论文部分内容阅读
摘要：随着金融行业各种新应用程序的上线，需求过载、资源不足且利用率低的问题日益严重，如何利用有限的预算和资源来适应数据中心业务需求的自动化动态分配，提高资源的利用率，对数据中心中硬件、软件和网络等基础架构提出了新的要求。本文从金融行业数据中心效率、灵活性、规模、成本和安全的角度出发，提供一种在虚拟化环境中采用计算存储融合架构的产品或解决方案，实现具备良好的模块化设计、优秀的稳定性和处理能力，以及出色的连接和支持能力的超融合架构技术可扩展的IT基础架构。
关键词：云计算 IT基础架构 超融合架构技术
一、超融合架构的基础概念
（一）超融合架构的需求
随着分布式存储、集中网络与虚拟化等技术的快速发展，传统的金融行业业务也在发生变革，互联网、云、容器、微服务、区块链等新技术手段在促进业务拓展和管理的同时，也对信息化系统进步和转型提出了挑战。信息系统的基础架构建设怎么样满足业务部门的需求，如何利用有限的预算和资源来满足新应用程序与服务的业务需求，这是一个复杂的问题，而各类需求不断迭代发展，要对硬件、软件和网络等基础架构解决方案进行持续评估和集成，需要打造一种能适应业务需求的自动化动态基础架构。
根据相关IDC数据调查，截至2019年底，虚拟化用户规模已经增至80%。海量增加的业务应用对I/O的需求日益提高，以虚拟化为基础，实现业务管理集中，对数据中心资源进行动态调整和分配，重点满足关键业务的关键应用。超融合基础架构（简称HCI）是指在同一套单元设备中包括计算、存储、网络等资源和技术，与虚拟化进行结合，从而形成计算、网络和存储的融合，构筑于标准X86服务器硬件上的软件定义存储和服务器虚拟化，实现一个统一的超融合架构形态;同时还包括缓存加速、重复数据消除、在线数据压缩、备份软件、连续性保护等元素，多节点通过网络聚合以实现模块化的横向扩展，形成统一的资源池，同时提供计算和存储能力。
（二）超融合架构的体系特点
超融合架构是以软件为中心的体系结构，基于可进行扩展的最佳行业标准的服务器来构建，可随着业务要求变化而轻松扩展。HCI 架构里所有内容都进行了虚拟化的软件定义，计算、存储和网络功能与底层基础架构分离，并在一组基于最佳行业标准组件的物理资源上运行。超融合系统无需单独地存储阵列和 SAN 组件，降低了成本和架构复杂性。
通过重塑底层数据体系结构，HCI 还包括完整的数据服务。软件层上的全面集成和创新可从根本上简化端到端数据管理。超融合基础架构设计通过添加节点来实现横向扩展，增加cpu的个数或者存储的容量，同时有助于在整个 SDDC 中实现简单的工作负载移动性，可以有效均衡地缓解业务应用程序的工作负载峰值，保持稳定性，具有极强的扩展性。
部署超融合基础架构可以在不到 30 分钟内启动并运行，方便快捷。因为 HCI 提供了自动发现和完全集成、 预配置和测试。这提供了具有集中式管理功能、丰富的数据服务和单一来源支持的简单、经济高效、无中断的可扩展解决方案。所有组件都进行了完全集成、预先配置和测试，从而使系统易于设置、扩展和维护。
二、超融合架构与传统架构的比较
超融合架构实现了计算、存储、网络等资源的统一管理和调度，具有更弹性的横向扩展能力，在基于标准通用的硬件平台，大量采用软件定义的技术，将计算、存储、网络融合，实现以虚拟化为中心的软件定义数据中心的技术架构，可以为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和数据保护。使用超融合架构平台，替代了传统的服务器加集中式存储的架构，使得整个架构更清晰简单，成为易于管理的集成系统，并通过自动化运维，提高安全性，降低实施和运维风险，极大简化了复杂IT系统的设计。
如下图所示，超融合架构中存储的变化是最大的，由传统IT架构的数据中心（孤岛式数据中心）集中共享式存储（SAN/NAS）变为虚拟化、云化的或者基于超融合架构的数据中心软件定义存储（相对与传统的IT架构（图1.1））。利用虚拟化服务器的方式将互连的x86服务器的本地硬盘（SSD和HDD）共同组织在一起，从表象上看如同一块完整的存储资源池，从而组建分布式存储架构，在此基础上实现了企业级的数据服务供上层虚拟化平台使用（超融合架构（图1.2）具有天然的优势）。
三、超融合架构需解决的问题及方案
（一）超融合架构需要解决的问题
