课题超融合数据中心解决专项方案.docx

高校IT基础架构设施升级方案

----SMARTX超融合+虚拟化处理方案

北京中科泰科技

一、 目前高校数据中心现实状况和问题
伴随高校信息化建设不停深入，各个部门各个院系全部依据各自业务需求建设了对应应用系统，而且增加速度很快，数据量也是呈几何级数增加，随之而来也给机房带来新挑战：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。各自购置添加服务器和存放等硬件设施，资源总体利用效率较低。第二，应用扩展问题：服务器托管模式，新应用布署需要频繁接入机房，布线、配置网络，布署时间长。大部分新应用没有对存放、备份、可靠性等进行统一计划，机房硬件设施没有统一计划，网络拓扑结构越来越复杂，新增系统布线困难。第三，运维运行问题：因为信息中心人力资源有限，而各院系人员运维运行能力微弱，造成信息中心工作压力越来越大，工作人员常常超负荷工作。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：每十二个月大量投入新增硬件设施，增加机柜，机房空间越来越局促。
面对信息化建设挑战，该怎样利用新技术愈加好支撑高校信息化建设，提供愈加好IT服务，满足各个院系各个部门期望？我们认为，采取现在国际上流行最优异超融合加虚拟化技术重新建立标准统一、安全可扩展超融合IT基础架构，重新定义数据中心，将IT设备以可水平扩展资源池方法提供给各个院系各个部门，达成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、虚拟化和高校IT基础设施
高校IT业务迅猛发展要求IT基础设施将能满足其快速增加及改变需求，传统IT架构已经被证实无法有效应对这种业务增加和改变境况。服务器虚拟化技术出现和兴起，高效处理目前面临一系列难题，将成为未来IT基础架构发展方向。虚拟化技术，以按需、易扩展方法取得所需资源应用。提供资源被称为虚拟资源，虚拟资源在使用者看来是能够无限扩展，而且能够随时获取，按需使用。虚拟化技术带来了以下多个好处和变革：
1、资源利用更高效，节省成本
在虚拟化架构下，硬件资源全部被虚拟成计算、网络和存放资源，统一管理和并按需分配。这么能够避免反复建设，避免异构平台产生，极大提升IT资源利用率，节省能耗，降低IT成本投入。
2、管理复杂度大大降低
高校IT部门除了成本之外，最关心是IT灵敏性和管理型，虚拟化带来了灵敏性和可管理性上飞跃，一个新业务、一个新网站或是一个新服务，能够在短时间内布署好，而不是数天和数周准备，布署和测试。
3、横向扩展
IT业务一个最大痛点就是无法或极难正确预知业务发展需求，这势必造成：激进或保守估量了业务现有规模和预期增加，全部会造成浪费。虚拟化处理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加，降低了对早期物理硬件投入依靠。
4、灵活软件可定义
不一样于传统IT架构大量采取专有化硬件实现高级功效和特征，如；传统存放厂商采取专有芯片做数据压缩、去冗，虚拟化系统更多依靠软件方法来定义并实现新功效和新特征，其实伴随通用X86 CPU快速更新和发展，这些专有芯片大部分功效，全部能够经过软件在X86 CPU上高效实现。带来系统架构灵活性同时，也降低总体成本。
三、分离式计算和存放虚拟化缺点
目前，多数高校还是采取传统虚拟化处理方案，就是计算服务器和存放服务器分离，采取集中式存放（SAN/NAS），因为这种结构是过去遗留结构，仍存留在现在虚拟化环境中，但伴随现代数据中心业务高速发展，其缺点也日益凸显，关键表现在：
1、存放服务器经过存放交换机和计算服务器相连，存放服务器和存放交换机轻易单点失效，造成全部计算服务器不能访问数据；
2、存放服务器采取传统机械磁盘和RAID技术，在计算服务器增多时候，存放本身及存放交换机会成为性能瓶颈，不利于I/O访问频繁应用，比如数据库应用；
3、存放服务器和交换机全部需要单独配置，扩容复杂，在维护成本上开销大；
4、难以扩展，伴随业务增加，传统SAN/NAS处理方案会成为扩展瓶颈；
5、性价比低，用户需要额外采购存放交换机和存放服务器，而且占用额外机柜空间，消耗更多电力能源。下图是目前虚拟化架构：

四、中科泰SMARTX超融合存放计算虚拟化架构优势
相比分离式计算存放虚拟化，超融合虚拟化，也称做Hyper-converged，在提供存放同时，也提供计算能力，这不仅大量降低了硬件投入和电力成本，也将计算放在离存放更近地方，达成最优性能。超融合架构通常采取了全分布式组件，横向可扩展，不存在单点失效，数据能够自动恢复和备份，性能优势很显著，是现在国际上主流科技企业普遍采取IT基础架构，也是未来IT基础架构方向。我们所致力工作就是把这么出色产品带给企业和高校。下图是超融合虚拟化架构：

