.2 超融合架構(gòu)

超融合架構(gòu)是一種軟件定義架構(gòu)，它將計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、服務(wù)器聚合在一起，用戶的請(qǐng)求基本在本地完成。智慧校園在超融合集群架構(gòu)中增加和剔除節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單，也可按需求線性的擴(kuò)展集群規(guī)模，其具有以下特征：①高速度，多節(jié)點(diǎn)并發(fā)，SSD緩存，讀寫本地化，具有更高的IOPS和更低的延遲;②高可靠性，采用跨節(jié)點(diǎn)雙副本或三副本模式，可保證同時(shí)壞一個(gè)或兩個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)不丟失;③易擴(kuò)展，可在線線性擴(kuò)展硬盤或節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)負(fù)載均衡，擴(kuò)容簡(jiǎn)單快速;④易部署維護(hù)，硬件設(shè)備少，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)單。

4.3 統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)

智慧校園認(rèn)證方式采用統(tǒng)一認(rèn)證，以解決兼容性和便利性問(wèn)題，具有高可靠、高性能、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)認(rèn)證系統(tǒng)建設(shè)需要滿足：①學(xué)校總體寬帶運(yùn)營(yíng)規(guī)劃和管理規(guī)程，校園網(wǎng)必須先滿足校內(nèi)教學(xué)等基本要求;②要解決當(dāng)前最急迫的校園網(wǎng)認(rèn)證計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的超負(fù)荷工作和單點(diǎn)故障問(wèn)題，滿足新形勢(shì)下用戶系統(tǒng)和多終端管理對(duì)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證的便利性、可靠性和統(tǒng)一使用無(wú)感知要求[7];③從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)有線無(wú)線統(tǒng)一賬號(hào)、統(tǒng)一認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)一體化、多業(yè)務(wù)承載一體化、安全策略一體化和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量控制一體化，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡保證高可靠性，實(shí)現(xiàn)熱備或分布式部署保證高可靠性，數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)集群保證高可靠性;④管理程序提供工作負(fù)載鄰接、冗余、故障遷移、管理和容器化作用。

4.4 雙活數(shù)據(jù)中心

智慧校園利用超融合架構(gòu)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)合為一體的特征，消除傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存在的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)性能瓶頸，積極構(gòu)建基于雙活和虛擬化技術(shù)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心，能夠保證業(yè)務(wù)連續(xù)性，必須做到以下幾點(diǎn)：①單個(gè)或多個(gè)服務(wù)器故障時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)遷移到其他服務(wù)器;②單存儲(chǔ)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)讀寫另一臺(tái)存儲(chǔ);③單存儲(chǔ)交換機(jī)故障時(shí)，會(huì)通過(guò)另一臺(tái)存儲(chǔ)交換機(jī)保證服務(wù)器與存儲(chǔ)的連接。這樣雙活數(shù)據(jù)中心能保障軟錯(cuò)誤，一旦軟件出現(xiàn)問(wèn)題，各系統(tǒng)間不會(huì)相互影響。

4.5 數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)庫(kù)的高可用性是保證智慧校園業(yè)務(wù)正常的關(guān)鍵。為避免因數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器故障出現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)故障，從建設(shè)獨(dú)立的物理服務(wù)器系統(tǒng)以外，還得硬件冗余角度考慮，如雙節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。而服務(wù)器使用到磁盤系統(tǒng)應(yīng)采用陣列系統(tǒng)，同時(shí)使用raid技術(shù)，保證數(shù)據(jù)安全確保數(shù)據(jù)的安全和存取的高效[8]。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文依據(jù)教育信息化的現(xiàn)狀和發(fā)展瓶頸，提出了超融合技術(shù)構(gòu)建智慧校網(wǎng)的解決方案，保證了智慧校園建設(shè)的擴(kuò)展兼容性、可持續(xù)發(fā)展，將超融合統(tǒng)一平臺(tái)理念貫穿始終，實(shí)現(xiàn)了校園教育管理數(shù)字化和智能化，保障了智能化學(xué)校統(tǒng)一管理平臺(tái)的信息安全，但如何在多個(gè)超融合平臺(tái)間實(shí)現(xiàn)跨域無(wú)縫融合，是未來(lái)的重點(diǎn)研究方向。

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收稿日期：2021-03-15

作者簡(jiǎn)介：黃宏杰（1972-），男，福建莆田人，碩士，副教授，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和安全技術(shù)等。