基于超融合架构的智慧校园基础平台建设与思考

陈君涛 徐加祥 海南经贸职业技术学院信息技术中心

● 背景

笔者所在学校的信息化系统已经建设了多年，随着互联网技术的发展，学校正在向智慧校园数字化转型，提出用数字化技术重新整合业务流程，通过互联网的入口实现高效的业务访问，加速业务流转，提升校园管理、教学管理、科研等的运行效率，提高全校师生对信息化系统服务的满意度。学校的信息化建设普遍采用云计算技术，将应用系统的计算单元和数据单元部署在学校的数据中心，用户通过终端访问业务平台门户。因此，数据中心是承载全部校园信息化业务的载体，建设具备高度可靠和安全的数据中心，是信息化项目建设的基础设施和关键目标。

● 高校校园基础平台的特殊性

高校校园基础平台的特殊性主要就是指数据中心的特殊性，它体现在以下几个方面：

①高校是相对封闭又功能完善的社区，是数万师生学习、工作、科研、社会服务、生活等的场所，其数字化业务种类相比企业更加复杂，各类业务模式不一，软件供应商众多。因此，数据中心的计算和存储平台，必须能够稳定高性能地承载校园内各类型的业务场景和各种软件，同时保障各类网络环境下的业务安全和数据安全。

②高校往往承担新事物试验田的角色，其中包括探索新技术的应用场景、承担国家科研项目、为社会尝试新的生活方式、不断教学改革提升教育质量等。这使得学校经常面临大量的新业务部署，而这些业务既有长期运行的也有短期的探索型业务、临时项目等。这就要求数据中心既能够为新业务部署提供充足的IT资源，又要避免业务失败带来的资源浪费。体现在技术上，就是要求IT资源平台既要有捷扩容资源能力，为业务提供充足的性能，又要有回收和利用旧资源能力，增大投资收益。

③高校信息化部门面临着角色转型，即从过去的IT运维部门，逐渐成为数字化业务的运营部门，这样的角色转换，使得学校对信息化部门工作的评价标准发生了变化。过去作为运维部门，其主要工作是保障“信息系统可用、功能完善”；现在作为运营部门，其评价标准是师生使用信息化系统的“满意度高、使用频率高”。这使得信息化部门的具体工作要从被动响应支撑，变为主动推广数字化业务并持续改进用户体验。基于此方向的转型，需要IT基础平台具有高度的稳定性和便捷的运维手段，这样才能使得信息化部门的教师能够从繁重的设备运维中解脱出来，释放精力从事校园数字化业务的经营工作。

综合以上信息，我们可将高校建设数据中心的过程分成三个阶段：一是建设标准化的物理数据中心；二是建设云计算数据中心实现IT资源供应、运行环境和初步数据中心运营流程化；三是设计数字化应用体系和运营体系，逐步实施数字化业务的应用系统部署。

● 现代化数据中心基础架构发展趋势

随着IT技术的发展，特别是互联网技术和平台的发展、虚拟化技术的成熟和闪存存储介质的广泛使用，数据中心基础架构发展趋势呈现了多样化：

第一，计算与存储的融合。这是因为现在服务器的处理能力已经很强，而且闪存硬盘的应用和单盘存储容量也在快速发展，还有分布式架构技术已经成熟，所以不再需要使用专用的存储架构，而且融合的架构还可以提供更好的性能和简化运维管理（和传统存储的测试对比）。

第二，软件定义基础架构。现在的基础架构可以采用通用的X86服务器，通过软件定义、管理和控制各种资源池，如虚拟化软件定义计算资源、软件定义存储、软件定义网络等，从而不再使用专用的存储系统和传统的网络设备。

第三，分布式自治系统架构。基础架构采用多节点分布式集群部署，不仅计算和存储实现分布式，连硬盘都不再做传统的阵列，每块硬盘都是独立使用的，同时，节点间甚至部件之间能实现自我冗余、自我检测、自我恢复和自我平衡的高可用性。

第四，线性横向扩展。就是说基础架构可以根据现阶段的负载情况按需采购和建设，当负载大的时候可以通过增加节点进行在线的横向扩展，在横向扩展的同时，性能和资源池还能线性增长，这就需要分布式系统具备自动均衡、智能分层和很好的分布式算法功能。

● 超融合技术

在现代化数据中心基础架构发展趋势的引领下，笔者所在院校在建设智慧校园基础平台方面采用了H3C的UIS（UnifiedInfrastructure System）解决方案。从最初的统一基础架构系统发展到今天，UIS已经拥有了超融合系统7.0版本，其主要特点在于云平台化，应用场景更加丰富。

