超融合架構(gòu)在金融行業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的運(yùn)用研究

王毅

摘要：隨著金融行業(yè)各種新應(yīng)用程序的上線，需求過載、資源不足且利用率低的問題日益嚴(yán)重，如何利用有限的預(yù)算和資源來適應(yīng)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)需求的自動(dòng)化動(dòng)態(tài)分配，提高資源的利用率，對(duì)數(shù)據(jù)中心中硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)架構(gòu)提出了新的要求。本文從金融行業(yè)數(shù)據(jù)中心效率、靈活性、規(guī)模、成本和安全的角度出發(fā)，提供一種在虛擬化環(huán)境中采用計(jì)算存儲(chǔ)融合架構(gòu)的產(chǎn)品或解決方案，實(shí)現(xiàn)具備良好的模塊化設(shè)計(jì)、優(yōu)秀的穩(wěn)定性和處理能力，以及出色的連接和支持能力的超融合架構(gòu)技術(shù)可擴(kuò)展的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算 IT基礎(chǔ)架構(gòu) 超融合架構(gòu)技術(shù)

一、超融合架構(gòu)的基礎(chǔ)概念

（一）超融合架構(gòu)的需求

隨著分布式存儲(chǔ)、集中網(wǎng)絡(luò)與虛擬化等技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的金融行業(yè)業(yè)務(wù)也在發(fā)生變革，互聯(lián)網(wǎng)、云、容器、微服務(wù)、區(qū)塊鏈等新技術(shù)手段在促進(jìn)業(yè)務(wù)拓展和管理的同時(shí)，也對(duì)信息化系統(tǒng)進(jìn)步和轉(zhuǎn)型提出了挑戰(zhàn)。信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)怎么樣滿足業(yè)務(wù)部門的需求，如何利用有限的預(yù)算和資源來滿足新應(yīng)用程序與服務(wù)的業(yè)務(wù)需求，這是一個(gè)復(fù)雜的問題，而各類需求不斷迭代發(fā)展，要對(duì)硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)架構(gòu)解決方案進(jìn)行持續(xù)評(píng)估和集成，需要打造一種能適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的自動(dòng)化動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)架構(gòu)。

根據(jù)相關(guān)IDC數(shù)據(jù)調(diào)查，截至2019年底，虛擬化用戶規(guī)模已經(jīng)增至80%。海量增加的業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)I/O的需求日益提高，以虛擬化為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理集中，對(duì)數(shù)據(jù)中心資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和分配，重點(diǎn)滿足關(guān)鍵業(yè)務(wù)的關(guān)鍵應(yīng)用。超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（簡稱HCI）是指在同一套單元設(shè)備中包括計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源和技術(shù)，與虛擬化進(jìn)行結(jié)合，從而形成計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)的融合，構(gòu)筑于標(biāo)準(zhǔn)X86服務(wù)器硬件上的軟件定義存儲(chǔ)和服務(wù)器虛擬化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的超融合架構(gòu)形態(tài);同時(shí)還包括緩存加速、重復(fù)數(shù)據(jù)消除、在線數(shù)據(jù)壓縮、備份軟件、連續(xù)性保護(hù)等元素，多節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)聚合以實(shí)現(xiàn)模塊化的橫向擴(kuò)展，形成統(tǒng)一的資源池，同時(shí)提供計(jì)算和存儲(chǔ)能力。

（二）超融合架構(gòu)的體系特點(diǎn)

超融合架構(gòu)是以軟件為中心的體系結(jié)構(gòu)，基于可進(jìn)行擴(kuò)展的最佳行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器來構(gòu)建，可隨著業(yè)務(wù)要求變化而輕松擴(kuò)展。HCI 架構(gòu)里所有內(nèi)容都進(jìn)行了虛擬化的軟件定義，計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)功能與底層基礎(chǔ)架構(gòu)分離，并在一組基于最佳行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組件的物理資源上運(yùn)行。超融合系統(tǒng)無需單獨(dú)地存儲(chǔ)陣列和 SAN 組件，降低了成本和架構(gòu)復(fù)雜性。

通過重塑底層數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)，HCI 還包括完整的數(shù)據(jù)服務(wù)。軟件層上的全面集成和創(chuàng)新可從根本上簡化端到端數(shù)據(jù)管理。超融合基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)通過添加節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展，增加cpu的個(gè)數(shù)或者存儲(chǔ)的容量，同時(shí)有助于在整個(gè) SDDC 中實(shí)現(xiàn)簡單的工作負(fù)載移動(dòng)性，可以有效均衡地緩解業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的工作負(fù)載峰值，保持穩(wěn)定性，具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性。

