高校超融合虚拟化解决方案

高校IT基础架构设施升级方案----YKCLOUD超融合+虚拟化解决方案北京神州云科数据技术有限公司一、当前高校数据中心的现状和问题随着高校信息化建设的不断深入，各个部门各个院系都根据各自的业务需求建设了相应的应用系统，而且增加的速度非常快，数据量也是呈几何级数的增长，随之而来的也给机房带来新的挑战：第一，资源整合问题：各院系各部门烟囱式信息化建设，存在大量信息孤岛，资源无法共享。各自购买添加服务器和存储等硬件设施，资源的总体利用效率较低。第二，应用扩展问题：服务器托管模式，新应用部署需要频繁接入机房，布线、配置网络，部署时间长。大部分新应用没有对存储、备份、可靠性等进行统一规划，机房的硬件设施没有统一规划，网络拓扑结构越来越复杂，新增系统布线困难。第三，运维运营问题：由于信息中心人力资源有限，而各院系人员运维运营能力薄弱，导致信息中心工作压力越来越大，工作人员经常超负荷工作。第四，拥有成本和能耗问题：硬件资源分散在各个院系和部门，资源利用效率低，运维总体成本大，能耗高。第四，空间问题：每年大量投入新增硬件设施，增加机柜，机房空间越来越局促。面对信息化建设的挑战，该如何利用新技术更好的支撑高校信息化建设，提供更好的IT服务，满足各个院系各个部门的期望？我们认为，采用目前国际上流行的最先进的超融合加虚拟化技术重新建立标准统一、安全可扩展的超融合IT基础架构，重新定义数据中心，将IT设备以可水平扩展的资源池的方式提供给各个院系各个部门，达到资源利益效率最大化，同时节省IT基础设施投资成本，节省数据中心能耗，实现绿色数据中心。二、虚拟化与高校IT基础设施高校IT业务的迅猛发展要求IT基础设施将能满足其快速增长及变化的需求，传统IT架构已经被证实无法有效应对这种业务增长和变化的境况。服务器虚拟化技术的出现和兴起，高效的解决当前面临的一系列难题，将成为未来IT基础架构的发展方向。虚拟化技术，以按需、易扩展的方式获得所需的资源应用。提供的资源被称为虚拟资源，虚拟资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用。虚拟化技术带来了以下几个好处和变革：1、资源利用更高效，节省成本在虚拟化的架构下，硬件资源都被虚拟成计算、网络和存储资源，统一管理和并按需分配。这样可以避免重复建设，避免异构平台的产生，极大的提升IT资源的利用率，节省能耗，减少IT成本的投入。2、管理复杂度大大降低高校IT部门除了成本之外，最关心的是IT的敏捷性和管理型，虚拟化带来了敏捷性和可管理性上的飞跃，一个新业务、一个新网站或是一个新服务，可以在短时间内部署好，而不是数天和数周的准备，部署和测试。3、横向扩展IT业务的一个最大的痛点就是无法或者很难准确的预知业务的发展需求，这势必造成：激进或保守的估计了业务的现有的规模和预期的增长，都会造成浪费。虚拟化的解决方案使得横向可扩展成为可能，按需添置硬件满来足业务增长，降低了对初期物理硬件的投入的依赖。4、灵活的软件可定义不同于传统的IT架构大量采用专有化的硬件实现高级的功能和特性，如；传统存储厂商采用专有芯片做数据压缩、去冗，虚拟化系统更多依靠软件的方式来定义并实现新功能和新特性，其实随着通用X86CPU的快速更新和发展，这些专有的芯片大部分功能，都可以通过软件在X86CPU上高效的实现。带来的系统架构的灵活性的同时，也降低的总体成本。三、分离式计算和存储虚拟化的缺陷当前，多数高校还是采用传统虚拟化解决方案，就是计算服务器和存储服务器分离，采用集中式存储（SAN/NAS），由于这种结构是过去遗留的结构，仍存留在目前的虚拟化环境中，但随着现代数据中心业务的高速发展，其缺陷也日益凸显，主要表现在：1、存储服务器通过存储交换机和计算服务器相连，存储服务器和存储交换机容易单点失效，造成所有的计算服务器不能访问数据；2、存储服务器采用传统机械磁盘和RAID技术，在计算服务器增多的时候，存储本身及存储交换机会成为性能瓶颈，不利于I/O访问频繁的应用，例如数据库应用；3、存储服务器和交换机都需要单独配置，扩容复杂，在维护成本上开销大；4、难以扩展，随着业务的增长，传统的SAN/NAS解决方案会成为扩展瓶颈；5、性价比低，客户需要额外的采购存储交换机和存储服务器，并且占用额外的机柜空间，消耗更多的电力能源。