王家兵 王成彥

摘 ? 要：為提高資源利用率、降低成本、優(yōu)化管理，高校需探索以超融合架構(gòu)來構(gòu)建圖書館數(shù)據(jù)中心。文章重點(diǎn)介紹了超融合架構(gòu)數(shù)據(jù)中心的相關(guān)優(yōu)勢(shì)與產(chǎn)品方案，探討采用超融合架構(gòu)來構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的基本原則、步驟以及方案實(shí)例，為各高校進(jìn)行圖書館數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了參考。

關(guān)鍵詞：超融合基礎(chǔ)架構(gòu);數(shù)據(jù)中心;云計(jì)算

中圖分類號(hào)：G250.71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2019）19-0090-03

一、引言

圖書館數(shù)據(jù)中心是圖書館信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在現(xiàn)代化數(shù)字圖書館、智慧圖書館建設(shè)中起著支撐與保障作用，受到各高校圖書館的廣泛重視。近年來，隨著圖書館數(shù)字化、自動(dòng)化建設(shè)的推進(jìn)，越來越多的電子資源、自動(dòng)化業(yè)務(wù)在圖書館數(shù)據(jù)中心上線，各種應(yīng)用服務(wù)與數(shù)據(jù)量的快速增長(zhǎng)對(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)能力提出了新的要求。如何建設(shè)好數(shù)據(jù)中心，保障相關(guān)業(yè)務(wù)良好運(yùn)行，使硬件資源得到最大化利用，在靈活、高效的同時(shí)，保持易于擴(kuò)展，成為各高校圖書館需要面對(duì)的問題。

圖書館數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)是對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的需求大、備份數(shù)據(jù)量大、關(guān)鍵應(yīng)用安全性要求高。目前各圖書館數(shù)據(jù)中心大多采用集群與虛擬化技術(shù)來保障業(yè)務(wù)的運(yùn)行，以服務(wù)器與外置磁盤作陣列模式，以存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）作統(tǒng)一存儲(chǔ)來保障數(shù)據(jù)的安全并提高資源利用率。這種傳統(tǒng)集中式存儲(chǔ)架構(gòu)經(jīng)過十多年的發(fā)展，技術(shù)已相對(duì)成熟，通過將存儲(chǔ)和服務(wù)器隔離，簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)的管理，同時(shí)使存儲(chǔ)空間有效地匯集在一起，存儲(chǔ)利用率得到提高，在早期業(yè)務(wù)應(yīng)用少、數(shù)據(jù)量小的情況下，得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著信息化與需求的發(fā)展，圖書館數(shù)據(jù)量與自動(dòng)化業(yè)務(wù)暴發(fā)式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)集中式存儲(chǔ)架構(gòu)表現(xiàn)出了明顯的不足：一方面是數(shù)據(jù)處理性能受到存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，難以承載持續(xù)暴漲的數(shù)據(jù)處理需求;另一方面是擴(kuò)展不便、成本高，隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，成本甚至達(dá)到難以承擔(dān)的程度。為解決這些問題，近年來，一些圖書館開始研究應(yīng)用云計(jì)算相關(guān)技術(shù)，采用分散存儲(chǔ)的超融合架構(gòu)來搭建數(shù)據(jù)中心[1-2]。

二、超融合概念及產(chǎn)品方案

1.概念與優(yōu)勢(shì)

超融合基礎(chǔ)架構(gòu)[3]（Hyper-Converged Infrastructure，HCI）是由多個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)整合而成的一個(gè)易于管理的集成系統(tǒng)，每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)都具備計(jì)算、存儲(chǔ)和服務(wù)器虛擬化等資源，通過軟件將虛擬計(jì)算平臺(tái)和存儲(chǔ)融合到一起，形成一個(gè)統(tǒng)一資源池，按需為用戶提供服務(wù)。不同于傳統(tǒng)的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，超融合基礎(chǔ)架構(gòu)是一種由軟件定義的系統(tǒng)，以每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的本地硬盤作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，系統(tǒng)不僅具有計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器虛擬化等資源和技術(shù)，而且還包括緩存加速、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、在線數(shù)據(jù)壓縮、備份、快照等技術(shù)元素，多節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)聚合起來，很容易實(shí)現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴(kuò)展。

