超融合架構在金融行業數據中心建設中的運用研究
「隨著金融行業各種新應用程序的上線，需求過載、資源不足且利用率低的問題日益嚴重，如何利用有限的預算和資源來適應數據中心業務需求的自動化動態分配，提高資源的利用率，對數據中心中硬件、軟件和網絡等基礎架構提出了新的要求。本文從金融行業數據中心效率、靈活性、規模、成本和安全的角度出發，提供一種在虛擬化環境中采用計算存儲融合架構的產品或解決方案，實現具備良好的模塊化設計、優秀的穩定性和處理能力，以及出色的連接和支持能力的超融合架構技術可擴展的IT基礎架構。(2023-2-25)」
關鍵詞：云計算 IT基礎架構 超融合架構技術
一、超融合架構的基礎概念
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隨著分布式存儲、集中網絡與虛擬化等技術的快速發展，傳統的金融行業業務也在發生變革，互聯網、云、容器、微服務、區塊鏈等新技術手段在促進業務拓展和管理的同時，也對信息化系統進步和轉型提出了挑戰。信息系統的基礎架構建設怎么樣滿足業務部門的需求，如何利用有限的預算和資源來滿足新應用程序與服務的業務需求，這是一個復雜的問題，而各類需求不斷迭代發展，要對硬件、軟件和網絡等基礎架構解決方案進行持續評估和集成，需要打造一種能適應業務需求的自動化動態基礎架構。
根據相關IDC數據調查，截至2019年底，虛擬化用戶規模已經增至80%。海量增加的業務應用對I/O的需求日益提高，以虛擬化為基礎，實現業務管理集中，對數據中心資源進行動態調整和分配，重點滿足關鍵業務的關鍵應用。超融合基礎架構（簡稱HCI）是指在同一套單元設備中包括計算、存儲、網絡等資源和技術，與虛擬化進行結合，從而形成計算、網絡和存儲的融合，構筑于標準X86服務器硬件上的軟件定義存儲和服務器虛擬化，實現一個統一的超融合架構形態;同時還包括緩存加速、重復數據消除、在線數據壓縮、備份軟件、連續性保護等元素，多節點通過網絡聚合以實現模塊化的橫向擴展，形成統一的資源池，同時提供計算和存儲能力。
�。ǘ┏诤霞軜嫷捏w系特點
超融合架構是以軟件為中心的體系結構，基于可進行擴展的最佳行業標準的服務器來構建，可隨著業務要求變化而輕松擴展。HCI 架構里所有內容都進行了虛擬化的軟件定義，計算、存儲和網絡功能與底層基礎架構分離，并在一組基于最佳行業標準組件的物理資源上運行。超融合系統無需單獨地存儲陣列和 SAN 組件，降低了成本和架構復雜性。
通過重塑底層數據體系結構，HCI 還包括完整的數據服務。軟件層上的全面集成和創新可從根本上簡化端到端數據管理。超融合基礎架構設計通過添加節點來實現橫向擴展，增加cpu的個數或者存儲的容量，同時有助于在整個 SDDC 中實現簡單的工作負載移動性，可以有效均衡地緩解業務應用程序的工作負載峰值，保持穩定性，具有極強的擴展性。
部署超融合基礎架構可以在不到 30 分鐘內啟動并運行，方便快捷。因為 HCI 提供了自動發現和完全集成、 預配置和測試。這提供了具有集中式管理功能、豐富的數據服務和單一來源支持的簡單、經濟高效、無中斷的可擴展解決方案。所有組件都進行了完全集成、預先配置和測試，從而使系統易于設置、擴展和維護。
二、超融合架構與傳統架構的比較