部署超融合基礎(chǔ)架構(gòu)可以在不到 30 分鐘內(nèi)啟動(dòng)并運(yùn)行，方便快捷。因?yàn)?HCI 提供了自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和完全集成、 預(yù)配置和測試。這提供了具有集中式管理功能、豐富的數(shù)據(jù)服務(wù)和單一來源支持的簡單、經(jīng)濟(jì)高效、無中斷的可擴(kuò)展解決方案。所有組件都進(jìn)行了完全集成、預(yù)先配置和測試，從而使系統(tǒng)易于設(shè)置、擴(kuò)展和維護(hù)。

二、超融合架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)的比較

超融合架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，具有更彈性的橫向擴(kuò)展能力，在基于標(biāo)準(zhǔn)通用的硬件平臺(tái)，大量采用軟件定義的技術(shù)，將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)融合，實(shí)現(xiàn)以虛擬化為中心的軟件定義數(shù)據(jù)中心的技術(shù)架構(gòu)，可以為數(shù)據(jù)中心帶來最優(yōu)的效率、靈活性、規(guī)模、成本和數(shù)據(jù)保護(hù)。使用超融合架構(gòu)平臺(tái)，替代了傳統(tǒng)的服務(wù)器加集中式存儲(chǔ)的架構(gòu)，使得整個(gè)架構(gòu)更清晰簡單，成為易于管理的集成系統(tǒng)，并通過自動(dòng)化運(yùn)維，提高安全性，降低實(shí)施和運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)，極大簡化了復(fù)雜IT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

如下圖所示，超融合架構(gòu)中存儲(chǔ)的變化是最大的，由傳統(tǒng)IT架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心（孤島式數(shù)據(jù)中心）集中共享式存儲(chǔ)（SAN/NAS）變?yōu)樘摂M化、云化的或者基于超融合架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心軟件定義存儲(chǔ)（相對(duì)與傳統(tǒng)的IT架構(gòu)（圖1.1））。利用虛擬化服務(wù)器的方式將互連的x86服務(wù)器的本地硬盤（SSD和HDD）共同組織在一起，從表象上看如同一塊完整的存儲(chǔ)資源池，從而組建分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)服務(wù)供上層虛擬化平臺(tái)使用（超融合架構(gòu)（圖1.2）具有天然的優(yōu)勢）。

三、超融合架構(gòu)需解決的問題及方案

（一）超融合架構(gòu)需要解決的問題

超融合架構(gòu)可以解決數(shù)據(jù)增長，規(guī)避網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，其架構(gòu)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是不僅要考慮計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)的冗余，也要考慮底層數(shù)據(jù)的高可用。

具體考慮的幾方面：一是計(jì)算部分通過虛擬化建立高可用方式：如果應(yīng)用程序不是分布式的，那么利用VMware的虛擬機(jī)進(jìn)行HA保護(hù)，或者預(yù)留資源，當(dāng)某一物理設(shè)備或者虛擬機(jī)故障時(shí)，可以迅速在其它設(shè)備上獲得資源和啟動(dòng)應(yīng)用;如果應(yīng)用程序已經(jīng)修改為分布式，則直接采用雙虛擬機(jī)支持運(yùn)行，備用資源預(yù)留作為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)急方式;二是網(wǎng)絡(luò)方面采用雙交換機(jī)，避免單點(diǎn)故障;三是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通過超融合架構(gòu)的分布式高可用存儲(chǔ)池解決，避免任何一個(gè)物理設(shè)備故障而引起性能和業(yè)務(wù)連續(xù)性的影響。

（二）市場向超融合解決方案轉(zhuǎn)變

在過去的幾年中，市場已經(jīng)逐漸開始從自主構(gòu)建系統(tǒng)向超融合應(yīng)用裝置轉(zhuǎn)變。其中一些重要原因如下：一是超融合系統(tǒng)可以有效減少數(shù)據(jù)中心占用空間，提供更環(huán)保的解決方案。 二是隨著組織基礎(chǔ)架構(gòu)的增長，運(yùn)營和支持成本所需的平均時(shí)間將會(huì)掩蓋設(shè)備成本節(jié)約方面的優(yōu)勢。三是超融合系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一是能夠快速調(diào)配。四是統(tǒng)一集中安全管理和數(shù)據(jù)處理策略可增強(qiáng)數(shù)據(jù)保護(hù)。五是全面集成的處理、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和軟件可提供更高的性能。

四、超融合架構(gòu)在金融行業(yè)的應(yīng)用方向

分離的系統(tǒng)數(shù)量眾多，復(fù)雜的分離系統(tǒng)架構(gòu)讓管理任務(wù)更復(fù)雜，為滿足業(yè)務(wù)高峰期I/O應(yīng)答需求，金融行業(yè)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)一般通過預(yù)估全業(yè)務(wù)量和單臺(tái)服務(wù)器滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況來判斷采購服務(wù)器數(shù)量，但在業(yè)務(wù)低峰期這種做法極易造成資源浪費(fèi)。