相對(duì)于傳統(tǒng)虛擬化方案，超融合架構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）擴(kuò)容與管理簡(jiǎn)單

超融合架構(gòu)底層基礎(chǔ)設(shè)施只有交換機(jī)和服務(wù)器，架構(gòu)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了管理;性能和容量擴(kuò)容改造時(shí)，業(yè)務(wù)和架構(gòu)無需變革，只需橫向添加服務(wù)器就可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)線性擴(kuò)展;進(jìn)行業(yè)務(wù)遷移時(shí)，采用集成的應(yīng)用交付體系，業(yè)務(wù)上線簡(jiǎn)便。

（2）穩(wěn)定性好

超融合架構(gòu)采用分布式跨節(jié)點(diǎn)多副本以及定時(shí)備份技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了物理層數(shù)據(jù)可靠保存;通過虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)高可用性與分布式資源調(diào)度，減少了物理節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷的次數(shù);另外，通過負(fù)載均衡、容災(zāi)技術(shù)、持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)構(gòu)建了業(yè)務(wù)連續(xù)性訪問能力，保證了數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)鍵應(yīng)用能穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）安全性高

通過內(nèi)置分布式防火墻、虛擬機(jī)沙箱、Web應(yīng)用防護(hù)等安全機(jī)制，超融合架構(gòu)有效提高了平臺(tái)的安全級(jí)別，支持多副本容災(zāi)保護(hù)，同時(shí)集成下一代防火墻、無代理殺毒軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)等安全模塊，構(gòu)建了4～7層網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用安全防護(hù)能力，

（4）易于使用

實(shí)現(xiàn)了可視化運(yùn)維和故障定位，采用流程化、自動(dòng)化資源交付方式，計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和安全資源隨需索取，提高了部署和資源編排的效率，簡(jiǎn)化了平臺(tái)的運(yùn)維，方便管理。

2.相關(guān)產(chǎn)品方案

超融合架構(gòu)產(chǎn)品應(yīng)用日益廣泛，其市場(chǎng)增長(zhǎng)迅猛。全球知名咨詢公司“IDC”的報(bào)告顯示，從2016年到2021年，全球超融合市場(chǎng)的復(fù)合增長(zhǎng)率為48%[4]，2018年我國(guó)超融合市場(chǎng)較上年同期實(shí)現(xiàn)了88.2%的增長(zhǎng)。目前，提供商用超融合產(chǎn)品的公司較多，國(guó)外有Nutanix、VMware、SimpliVity等，國(guó)內(nèi)有聯(lián)想、華為、H3C、深信服、SmartX等公司，不同公司的超融合架構(gòu)方案在分布式塊存儲(chǔ)、虛擬化計(jì)算、運(yùn)維管理平臺(tái)方面的實(shí)現(xiàn)技術(shù)各有不同。在分布式塊存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)方面，有采用開源Ceph、GlusterFS改造來實(shí)現(xiàn)的，如深信服采用的GlusterFS;也有自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)的，如Nutanix NDFS、VMware VSAN、SmartX ZBS、華為Fusion Storage。在虛擬化計(jì)算方面，大多數(shù)公司都支持多個(gè)虛擬化平臺(tái)，如開源的KVM被很多廠商選用，另外商用的VMware也采用較多。在超融合運(yùn)維管理平臺(tái)方面，各公司均開發(fā)有云管平臺(tái)，基本具有Web管理界面，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)等集群服務(wù)管理，以及性能和事件的監(jiān)控、分析和報(bào)警功能，如VMware VCenter、Nutanix Prism、SmartX Fishey、聯(lián)想AIO CMP、華為FusionCube Center、深信服OpenStack Horizon等。