四、神州云科超融合存储计算虚拟化架构优势相比分离式的计算存储虚拟化，超融合虚拟化，也称做Hyper-converged，在提供存储的同时，也提供计算能力，这不但大量减少了硬件投入和电力成本，也将计算放在离存储更近的地方，达到最优的性能。超融合架构通常采用了全分布式的组件，横向可扩展，不存在单点失效，性能优势非常明显，是目前国际上主流科技公司普遍采用的IT基础架构，也是未来IT基础架构的方向。我们所致力的工作就是把这样出众的产品带给企业和高校。下图是超融合的虚拟化架构：神州云科YKCLOUD超融合虚拟化方案具备以下优点：虚拟化技术的出现解决了计算资源的利用率的问题，但存储的负载和复杂性依然存在，同时网络层面的开销和延迟也降低了客户体验。固态硬盘、服务器本地缓存等技术的出现和完善，使得分布式系统成为可能，软件定义降低了对专有硬件的依赖，通过软件的方式来实现分布式系统的自恢复和管理，互联网架构在企业级数据中心中成为可能。神州云科YKCLOUD超融合一体机采用ScaleIO™核心软件，可以利用X86服务器本地存储，通过聚合服务器本地服务器的容量和性能以创建分布式块存储，按需提供存储容量和性能。ScaleIO安装在X86服务器的通用操作系统之上，由于对服务器的CPU/内存资源开销非常小，可以在运行ScaleIO软件的服务器上运行应用程序，这种部署方式也被称为融合部署模式。ScaleIO有很强的扩展性，单系统可扩展至上千节点。此外ScaleIO对运行的服务器、操作系统没有任何限制，可以基于实际需求任意组合，一个集群内可以支持不同厂商、不同型号、不同操作系统的服务器混合部署。对于被管理的物理磁盘介质，ScaleIO也不做任何限制，可以是HDD、SSD、PCIe闪存卡，甚至DAS，或者其他外置存储分配给该主机的逻辑卷。ScaleIO可以根据实际的需求结合不同的磁盘介质和物理服务器数量，组成具有不同性能、容量、可靠性的存储池，从而满足服务器虚拟化、数据库、开发测试与虚拟桌面等多种场景对不同性能、容量、可靠性的存储的需求。聚合存储与计算ScaleIO支持多种主流X86操作系统（Windows/Linux/Xen/ESXi/Hyper-V）以及主流服务器配置，对于被管理的物理磁盘介质，ScaleIO也不做任何限制，可以是HDD、SSD、PCIe闪存卡，甚至DAS，或者其他外置存储分配给该主机的逻辑卷，可以根据实际需求灵活配置。典型的部署架构分为两种：两层架构：选择单独的存储服务器作为存储集群运行ScaleIO分布式块存储软件，其中存储服务器选择存储型服务器配置，低CPU、低内存、多磁盘插槽配置，节点之间通过以太网或者Infinitband进行互连。两层架构融合架构：服务器即运行应用程序，同时运行ScaleIO分布式块存储软件，由于ScaleIO对CPU/内存的需求非常小，即使ScaleIO与应用程序安装在一台物理服务器上也不会影响应用程度的性能。该配置下，服务器根据需求选择合适的CPU、内存以及磁盘配置。节点之间通过以太网或者Infinitband进行互连融合架构线性可扩展性ScaleIO经设计可大规模扩展，可从三节点扩展至数千节点。与大多数传统存储系统不同，随着存储设备数量的增长，吞吐量和IOPS也会同时增长。随着部署节点数量的增长，容量、性能也呈线性扩展。一旦需求有所变化，即可通过模块化方式添加更多存储和计算资源（例如更多服务器和驱动器）。存储弹性伸缩ScaleIO支持在线添加节点或者磁盘。节点或者磁盘添加以后，ScaleIO会在集群中进行数据块的重新分布，这个过程称为数据重分布。数据重分布过程中，视搬移数据量的不同，可能会有大量的IO操作。