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高校IT基础架构设施升级方案----SMARTX超融合+虚拟化解决方案北京中科泰科技有限公司一、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。下图是当前虚拟化架构：四、中科泰SMARTX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，数据能够自动恢复和备份，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：中科泰SMARTX超融合虚拟化方案具备以下优点：SMARTX的产品功能主要围绕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。1、丰富的数据服务弹性可配置副本应用场景不同，对数据的可靠性、可用性的要求也不同。SMARTX通过对存储盘副本数的配置，满足不同场景的可靠性和可用性需求。智能数据恢复当遇到物理磁盘损坏、存储节点掉电、网络连接失败等因素导致的数据可用性、可靠性下降的事故，SMARTX存储系统会智能的在健康物理节点上重建数据，来保证数据的可靠性。同时为了使得背景恢复任务不影响正常的数据读写性能，SMARTX会对恢复任务设置流量，并在负载很轻的时候调度。备份工具SMARTX提供了一组工具会将数据备份到外部的存储，比如HDFS、S3等。多一个层面对数据进行保护。集群负载均衡SMARTX能够智能的将数据均匀的分布到不同的物理节点，达成容量和性能的负载均衡。瘦供给集群级的全局瘦供给（ThinProvison）能允许用户分配出大于当前存储系统空间的存储盘。存储盘只有被真正使用的时候才算作被消耗的存储资源。这项特性为公有云弹性存储“超卖”提供了强力的支持，已成为公有云后端存储的标配。秒级无依赖快照创建快照在SMARTX中是非常轻松高效的操作，快照创建均在1ms内完成。此外，快照之间无依赖，方便快照管理。SMARTX使用了写时复制（Copy-on-write）的技术来提升快照的性能和体验，由于快照的真实数据只要在修改的时候才会被复制，所以快照操作实际上就是简单的元数据操作。2、业务连续性不停机扩容整个扩容升级过程无需暂停任何服务，用户虚拟机里的业务无需中断。硬盘热插拔当磁盘损坏需要更换的时候，无需停机断电，用好的磁盘替换损坏的磁盘即可，SMARTX可以自动将顺坏磁盘的数据恢复出来。虚拟机重连网络分区在分布式系统里是很常见的错误，这类错误会导致分布式存储暂时不可用，SMARTX支持虚拟机重连的机制，使得虚拟机I/O不会受短暂网络错误影响。VM热迁移虚拟机热迁移允许在不关闭虚拟机的情况下，将其转移到另一台物理服务器上运行。SMARTX在存储层面支持虚拟机热迁移，提升虚拟机高可用性。3、简化IT管理CLI/Web管理CLI为系统管理员最常用的管理方式，编写自动化脚本的基础。Web提供可视化的操作界面，让操作变得简洁直观。开放APISMARTX开放API，当前支持的RESTFUL和Python接口，对开发者友好，外部系统集成SMARTX十分容易。集群事件分析、监控和报警丰富的多维度、多指标监控，自定义集群预警事件，方便系统管理员运维。强大的性能和日志分析工具，帮助管理员快速定位问题。4、节省开支SMARTX基于通用的X86服务器，可以跟随通用硬件的快速升级而得到性能提升和新功能加入，为用户节省更多的开支。5、绿色节能利用软件定义存储实现传统存储产品的功能，并且提供统一易用的接口，容易扩展，减少了很多专用设备的采购和使用，节省IT开支和机柜空间，节省电力能源。五、SMARTX软硬件一体解决方案和建议1、硬件超微双子星2*双子星服务器（4U），每个节点的硬件配置如下：单节点配置CPU2xIntelE52680-v2内存192GBSSD2xIntelSSDs3500480GBSATA硬盘4xSeagateCES3TB万兆网卡IntelX540-DP双口千兆网卡I3501GbBTDP双口万兆、千兆连接线共享双冗余电源规格1U（两个节点合起来2U）集群整体配置CPU80Cores内存768GB可用存储空间46TB空间4U联想RD-6404x联想RD-640服务器（8U），每个节点的硬件配置如下：单节点配置CPU2xIntelE52680-v2内存192GBSSD2xIntelSSDs3500480GBSATA硬盘4xSeagateCES3TB万兆网卡IntelX540-DP双口千兆网卡I3501GbBTDP双口万兆、千兆连接线双冗余电源规格2U集群整体配置CPU80Cores内存768GB可用存储空间46TB空间8U注：超微双子星硬件方案密度高，在空间和能耗的节省上更出色。2、SMARTX软件所有服务器节点都安装部署SMARTX标准版软件特性备注ELF虚拟化计算平台基于KVM智能SSD分层存储SmartCache智能数据修复SmartRepair集群负载均衡器弹性副本支持1~3个副本存储池数=512单个存储盘容量=4T秒级无依赖快照快照回滚秒级无依赖克隆存储盘QoS控制单存储盘最大快照数=256定时快照瘦供给Thinprovision虚拟机热迁移磁盘热插拔去冗备份工具命令行工具WebUIRESTFUL/PythonAPI性能监控3、实践建议：分期建设基于SMARTX的良好性能和诸多优势，学校可以分期投入建设，一期建成后可以先把常用的、访问量大的业务系统迁移到该平台，如教务、校园网、邮件等系统。利旧老旧的服务器可作为备份存储，用于日常的数据备份。4、报价：SMARTX软件+超微双子星服务器+Dell或Arista万兆交换机+万兆连接线：78万元(包含实施部署+系统数据迁移+一年免费升级维护)SMARTX软件+联想RD-640服务器+Dell或Arista万兆交换机+万兆连接线：78万元(包含实施部署+系统数据迁移+一年免费升级维护)六、关于我们北京中科泰科技有限公司是总部位于中关村的一家高新技术企业，公司主要从事信息化技术的研究和开发，服务对象包括政府、高校和企业。公司有一个敢于创新、开拓奋进的专业技术团队，他们来自硅谷、来自清华、微软、EMC、百度等跨国知名公司。我们致力的工作是把先进的IT基础架构及其应用带回国内，助力中国信息化水平的建设和提高。秉承“合力同行，创新共赢”的企业理念，我们努力为客户提供优质高效的服务，为社会创造价值，为员工提供愉快的工作和理想的实现。七、典型用户