超融合架构可以解决数据增长，规避网络安全风险，其架构的设计重点是不仅要考虑计算、网络的冗余，也要考慮底层数据的高可用。
具体考虑的几方面：一是计算部分通过虚拟化建立高可用方式：如果应用程序不是分布式的，那么利用VMware的虚拟机进行HA保护，或者预留资源，当某一物理设备或者虚拟机故障时，可以迅速在其它设备上获得资源和启动应用;如果应用程序已经修改为分布式，则直接采用双虚拟机支持运行，备用资源预留作为标准应急方式;二是网络方面采用双交换机，避免单点故障;三是数据存储通过超融合架构的分布式高可用存储池解决，避免任何一个物理设备故障而引起性能和业务连续性的影响。
（二）市场向超融合解决方案转变
在过去的几年中，市场已经逐渐开始从自主构建系统向超融合应用装置转变。其中一些重要原因如下：一是超融合系统可以有效减少数据中心占用空间，提供更环保的解决方案。 二是随着组织基础架构的增长，运营和支持成本所需的平均时间将会掩盖设备成本节约方面的优势。三是超融合系统的主要优势之一是能够快速调配。四是统一集中安全管理和数据处理策略可增强数据保护。五是全面集成的处理、网络、存储和软件可提供更高的性能。
四、超融合架构在金融行业的应用方向
分离的系统数量众多，复杂的分离系统架构让管理任务更复杂，为满足业务高峰期I/O应答需求，金融行业相关应用系统一般通过预估全业务量和单台服务器满负荷运转情况来判断采购服务器数量，但在业务低峰期这种做法极易造成资源浪费。 （一）业务快速部署，降低成本
从传统的项目角度出发，通常要经历项目设计、规划、采购、系统集成、部署、测试等相关工作。超融合架构大部分都是基于X86架构的基础上，采用统一的集成封装虚拟化平台、分布式存储和SDN网络，使得用户业务部署得到很快的提升，项目部署周期通常只占传统项目周期的一半左右，同时适合多运用的部署，极大地提高超融合基础架构平台的资源使用率，进一步节约成本。
（二）提供足够的架构性能来保障业务运行
在高可用的前提下，提供足够多的系统性能以确保度过业务的运行高峰。对于金融行业系统运用性能而言，诸如“京东6·18”“双十一”“双十二”等购物狂欢节的到来，单节点时间的峰值压力对商业银行系统资金流转的安全、快捷、准确等方面的要求必须做到万无一失。
超融合架构能够利用闪存作为业务热点数据的支持，利用分布式文件系统来提供按线性增长的性能和容量，再通过SSDCache来构建整个分布式存储系统，就能把以前分离开为各个系统单独服务的闪存资源统一起来，带动整体系统性能的提高和冗余度，有效地提高了安全性。
（三）架构和数据高可用
金融业务的核心是交易记录和处理结果，以及数据交易相关的访问接口。无论是数据库还是各种日志，都是非常重要的核心资产，也是支持各个业务渠道不间断运行的关键因素。业务的高可用能力是信息系统的重中之重。现有物理服务器环境的高可用，一般通过服务器群集（Cluster）来实现，且会出现短暂停顿等情况。超融合架构数据中心将服务器、网络、虚拟化等整合为一个易于管理的集成系统，运用多种技术提高系统的高可用性。
（四）架构扩展性
当有新的业务系统时，现有系统的扩充，是一个缓慢而极不灵活的过程。
而且，系统容量和性能的同时扩充也是扩充的难点之一。单纯存储容量扩充后，很可能会引起性能不均衡，而为弥补性能的差异，传统的扩充方式只能再增加计算能力，并且进行人工调优，一方面提高实施难度，另一方面是需要在应用系统中指定额外的业务负载分割方法，这是一个极为复杂的过程。超融合基础架构设计通过添加节点来进行横向扩展，有效缓解应用程序工作负载峰值并保持性能一致性。
五、结束语
超融合架构已在全国各大行业特别是金融信息化行业开花结果，帮助这些行业改善IT基础架构，推动整体社会服务水平提升，通过应用实践释放智能时代的真正商业价值。超融合架构（HCI）是具备良好的模块化设计、出色的连接和支持能力，以及优秀的稳定性和处理能力的超融合架构技术，通过实现业务快速上线、弹性部署、存儲快速灵活扩展、一体化管理等手段，显著提升金融资源利用效率，优化金融服务流程，有效降低成本，提升服务质量。
参考文献：
[1]范美玉.基于大数据的精准医疗服务模式研究[D].华中科技大学，2016年.
[2]张雯慧.云计算行业L公司商业模式研究[D].北京邮电大学，2019年 08期.
[3]王斌.云计算IaaS体系架构面向中小企业的商业模式研究[D].北京邮电大学 2014.