（一）業(yè)務(wù)快速部署，降低成本

從傳統(tǒng)的項(xiàng)目角度出發(fā)，通常要經(jīng)歷項(xiàng)目設(shè)計(jì)、規(guī)劃、采購、系統(tǒng)集成、部署、測試等相關(guān)工作。超融合架構(gòu)大部分都是基于X86架構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一的集成封裝虛擬化平臺(tái)、分布式存儲(chǔ)和SDN網(wǎng)絡(luò)，使得用戶業(yè)務(wù)部署得到很快的提升，項(xiàng)目部署周期通常只占傳統(tǒng)項(xiàng)目周期的一半左右，同時(shí)適合多運(yùn)用的部署，極大地提高超融合基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)的資源使用率，進(jìn)一步節(jié)約成本。

（二）提供足夠的架構(gòu)性能來保障業(yè)務(wù)運(yùn)行

在高可用的前提下，提供足夠多的系統(tǒng)性能以確保度過業(yè)務(wù)的運(yùn)行高峰。對(duì)于金融行業(yè)系統(tǒng)運(yùn)用性能而言，諸如“京東6·18”“雙十一”“雙十二”等購物狂歡節(jié)的到來，單節(jié)點(diǎn)時(shí)間的峰值壓力對(duì)商業(yè)銀行系統(tǒng)資金流轉(zhuǎn)的安全、快捷、準(zhǔn)確等方面的要求必須做到萬無一失。

超融合架構(gòu)能夠利用閃存作為業(yè)務(wù)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的支持，利用分布式文件系統(tǒng)來提供按線性增長的性能和容量，再通過SSDCache來構(gòu)建整個(gè)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，就能把以前分離開為各個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)服務(wù)的閃存資源統(tǒng)一起來，帶動(dòng)整體系統(tǒng)性能的提高和冗余度，有效地提高了安全性。

（三）架構(gòu)和數(shù)據(jù)高可用

金融業(yè)務(wù)的核心是交易記錄和處理結(jié)果，以及數(shù)據(jù)交易相關(guān)的訪問接口。無論是數(shù)據(jù)庫還是各種日志，都是非常重要的核心資產(chǎn)，也是支持各個(gè)業(yè)務(wù)渠道不間斷運(yùn)行的關(guān)鍵因素。業(yè)務(wù)的高可用能力是信息系統(tǒng)的重中之重。現(xiàn)有物理服務(wù)器環(huán)境的高可用，一般通過服務(wù)器群集（Cluster）來實(shí)現(xiàn)，且會(huì)出現(xiàn)短暫停頓等情況。超融合架構(gòu)數(shù)據(jù)中心將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、虛擬化等整合為一個(gè)易于管理的集成系統(tǒng)，運(yùn)用多種技術(shù)提高系統(tǒng)的高可用性。

（四）架構(gòu)擴(kuò)展性

當(dāng)有新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí)，現(xiàn)有系統(tǒng)的擴(kuò)充，是一個(gè)緩慢而極不靈活的過程。

而且，系統(tǒng)容量和性能的同時(shí)擴(kuò)充也是擴(kuò)充的難點(diǎn)之一。單純存儲(chǔ)容量擴(kuò)充后，很可能會(huì)引起性能不均衡，而為彌補(bǔ)性能的差異，傳統(tǒng)的擴(kuò)充方式只能再增加計(jì)算能力，并且進(jìn)行人工調(diào)優(yōu)，一方面提高實(shí)施難度，另一方面是需要在應(yīng)用系統(tǒng)中指定額外的業(yè)務(wù)負(fù)載分割方法，這是一個(gè)極為復(fù)雜的過程。超融合基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)通過添加節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行橫向擴(kuò)展，有效緩解應(yīng)用程序工作負(fù)載峰值并保持性能一致性。

五、結(jié)束語

超融合架構(gòu)已在全國各大行業(yè)特別是金融信息化行業(yè)開花結(jié)果，幫助這些行業(yè)改善IT基礎(chǔ)架構(gòu)，推動(dòng)整體社會(huì)服務(wù)水平提升，通過應(yīng)用實(shí)踐釋放智能時(shí)代的真正商業(yè)價(jià)值。超融合架構(gòu)（HCI）是具備良好的模塊化設(shè)計(jì)、出色的連接和支持能力，以及優(yōu)秀的穩(wěn)定性和處理能力的超融合架構(gòu)技術(shù)，通過實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速上線、彈性部署、存儲(chǔ)快速靈活擴(kuò)展、一體化管理等手段，顯著提升金融資源利用效率，優(yōu)化金融服務(wù)流程，有效降低成本，提升服務(wù)質(zhì)量。

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作者單位：中國人民銀行昆明中心支行