另外，不同超融合產(chǎn)品廠商提供的交付方式還有不同，有的只支持本公司的服務(wù)器，有的支持多家服務(wù)器。交付的硬件也有一體機(jī)形式和純軟件方式，其中，純軟件方式可支持通用的服務(wù)器。

三、超融合圖書館數(shù)據(jù)中心建設(shè)

1.建設(shè)原則

采用超融合架構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)，需結(jié)合圖書館數(shù)據(jù)中心建設(shè)現(xiàn)狀、未來發(fā)展需要以及相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)等諸多因素來綜合考慮，保證整個(gè)數(shù)據(jù)中心的實(shí)用性、先進(jìn)性、安全性、可擴(kuò)展性，方便實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理，應(yīng)當(dāng)按照循序漸進(jìn)、綜合考慮技術(shù)與服務(wù)的原則，結(jié)合各圖書館實(shí)際需要進(jìn)行規(guī)劃與建設(shè)。

數(shù)據(jù)中心建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，相關(guān)技術(shù)在不斷地發(fā)展變化。各高校圖書館在前期同樣投入了相當(dāng)多的資金，新的建設(shè)應(yīng)考慮設(shè)備利舊，降低整個(gè)數(shù)據(jù)中心的投入。另外，新購(gòu)設(shè)備在使用過程中也會(huì)逐漸老化，特別是保修期過后的設(shè)備損壞費(fèi)用會(huì)大大提高。綜合這幾方面因素，超融合架構(gòu)的圖書館數(shù)據(jù)中心宜分步構(gòu)建，前期小規(guī)模建設(shè)，以三年至五年為周期進(jìn)行多次投入的建設(shè)，逐步過渡到整個(gè)數(shù)據(jù)中心為新的超融合架構(gòu)。

對(duì)于超融合產(chǎn)品，后期升級(jí)、運(yùn)維中的緊急服務(wù)支持都是需要考慮的因素。選用超融合產(chǎn)品方案時(shí)，除考慮實(shí)現(xiàn)技術(shù)與性能外，還需考慮硬件的交付方式、后期的服務(wù)支持等方面內(nèi)容，可以對(duì)同類高校已采購(gòu)建設(shè)的方案進(jìn)行實(shí)地考察，了解投入的資金與使用中的問題，再確定選型。

2.建設(shè)過程

采用超融合架構(gòu)進(jìn)行高校圖書館數(shù)據(jù)中心建設(shè)，通常包括需求分析與規(guī)劃、方案制定與選型、部署遷移、運(yùn)行維護(hù)等幾個(gè)階段。

在需求分析與規(guī)劃階段，先對(duì)圖書館數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用分類，考慮未來3至5年內(nèi)可能新增加的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，作出未來幾年整個(gè)數(shù)據(jù)中心的IT總體需求目標(biāo)，制定出建設(shè)需求報(bào)告與分期實(shí)施的計(jì)劃和方案。

在方案制定與選型階段，根據(jù)制定的分期實(shí)施計(jì)劃，確定所需運(yùn)算能力與總存儲(chǔ)空間，以及所需要的服務(wù)器數(shù)量，再按超融合所需的搭配比例要求進(jìn)行固態(tài)硬盤、內(nèi)存選配。再與多家超融合方案進(jìn)行對(duì)比，綜合考慮性價(jià)比與后期服務(wù)能力，進(jìn)行選型、招標(biāo)，再簽定相關(guān)合同。

具體實(shí)施過程包括服務(wù)器上架、布線，超融合相關(guān)軟件安裝，業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移與測(cè)試等過程。實(shí)施中要做好業(yè)務(wù)系統(tǒng)的備份，業(yè)務(wù)遷移到超融合云平臺(tái)上后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行功能與性能測(cè)試，做好相關(guān)記錄，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的平滑過渡。