超融合架構實現了計算、存儲、網絡等資源的統一管理和調度，具有更彈性的橫向擴展能力，在基于標準通用的硬件平臺，大量采用軟件定義的技術，將計算、存儲、網絡融合，實現以虛擬化為中心的軟件定義數據中心的技術架構，可以為數據中心帶來最優的效率、靈活性、規模、成本和數據保護。使用超融合架構平臺，替代了傳統的服務器加集中式存儲的架構，使得整個架構更清晰簡單，成為易于管理的集成系統，并通過自動化運維，提高安全性，降低實施和運維風險，極大簡化了復雜IT系統的設計。
如下圖所示，超融合架構中存儲的變化是最大的，由傳統IT架構的數據中心（孤島式數據中心）集中共享式存儲（SAN/NAS）變為虛擬化、云化的或者基于超融合架構的數據中心軟件定義存儲（相對與傳統的IT架構（圖1.1））。利用虛擬化服務器的方式將互連的x86服務器的本地硬盤（SSD和HDD）共同組織在一起，從表象上看如同一塊完整的存儲資源池，從而組建分布式存儲架構，在此基礎上實現了企業級的數據服務供上層虛擬化平臺使用（超融合架構（圖1.2）具有天然的優勢）。
三、超融合架構需解決的問題及方案
�。ㄒ唬┏诤霞軜嬓枰鉀Q的問題
超融合架構可以解決數據增長，規避網絡安全風險，其架構的設計重點是不僅要考慮計算、網絡的冗余，也要考慮底層數據的高可用。
具體考慮的幾方面：一是計算部分通過虛擬化建立高可用方式：如果應用程序不是分布式的，那么利用VMware的虛擬機進行HA保護，或者預留資源，當某一物理設備或者虛擬機故障時，可以迅速在其它設備上獲得資源和啟動應用;如果應用程序已經修改為分布式，則直接采用雙虛擬機支持運行，備用資源預留作為標準應急方式;二是網絡方面采用雙交換機，避免單點故障;三是數據存儲通過超融合架構的分布式高可用存儲池解決，避免任何一個物理設備故障而引起性能和業務連續性的影響。
�。ǘ┦袌鱿虺诤辖鉀Q方案轉變
在過去的幾年中，市場已經逐漸開始從自主構建系統向超融合應用裝置轉變。其中一些重要原因如下：一是超融合系統可以有效減少數據中心占用空間，提供更環保的解決方案。 二是隨著組織基礎架構的增長，運營和支持成本所需的平均時間將會掩蓋設備成本節約方面的優勢。三是超融合系統的主要優勢之一是能夠快速調配。四是統一集中安全管理和數據處理策略可增強數據保護。五是全面集成的處理、網絡、存儲和軟件可提供更高的性能。
四、超融合架構在金融行業的應用方向
分離的系統數量眾多，復雜的分離系統架構讓管理任務更復雜，為滿足業務高峰期I/O應答需求，金融行業相關應用系統一般通過預估全業務量和單臺服務器滿負荷運轉情況來判斷采購服務器數量，但在業務低峰期這種做法極易造成資源浪費。 �。ㄒ唬I務快速部署，降低成本
從傳統的項目角度出發，通常要經歷項目設計、規劃、采購、系統集成、部署、測試等相關工作。超融合架構大部分都是基于X86架構的基礎上，采用統一的集成封裝虛擬化平臺、分布式存儲和SDN網絡，使得用戶業務部署得到很快的提升，項目部署周期通常只占傳統項目周期的一半左右，同時適合多運用的部署，極大地提高超融合基礎架構平臺的資源使用率，進一步節約成本。
�。ǘ┨峁┳銐虻募軜嬓阅軄肀Ｕ蠘I務運行
在高可用的前提下，提供足夠多的系統性能以確保度過業務的運行高峰。對于金融行業系統運用性能而言，諸如“京東6·18”“雙十一”“雙十二”等購物狂歡節的到來，單節點時間的峰值壓力對商業銀行系統資金流轉的安全、快捷、準確等方面的要求必須做到萬無一失。
超融合架構能夠利用閃存作為業務熱點數據的支持，利用分布式文件系統來提供按線性增長的性能和容量，再通過SSDCache來構建整個分布式存儲系統，就能把以前分離開為各個系統單獨服務的閃存資源統一起來，帶動整體系統性能的提高和冗余度，有效地提高了安全性。