超融合是以虚拟化（CAS）为核心，将计算、存储、网络等虚拟资源融合到一台标准X86服务器中形成基本架构单元,实现计算虚拟化（SDC）、存储虚拟化（SDS）、网络虚拟化（SDN），从而使使用者不再独立管理和部署业务服务器、存储服务器和网络设备等。

● 超融合架构特性

1.融合管理至简

通过软件定义传统云基础架构的计算、存储、网络、安全、运维、云业务等，将六大模块融合至统一管理平台（如下页图1），虚拟化内核与网络管理、显卡等硬件驱动实现内核层面的融合，从内核控制层保障系统的稳定性与可靠性，提高资源使用效率。

图1

无论是集中存储还是每个节点的分布式存储，均可通过软件进行整合，构建统一存储资源，对应用系统提供块、文件、对象的各种形式灵活的存储服务，自动优化结构化、非结构化及半结构化等多种数据类型，实现存储负载均衡。

业务部署和运维极简化，业务可一键批量部署、跨平台迁移等。通过可视化管理平台进行所有资源的统一运维，数据可视化、运维自动化、操作数据化，降低运维难度，提高运维效率。

2.部署扩展灵活

超融合有多种灵活的部署方式，可以直接上架集成超融合管理软件的一体机，上架即使用。也可以在通用X86服务器上部署虚拟化软件与分布式存储软件，每个节点上本地存储空间通过存储融合软件聚合成一个分布式存储资源池，以虚拟磁盘的形式向虚拟化软件提供存储服务。

当超融合平台需要扩充节点资源时，管理软件可基于链路层的二层网络设备进行扫描，自动发现新增节点并进行交互，无需负责配置即可将新增加的计算或存储节点纳入到集群中进行管理使用，实现模块化的横向扩张。

这种标准化的模块用来搭建数据中心无疑是非常方便的，这不仅可以快捷进行搭建管理，而且增强了系统的灵活性，让部署和运维都更简单（如图2）。

图2

3.应用场景丰富

超融合架构存储技术采用缓存分层技术，加速IO读写应对启动风暴问题，减少硬件资源消耗，能实现更高的实施效率、更弹性的扩展、更高的资源密度。

将网络、计算、存储等能力延伸到网络的边缘，在边缘站点就近提供稳定、可靠、高速的边缘计算服务。简化传统数据库等关键应用的部署复杂性，显著提高计算、存储资源的利用率和缩短业务部署时间。

4.资源动态调配

高校业务的周期性特点非常强，高峰期和低谷期的业务量和资源需求差异较大。业务系统要求基础平台能够以能力服务化和数据为中心，快速响应需求，通过订制服务任意弹性扩展服务能力，应对用户数量的不确定性和周期性。

存储虚拟化基于数据库虚拟磁盘组和智能调度算法实现日志与数据的高效分层，将不同类型的磁盘组映射到不同的存储池，实现I/O隔离和并行访问。根据业务系统使用情况弹性扩容，保障业务高峰期应用。根据实施的CPU、内存等计算资源利用率情况，按需纵向或横向扩容，满足周期性需求。

● 思考

在智慧校园基础平台建设进程中，高校都存在不同的孤立的信息系统。对于原有的系统，不需要全面推倒重来，若与主流的基础架构不符，在资金允许的情况下应尽早进行升级改造。对于新开发或引入的系统平台，需要根据数据中心建设标准和服务框架架构的要求进行面向服务的功能设计或开发，与一站式网上办事大厅系统的整合、数据治理的模式等关键环节应遵守服务框架的各项标准。另外，对原有的正常运行的业务系统，应该慎重考虑升级更新的时机，做好系统功能的延伸，确保业务系统的正常运行。

智慧校园基础平台的建设是一项系统工程，包括教育理念重构，校园网络平台建设，标准库、知识库、信息库建设，以及以教学管理和学生管理应用为核心的应用系统建设。建设新一代智慧校园基础平台不是一蹴而就的，需要深入地研究高校信息化建设的规律、理论和方法，并且坚持不懈地在实践中进行探索与验证。

智慧校园建设工作任重道远，只有制订好信息化建设规划，确定清晰的建设目标，高效执行建设方案，创建灵活、完整、稳定的基础平台，从物理上打通和消除信息孤岛，实现校园平台与各业务系统之间最大的融通，从而实现数据共享，创造数据价值，更好地服务学校发展，服务教学，服务师生。