超融合架構(gòu)提供了統(tǒng)一的Web管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)可視化集中運(yùn)維管理，方便了平時(shí)的運(yùn)維。日常運(yùn)維中，需加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)人員技術(shù)能力的培養(yǎng)，提升運(yùn)維管理水平，做好系統(tǒng)監(jiān)控與性能調(diào)整，建立靈活、高效、可控制、可衡量的運(yùn)維監(jiān)控管理流程，做好維護(hù)日志記錄，為圖書館業(yè)務(wù)提供穩(wěn)定、良好、安全的服務(wù)。

3.方案實(shí)例

重慶交通大學(xué)圖書館現(xiàn)有服務(wù)器16臺(tái)、CPU核數(shù)40多個(gè)、存儲(chǔ)空間約260TB，采用單服務(wù)器配置RAID模式，承載圖書管理系統(tǒng)OPAC、RFID 自助借還系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)以及CNKI、萬(wàn)方、超星等三十多個(gè)本地電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)等業(yè)務(wù)。由于業(yè)務(wù)增長(zhǎng)與服務(wù)器老化，考慮逐步轉(zhuǎn)移到超融合云平臺(tái)。

考慮到現(xiàn)有電子資源存儲(chǔ)規(guī)模與近5年的發(fā)展情況，近五年內(nèi)達(dá)成的建設(shè)目標(biāo)為7個(gè)結(jié)點(diǎn)，目標(biāo)存儲(chǔ)空間約700T，滿足電子資源50～100種本地存儲(chǔ)與圖書館相關(guān)業(yè)務(wù)的需要。項(xiàng)目分成兩期來完成，前期建設(shè)3個(gè)節(jié)點(diǎn)，提供約300T硬盤空間，遷移電子資源平臺(tái)約10～20個(gè)，后期在舊服務(wù)器逐步淘汰的同時(shí)，進(jìn)行新結(jié)點(diǎn)建設(shè)。

對(duì)國(guó)產(chǎn)聯(lián)想、華為、深信服等幾家超融合方案進(jìn)行了對(duì)比，綜合考慮性價(jià)比，選擇了深信服超融合方案，深信服超融合方案具有架構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、安全、易用性好等特點(diǎn)。在IDC最新發(fā)布的《中國(guó)超融合市場(chǎng)跟蹤研究報(bào)告（2017Q4）》中，深信服以19%的市場(chǎng)份額躍居超融合國(guó)產(chǎn)品牌第三名。深信服超融合方案支持其它廠家的服務(wù)器，也可以利用舊服務(wù)器，其超融合軟件分必選與可選兩類，必選軟件模塊包括云計(jì)算管理軟件、計(jì)算服務(wù)器虛擬化軟件、網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件、虛擬存儲(chǔ)軟件;可選軟件模塊包括深信服異構(gòu)虛擬化管理軟件、持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)軟件、虛擬防火墻軟件、應(yīng)用交付軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)安全審計(jì)系統(tǒng)軟件等。初期建設(shè)三個(gè)節(jié)點(diǎn)，總預(yù)算費(fèi)用約80萬(wàn)，建成后可提供約300T硬盤空間，可為10～20個(gè)空間占用量大的電子資源平臺(tái)提供服務(wù)。相關(guān)設(shè)備清單如表1所示。

四、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)中心是高校智慧圖書館建設(shè)的支撐平臺(tái)，采用超融合架構(gòu)來構(gòu)建圖書館數(shù)據(jù)中心，在保證圖書館相關(guān)業(yè)務(wù)高效運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了資源的安全存儲(chǔ)、合理分配、動(dòng)態(tài)管理與自由訪問，是未來圖書館數(shù)據(jù)中心的必然發(fā)展趨勢(shì)。在規(guī)劃與建設(shè)中，必須結(jié)合圖書館實(shí)際，精心論證，使數(shù)據(jù)中心能夠滿足當(dāng)前需要，同時(shí)也能進(jìn)一步擴(kuò)展，適應(yīng)未來的發(fā)展。

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（編輯：王曉明）