中科泰SMARTX超融合虚拟化方案含有以下优点：
SMARTX产品功效关键围绕IT基础架构最关键多个方面：丰富数据服务、业务连续性、简化IT管理、降低成本、绿色节能。
1、丰富数据服务
l 弹性可配置副本
应用场景不一样，对数据可靠性、可用性要求也不一样。SMARTX经过对存放盘副本数配置，满足不一样场景可靠性和可用性需求。
l 智能数据恢复
当碰到物理磁盘损坏、存放节点掉电、网络连接失败等原因造成数据可用性、可靠性下降事故，SMARTX 存放系统会智能在健康物理节点上重建数据，来确保数据可靠性。同时为了使得背景恢复任务不影响正常数据读写性能，SMARTX 会对恢复任务设置流量，并在负载很轻时候调度。
l 备份工具
SMARTX 提供了一组工具会将数据备份到外部存放，比如 HDFS、S3 等。多一个层面对数据进行保护。
l 集群负载均衡
SMARTX 能够智能将数据均匀分布到不一样物理节点，达成容量和性能负载均衡。
l 瘦供给
集群级全局瘦供给（Thin Provison）能许可用户分配出大于目前存放系统空间存放盘。存放盘只有被真正使用时候才算作被消耗存放资源。这项特征为公有云弹性存放“超卖”提供了强力支持，已成为公有云后端存放标配。
l 秒级无依靠快照
创建快照在 SMARTX 中是很轻松高效操作，快照创建均在 1ms 内完成。另外，快照之间无依靠，方便快照管理。SMARTX 使用了写时复制（Copy-on-write）技术来提升快照性能和体验，因为快照真实数据只要在修改时候才会被复制，所以快照操作实际上就是简单元数据操作。
2、业务连续性
l 不停机扩容
整个扩容升级过程无需暂停任何服务，用户虚拟机里业务无需中止。
l 硬盘热插拔
当磁盘损坏需要更换时候，无需停机断电，用好磁盘替换损坏磁盘即可，SMARTX 能够自动将顺坏磁盘数据恢复出来。
l 虚拟机重连
网络分区在分布式系统里是很常见错误，这类错误会造成分布式存放临时不可用，SMARTX 支持虚拟机重连机制，使得虚拟机 I/O 不会受短暂网络错误影响。
l VM 热迁移
虚拟机热迁移许可在不关闭虚拟机情况下，将其转移到另一台物理服务器上运行。SMARTX 在存放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
l CLI/Web 管理
CLI 为系统管理员最常见管理方法，编写自动化脚本基础。Web 提供可视化操作界面，让操作变得简练直观。
l 开放 API
SMARTX 开放 API，目前支持 RESTFUL 和 Python 接口，对开发者友好，外部系统集成 SMARTX 十分轻易。
l 集群事件分析、监控和报警
丰富多维度、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
l SMARTX基于通用X86服务器，能够跟随通用硬件快速升级而得到性能提升和新功效加入，为用户节省更多开支。
5、绿色节能
l 利用软件定义存放实现传统存放产品功效，而且提供统一易用接口，轻易扩展，降低了很多专用设备采购和使用，节省IT开支和机柜空间，节省电力能源。

五、SMARTX软硬件一体处理方案和提议
1、 硬件
l 超微双子星
2*双子星服务器（4U），每个节点硬件配置以下：
单节点配置
CPU
2 x Intel E5 2680-v2
内存
192GB
SSD
2 x Intel SSD s3500 480GB
SATA硬盘
4 x Seagate CES 3TB
万兆网卡
Intel X540-DP 双口
千兆网卡
I350 1Gb BT DP 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
CPU
80 Cores
内存
768GB
可用存放空间
46TB
空间
4U
l 联想 RD-640
4 x 联想 RD-640服务器（8U），每个节点硬件配置以下：
单节点配置
CPU
2 x Intel E5 2680-v2
内存
192GB
SSD
2 x Intel SSD s3500 480GB
SATA硬盘
4 x Seagate CES 3TB
万兆网卡
Intel X540-DP 双口
千兆网卡
I350 1Gb BT DP 双口
万兆、千兆连接线

双冗余电源

规格
2U
集群整体配置
CPU
80 Cores
内存
768GB
可用存放空间
46TB
空间
8U
注：超微双子星硬件方案密度高，在空间和能耗节省上更出色。
2、SMARTX软件
全部服务器节点全部安装布署SMARTX标准版
软件特征
备注
ELF虚拟化计算平台
基于KVM
智能SSD分层存放
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
存放池数 <= 512

单个存放盘容量 <= 4T

秒级无依靠快照

快照回滚

秒级无依靠克隆

存放盘QoS控制

单存放盘最大快照数 <= 256

定时快照

瘦供给
Thin provision
虚拟机热迁移

磁盘热插拔

去冗备份工具

命令行工具

Web UI

RESTFUL/Python API

性能监控

3、实践提议：
l 分期建设
基于SMARTX良好性能和很多优势，学校能够分期投入建设，一期建成后能够先把常见、访问量大业务系统迁移到该平台，如教务、校园网、邮件等系统。
l 利旧
破旧服务器可作为备份存放，用于日常数据备份。
4、报价：
l 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(包含实施布署+系统数据迁移+十二个月无偿升级维护)
l 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(包含实施布署+系统数据迁移+十二个月无偿升级维护)

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