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金融業務的核心是交易記錄和處理結果，以及數據交易相關的訪問接口。無論是數據庫還是各種日志，都是非常重要的核心資產，也是支持各個業務渠道不間斷運行的關鍵因素。業務的高可用能力是信息系統的重中之重�，F有物理服務器環境的高可用，一般通過服務器群集（Cluster）來實現，且會出現短暫停頓等情況。超融合架構數據中心將服務器、網絡、虛擬化等整合為一個易于管理的集成系統，運用多種技術提高系統的高可用性。
�。ㄋ模┘軜嫈U展性
當有新的業務系統時，現有系統的擴充，是一個緩慢而極不靈活的過程。
而且，系統容量和性能的同時擴充也是擴充的難點之一。單純存儲容量擴充后，很可能會引起性能不均衡，而為彌補性能的差異，傳統的擴充方式只能再增加計算能力，并且進行人工調優，一方面提高實施難度，另一方面是需要在應用系統中指定額外的業務負載分割方法，這是一個極為復雜的過程。超融合基礎架構設計通過添加節點來進行橫向擴展，有效緩解應用程序工作負載峰值并保持性能一致性。
五、結束語
超融合架構已在全國各大行業特別是金融信息化行業開花結果，幫助這些行業改善IT基礎架構，推動整體社會服務水平提升，通過應用實踐釋放智能時代的真正商業價值。超融合架構（HCI）是具備良好的模塊化設計、出色的連接和支持能力，以及優秀的穩定性和處理能力的超融合架構技術，通過實現業務快速上線、彈性部署、存儲快速靈活擴展、一體化管理等手段，顯著提升金融資源利用效率，優化金融服務流程，有效降低成本，提升服務質量。
參考文獻：
[1]范美玉.基于大數據的精準醫療服務模式研究[D].華中科技大學，2016年.
[2]張雯慧.云計算行業L公司商業模式研究[D].北京郵電大學，2019年 08期.
[3]王斌.云計算IaaS體系架構面向中小企業的商業模式研究[D].北京郵電大學 2014.
[4]林曉峰.超融合技術在數據中心建設中的研究與應用[J].軟件工程.2019（06）.
[5]張奕濤.超融合系統架構在數據中心的應用研究[J].通訊世界.2018（11）.
作者單位：中國人民銀行昆明中心支行
(魔適)
一、超融合架構的基礎概念
�。ㄒ唬┏诤霞軜嫷男枨�
隨著分布式存儲、集中網絡與虛擬化等技術的快速發展，傳統的金融行業業務也在發生變革，互聯網、云、容器、微服務、區塊鏈等新技術手段在促進業務拓展和管理的同時，也對信息化系統進步和轉型提出了挑戰。信息系統的基礎架構建設怎么樣滿足業務部門的需求，如何利用有限的預算和資源來滿足新應用程序與服務的業務需求，這是一個復雜的問題，而各類需求不斷迭代發展，要對硬件、軟件和網絡等基礎架構解決方案進行持續評估和集成，需要打造一種能適應業務需求的自動化動態基礎架構。
根據相關IDC數據調查，截至2019年底，虛擬化用戶規模已經增至80%。海量增加的業務應用對I/O的需求日益提高，以虛擬化為基礎，實現業務管理集中，對數據中心資源進行動態調整和分配，重點滿足關鍵業務的關鍵應用。超融合基礎架構（簡稱HCI）是指在同一套單元設備中包括計算、存儲、網絡等資源和技術，與虛擬化進行結合，從而形成計算、網絡和存儲的融合，構筑于標準X86服務器硬件上的軟件定義存儲和服務器虛擬化，實現一個統一的超融合架構形態;同時還包括緩存加速、重復數據消除、在線數據壓縮、備份軟件、連續性保護等元素，多節點通過網絡聚合以實現模塊化的橫向擴展，形成統一的資源池，同時提供計算和存儲能力。