[4]林晓峰.超融合技术在数据中心建设中的研究与应用[J].软件工程.2019（06）.
[5]张奕涛.超融合系统架构在数据中心的应用研究[J].通讯世界.2018（11）.
作者单位：中国人民银行昆明中心支行
关键词：云计算 IT基础架构 超融合架构技术
一、超融合架构的基础概念
（一）超融合架构的需求
随着分布式存储、集中网络与虚拟化等技术的快速发展，传统的金融行业业务也在发生变革，互联网、云、容器、微服务、区块链等新技术手段在促进业务拓展和管理的同时，也对信息化系统进步和转型提出了挑战。信息系统的基础架构建设怎么样满足业务部门的需求，如何利用有限的预算和资源来满足新应用程序与服务的业务需求，这是一个复杂的问题，而各类需求不断迭代发展，要对硬件、软件和网络等基础架构解决方案进行持续评估和集成，需要打造一种能适应业务需求的自动化动态基础架构。
根据相关IDC数据调查，截至2019年底，虚拟化用户规模已经增至80%。海量增加的业务应用对I/O的需求日益提高，以虚拟化为基础，实现业务管理集中，对数据中心资源进行动态调整和分配，重点满足关键业务的关键应用。超融合基础架构（简称HCI）是指在同一套单元设备中包括计算、存储、网络等资源和技术，与虚拟化进行结合，从而形成计算、网络和存储的融合，构筑于标准X86服务器硬件上的软件定义存储和服务器虚拟化，实现一个统一的超融合架构形态;同时还包括缓存加速、重复数据消除、在线数据压缩、备份软件、连续性保护等元素，多节点通过网络聚合以实现模块化的横向扩展，形成统一的资源池，同时提供计算和存储能力。
（二）超融合架构的体系特点
超融合架构是以软件为中心的体系结构，基于可进行扩展的最佳行业标准的服务器来构建，可随着业务要求变化而轻松扩展。HCI 架构里所有内容都进行了虚拟化的软件定义，计算、存储和网络功能与底层基础架构分离，并在一组基于最佳行业标准组件的物理资源上运行。超融合系统无需单独地存储阵列和 SAN 组件，降低了成本和架构复杂性。
通过重塑底层数据体系结构，HCI 还包括完整的数据服务。软件层上的全面集成和创新可从根本上简化端到端数据管理。超融合基础架构设计通过添加节点来实现横向扩展，增加cpu的个数或者存储的容量，同时有助于在整个 SDDC 中实现简单的工作负载移动性，可以有效均衡地缓解业务应用程序的工作负载峰值，保持稳定性，具有极强的扩展性。
部署超融合基础架构可以在不到 30 分钟内启动并运行，方便快捷。因为 HCI 提供了自动发现和完全集成、 预配置和测试。这提供了具有集中式管理功能、丰富的数据服务和单一来源支持的简单、经济高效、无中断的可扩展解决方案。所有组件都进行了完全集成、预先配置和测试，从而使系统易于设置、扩展和维护。
二、超融合架构与传统架构的比较
超融合架构实现了计算、存储、网络等资源的统一管理和调度，具有更弹性的横向扩展能力，在基于标准通用的硬件平台，大量采用软件定义的技术，将计算、存储、网络融合，实现以虚拟化为中心的软件定义数据中心的技术架构，可以为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和数据保护。使用超融合架构平台，替代了传统的服务器加集中式存储的架构，使得整个架构更清晰简单，成为易于管理的集成系统，并通过自动化运维，提高安全性，降低实施和运维风险，极大简化了复杂IT系统的设计。
如下图所示，超融合架构中存储的变化是最大的，由传统IT架构的数据中心（孤岛式数据中心）集中共享式存储（SAN/NAS）变为虚拟化、云化的或者基于超融合架构的数据中心软件定义存储（相对与传统的IT架构（图1.1））。利用虚拟化服务器的方式将互连的x86服务器的本地硬盘（SSD和HDD）共同组织在一起，从表象上看如同一块完整的存储资源池，从而组建分布式存储架构，在此基础上实现了企业级的数据服务供上层虚拟化平台使用（超融合架构（图1.2）具有天然的优势）。
三、超融合架构需解决的问题及方案
（一）超融合架构需要解决的问题
超融合架构可以解决数据增长，规避网络安全风险，其架构的设计重点是不仅要考虑计算、网络的冗余，也要考慮底层数据的高可用。