为了保证应用程序能够正常运行，可以设置多种QoS策略，以限定数据重分布的速度。添加节点ScaleIO支持在线删除节点或者磁盘。提交节点或者磁盘删除操作以后，ScaleIO会首先在集群中进行数据块搬移，数据块会首先从被删除节点或磁盘中搬移至集群中剩余节点或磁盘中，这个过程也被称为数据重分布。数据重分布过程中，视搬移数据量的不同，同样会有大量的IO操作。为了保证应用程序能够正常运行，可以设置QoS策略，以限定数据重分布的速度。删除节点由于ScaleIO对集群内服务器的型号、配置、操作系统没有任何的限制，结合在线添加、删除节点功能，可以实现存储集群硬件的在线更换，而且更换过程中对应用没有任何影响。通过I/O并行提升性能在ScaleIO环境下，存储卷会均匀分布到存储池中的所有磁盘上。当某台应用服务器通过SDC进行IO访问时，集群中所有的节点都会对其提供服务，这样能很好的保证IO的大规模并发。此外，整体的吞吐量和IOPS的扩展性与集群中节点数量和本地存储设备数量成正比。随节点和本地存储磁盘数量的增长而线性增长。添加节点、磁盘时候性能负载均衡将自动进行，无需手工干预。数据保护和恢复能力ScaleIO架构中不存在单点故障。ScaleIO会将存储卷进行切片操作，并进行跨集群所有节点的切片镜像。如果发生节点故障，ScaleIO会自动进行故障数据块的网状数据重建，以实现集群的自我修复，而无需管理员手工操作。此外ScaleIO可以设置多种QoS策略，以限定故障重建导致的IO流量，以保证数据的快速恢复。针对网络故障，ScaleIO可以自动进行多网口的负载均衡以及故障切换，充分保证端到端的高可靠性。磁盘IO加速ScaleIO提供缓存功能，可以利用服务器的内存或者服务器本地的闪存设备作为IO缓存，来对底层的低速存储介质进行IO加速。通过采用该功能，只需配置少量的闪存设备或者分配部分服务器的内存，即可优化数据存储介质的延迟并提高IO，从而大幅提升应用程序的性能。快照ScaleIO系统允许针对已有存储卷进行快照。快照为瘦供给模式，快照速度非常快。一旦快照生成，该快照即可作为一个新的、未映射的存储卷来进行使用，可以将该快照映射给应用服务器来进行使用。服务质量保证ScaleIO可以提供多种场景下，多种手段来保证应用的存储服务质量：可以针对数据重建的流量进行限制，以保证在进行数据重建时不会影响应用对存储的访问。可以针对数据负载均衡的流量进行限制，以保证应用正常运行，而不会受到影响可以限定某个应用服务器对某个存储卷能访问的IO和带宽。这可以充分避免非关键应用的性能滥用，从而保证关键应用的运行简单的管理和监视ScaleIO的采用批量分发、自动化安装，通过ScaleIO网关，可以将安装文件推送到需要安装ScaleIO组件的节点，并自动执行安装配置过程。另外ScaleIO提供图形化管理界面，可以对集群进行管理，并实时监控整个集群从磁盘、存储池到节点的性能、容量以及告警情况。神州云科YKCLOUD超融合产品功能主要围绕IT基础架构的最重要的几个方面：丰富的数据服务、业务的连续性、简化IT管理、降低成本、绿色节能。五、神州云科YKCLOUD超融合一体机解决方案和建议1、YK4000（2U4N）为例每个节点的硬件配置如下（CPU、内存、硬盘可根据实际需求灵活选配）：超融合节点YK4000四节点CPUINTELE52630V4X2（每节点）INTELE52650V4X2（每节点）INTELE52680V4X2（每节点）内存128（每节点）128（每节点）256（每节点）存储2X400GBSSD+4X1.2TBSAS（每节点）2X400GBSSD+4X1.2TBSAS（每节点）6X1.2TBSSD（每节点）支持的虚拟桌面数量240300360支持的虚拟机数量1802202602、Scaleio软件所有服务器节点都安装部署Scaleio，ScaleIO可以根据实际的需求结合不同的磁盘介质和物理服务器数量，组成具有不同性能、容量、可靠性的存储池，从而满足