�。ǘ┏诤霞軜嫷捏w系特點
超融合架構是以軟件為中心的體系結構，基于可進行擴展的最佳行業標準的服務器來構建，可隨著業務要求變化而輕松擴展。HCI 架構里所有內容都進行了虛擬化的軟件定義，計算、存儲和網絡功能與底層基礎架構分離，并在一組基于最佳行業標準組件的物理資源上運行。超融合系統無需單獨地存儲陣列和 SAN 組件，降低了成本和架構復雜性。
通過重塑底層數據體系結構，HCI 還包括完整的數據服務。軟件層上的全面集成和創新可從根本上簡化端到端數據管理。超融合基礎架構設計通過添加節點來實現橫向擴展，增加cpu的個數或者存儲的容量，同時有助于在整個 SDDC 中實現簡單的工作負載移動性，可以有效均衡地緩解業務應用程序的工作負載峰值，保持穩定性，具有極強的擴展性。
部署超融合基礎架構可以在不到 30 分鐘內啟動并運行，方便快捷。因為 HCI 提供了自動發現和完全集成、 預配置和測試。這提供了具有集中式管理功能、豐富的數據服務和單一來源支持的簡單、經濟高效、無中斷的可擴展解決方案。所有組件都進行了完全集成、預先配置和測試，從而使系統易于設置、擴展和維護。
二、超融合架構與傳統架構的比較
超融合架構實現了計算、存儲、網絡等資源的統一管理和調度，具有更彈性的橫向擴展能力，在基于標準通用的硬件平臺，大量采用軟件定義的技術，將計算、存儲、網絡融合，實現以虛擬化為中心的軟件定義數據中心的技術架構，可以為數據中心帶來最優的效率、靈活性、規模、成本和數據保護。使用超融合架構平臺，替代了傳統的服務器加集中式存儲的架構，使得整個架構更清晰簡單，成為易于管理的集成系統，并通過自動化運維，提高安全性，降低實施和運維風險，極大簡化了復雜IT系統的設計。
如下圖所示，超融合架構中存儲的變化是最大的，由傳統IT架構的數據中心（孤島式數據中心）集中共享式存儲（SAN/NAS）變為虛擬化、云化的或者基于超融合架構的數據中心軟件定義存儲（相對與傳統的IT架構（圖1.1））。利用虛擬化服務器的方式將互連的x86服務器的本地硬盤（SSD和HDD）共同組織在一起，從表象上看如同一塊完整的存儲資源池，從而組建分布式存儲架構，在此基礎上實現了企業級的數據服務供上層虛擬化平臺使用（超融合架構（圖1.2）具有天然的優勢）。
三、超融合架構需解決的問題及方案
�。ㄒ唬┏诤霞軜嬓枰鉀Q的問題
超融合架構可以解決數據增長，規避網絡安全風險，其架構的設計重點是不僅要考慮計算、網絡的冗余，也要考慮底層數據的高可用。
具體考慮的幾方面：一是計算部分通過虛擬化建立高可用方式：如果應用程序不是分布式的，那么利用VMware的虛擬機進行HA保護，或者預留資源，當某一物理設備或者虛擬機故障時，可以迅速在其它設備上獲得資源和啟動應用;如果應用程序已經修改為分布式，則直接采用雙虛擬機支持運行，備用資源預留作為標準應急方式;二是網絡方面采用雙交換機，避免單點故障;三是數據存儲通過超融合架構的分布式高可用存儲池解決，避免任何一個物理設備故障而引起性能和業務連續性的影響。
�。ǘ┦袌鱿虺诤辖鉀Q方案轉變
在過去的幾年中，市場已經逐漸開始從自主構建系統向超融合應用裝置轉變。其中一些重要原因如下：一是超融合系統可以有效減少數據中心占用空間，提供更環保的解決方案。 二是隨著組織基礎架構的增長，運營和支持成本所需的平均時間將會掩蓋設備成本節約方面的優勢。三是超融合系統的主要優勢之一是能夠快速調配。四是統一集中安全管理和數據處理策略可增強數據保護。五是全面集成的處理、網絡、存儲和軟件可提供更高的性能。