具体考虑的几方面：一是计算部分通过虚拟化建立高可用方式：如果应用程序不是分布式的，那么利用VMware的虚拟机进行HA保护，或者预留资源，当某一物理设备或者虚拟机故障时，可以迅速在其它设备上获得资源和启动应用;如果应用程序已经修改为分布式，则直接采用双虚拟机支持运行，备用资源预留作为标准应急方式;二是网络方面采用双交换机，避免单点故障;三是数据存储通过超融合架构的分布式高可用存储池解决，避免任何一个物理设备故障而引起性能和业务连续性的影响。
（二）市场向超融合解决方案转变
在过去的几年中，市场已经逐渐开始从自主构建系统向超融合应用装置转变。其中一些重要原因如下：一是超融合系统可以有效减少数据中心占用空间，提供更环保的解决方案。 二是随着组织基础架构的增长，运营和支持成本所需的平均时间将会掩盖设备成本节约方面的优势。三是超融合系统的主要优势之一是能够快速调配。四是统一集中安全管理和数据处理策略可增强数据保护。五是全面集成的处理、网络、存储和软件可提供更高的性能。
四、超融合架构在金融行业的应用方向
分离的系统数量众多，复杂的分离系统架构让管理任务更复杂，为满足业务高峰期I/O应答需求，金融行业相关应用系统一般通过预估全业务量和单台服务器满负荷运转情况来判断采购服务器数量，但在业务低峰期这种做法极易造成资源浪费。 （一）业务快速部署，降低成本
从传统的项目角度出发，通常要经历项目设计、规划、采购、系统集成、部署、测试等相关工作。超融合架构大部分都是基于X86架构的基础上，采用统一的集成封装虚拟化平台、分布式存储和SDN网络，使得用户业务部署得到很快的提升，项目部署周期通常只占传统项目周期的一半左右，同时适合多运用的部署，极大地提高超融合基础架构平台的资源使用率，进一步节约成本。
（二）提供足够的架构性能来保障业务运行
在高可用的前提下，提供足够多的系统性能以确保度过业务的运行高峰。对于金融行业系统运用性能而言，诸如“京东6·18”“双十一”“双十二”等购物狂欢节的到来，单节点时间的峰值压力对商业银行系统资金流转的安全、快捷、准确等方面的要求必须做到万无一失。
超融合架构能够利用闪存作为业务热点数据的支持，利用分布式文件系统来提供按线性增长的性能和容量，再通过SSDCache来构建整个分布式存储系统，就能把以前分离开为各个系统单独服务的闪存资源统一起来，带动整体系统性能的提高和冗余度，有效地提高了安全性。
（三）架构和数据高可用
金融业务的核心是交易记录和处理结果，以及数据交易相关的访问接口。无论是数据库还是各种日志，都是非常重要的核心资产，也是支持各个业务渠道不间断运行的关键因素。业务的高可用能力是信息系统的重中之重。现有物理服务器环境的高可用，一般通过服务器群集（Cluster）来实现，且会出现短暂停顿等情况。超融合架构数据中心将服务器、网络、虚拟化等整合为一个易于管理的集成系统，运用多种技术提高系统的高可用性。
（四）架构扩展性
当有新的业务系统时，现有系统的扩充，是一个缓慢而极不灵活的过程。
而且，系统容量和性能的同时扩充也是扩充的难点之一。单纯存储容量扩充后，很可能会引起性能不均衡，而为弥补性能的差异，传统的扩充方式只能再增加计算能力，并且进行人工调优，一方面提高实施难度，另一方面是需要在应用系统中指定额外的业务负载分割方法，这是一个极为复杂的过程。超融合基础架构设计通过添加节点来进行横向扩展，有效缓解应用程序工作负载峰值并保持性能一致性。
五、结束语
超融合架构已在全国各大行业特别是金融信息化行业开花结果，帮助这些行业改善IT基础架构，推动整体社会服务水平提升，通过应用实践释放智能时代的真正商业价值。超融合架构（HCI）是具备良好的模块化设计、出色的连接和支持能力，以及优秀的稳定性和处理能力的超融合架构技术，通过实现业务快速上线、弹性部署、存儲快速灵活扩展、一体化管理等手段，显著提升金融资源利用效率，优化金融服务流程，有效降低成本，提升服务质量。
参考文献：
[1]范美玉.基于大数据的精准医疗服务模式研究[D].华中科技大学，2016年.
[2]张雯慧.云计算行业L公司商业模式研究[D].北京邮电大学，2019年 08期.
[3]王斌.云计算IaaS体系架构面向中小企业的商业模式研究[D].北京邮电大学 2014.
[4]林晓峰.超融合技术在数据中心建设中的研究与应用[J].软件工程.2019（06）.
[5]张奕涛.超融合系统架构在数据中心的应用研究[J].通讯世界.2018（11）.
作者单位：中国人民银行昆明中心支行