四、超融合架構在金融行業的應用方向
分離的系統數量眾多，復雜的分離系統架構讓管理任務更復雜，為滿足業務高峰期I/O應答需求，金融行業相關應用系統一般通過預估全業務量和單臺服務器滿負荷運轉情況來判斷采購服務器數量，但在業務低峰期這種做法極易造成資源浪費。 �。ㄒ唬I務快速部署，降低成本
從傳統的項目角度出發，通常要經歷項目設計、規劃、采購、系統集成、部署、測試等相關工作。超融合架構大部分都是基于X86架構的基礎上，采用統一的集成封裝虛擬化平臺、分布式存儲和SDN網絡，使得用戶業務部署得到很快的提升，項目部署周期通常只占傳統項目周期的一半左右，同時適合多運用的部署，極大地提高超融合基礎架構平臺的資源使用率，進一步節約成本。
�。ǘ┨峁┳銐虻募軜嬓阅軄肀Ｕ蠘I務運行
在高可用的前提下，提供足夠多的系統性能以確保度過業務的運行高峰。對于金融行業系統運用性能而言，諸如“京東6·18”“雙十一”“雙十二”等購物狂歡節的到來，單節點時間的峰值壓力對商業銀行系統資金流轉的安全、快捷、準確等方面的要求必須做到萬無一失。
超融合架構能夠利用閃存作為業務熱點數據的支持，利用分布式文件系統來提供按線性增長的性能和容量，再通過SSDCache來構建整個分布式存儲系統，就能把以前分離開為各個系統單獨服務的閃存資源統一起來，帶動整體系統性能的提高和冗余度，有效地提高了安全性。
�。ㄈ┘軜嫼蛿祿呖捎�
金融業務的核心是交易記錄和處理結果，以及數據交易相關的訪問接口。無論是數據庫還是各種日志，都是非常重要的核心資產，也是支持各個業務渠道不間斷運行的關鍵因素。業務的高可用能力是信息系統的重中之重�，F有物理服務器環境的高可用，一般通過服務器群集（Cluster）來實現，且會出現短暫停頓等情況。超融合架構數據中心將服務器、網絡、虛擬化等整合為一個易于管理的集成系統，運用多種技術提高系統的高可用性。
�。ㄋ模┘軜嫈U展性
當有新的業務系統時，現有系統的擴充，是一個緩慢而極不靈活的過程。
而且，系統容量和性能的同時擴充也是擴充的難點之一。單純存儲容量擴充后，很可能會引起性能不均衡，而為彌補性能的差異，傳統的擴充方式只能再增加計算能力，并且進行人工調優，一方面提高實施難度，另一方面是需要在應用系統中指定額外的業務負載分割方法，這是一個極為復雜的過程。超融合基礎架構設計通過添加節點來進行橫向擴展，有效緩解應用程序工作負載峰值并保持性能一致性。
五、結束語
超融合架構已在全國各大行業特別是金融信息化行業開花結果，幫助這些行業改善IT基礎架構，推動整體社會服務水平提升，通過應用實踐釋放智能時代的真正商業價值。超融合架構（HCI）是具備良好的模塊化設計、出色的連接和支持能力，以及優秀的穩定性和處理能力的超融合架構技術，通過實現業務快速上線、彈性部署、存儲快速靈活擴展、一體化管理等手段，顯著提升金融資源利用效率，優化金融服務流程，有效降低成本，提升服務質量。
參考文獻：
[1]范美玉.基于大數據的精準醫療服務模式研究[D].華中科技大學，2016年.
[2]張雯慧.云計算行業L公司商業模式研究[D].北京郵電大學，2019年 08期.
[3]王斌.云計算IaaS體系架構面向中小企業的商業模式研究[D].北京郵電大學 2014.
[4]林曉峰.超融合技術在數據中心建設中的研究與應用[J].軟件工程.2019（06）.
[5]張奕濤.超融合系統架構在數據中心的應用研究[J].通訊世界.2018（11）.
作者單位：中國人民銀行昆明中心支行
(魔適)