戴小卫
浙江浙能金华燃机发电有限责任公司 浙江省 321025
【摘要】介绍超融合架构、异地站点切换技术及电力行业现代化数据中心的应用场景，分析金华燃机、常山天然气信息化建设的现状、面临困难及超融合架构的切换可能性，详细阐述具体实践和建设成果，指出超融合架构应用可以提高信息系统的安全水平。提高服务器的资源利用率，节约成本。
【关键词】超融合架构；站点切换；高可用性
随着公司应用、业务、数据种类的多样性，数据量迅速增加，现有数据中心必须迅速响应管理要求。传统硬件的配置增加了能源消耗。另一方面，购买新设备的话，花费太多时间和过程，提高基础设施的复杂度，投入过多的维护。
为了满足金华、常山两地业务发展的需要，本文将讨论如何对数据中心实现分布式存储，有效解决集中管理、维护效率提高、快速配置、合理利用资源等问题提供线性横向扩展需求，保障业务数据的连续性和可靠性。
1超融合架构与传统架构对比
1.1超融合架构简介
超融合架构不仅包括计算、网络、存储、服务器虚拟化等资源和技术，还包括备份软件、快照技术、重复数据删除、在线数据压缩等功能，多个单元的设备可以通过网络集成，以实现模块化的无缝横向扩展。形成统一的资源池。HCI是实现“软件定义数据中心”的终极技术路线，能为数据中心带来最佳的效率、灵活性、规模、成本及数据保护。
1.2超融合架构与传统架构比较
传统架构需要依赖于网络管理员，需提供网络操作和排查。超融合基本架构解决方案与以往不同，通常经由两台光交构成服务器和网络集成的集群，在该架构中系统管理人员可以完成系统架构的所有任务。
主机架构
传统设备使用比超融合设备的使用更难实施和管理，后期需要专业存储网络的维护知识。
设备高度
超融合设备比传统架构的设备节省了空间，提高了用户数据中心的资源利用率。
电源功耗
IT设备的能源消耗的高低决定了后期维护和支出的重要成本。
存储架构
传统的SAN架构大大限制了后期虚拟化系统的扩展,而超融合架构的扩展变得方便。
控制器数
传统的存储设备中配置了两个控制器，一个控制器发生故障后，剩下的一个控制器的压力会增加，风险会倍增。为了避免这种情况，通常会使用两台设备来冗余，但硬件成本和配置时技术的难度增加是不可避免的。
超融合提供了更高级别的硬件要求，当某个控制器发生故障时，可以维持应用系统不停止，并提供稳定的性能。即使多个控制器同时发生故障，也能保证业务系统正常运行。
2超融合体系结构的主要特征
2.1分布式存储系统
超融合架构存储系统采用分布式，去除共享架构设计理念，通过分布式计算将数据分散到集群内的所有节点，不仅提高了数据可靠性，还提高了系统性能。基于Nutanix的超融合架构具有通过使计算服务器上的存储装置成为高性能且可靠性高的分布式存储池，使用相同的CPU、存储量计算，每个Nutanix节点服务器具备承担其他节点功能的能力，节点内部有效的分布，进行相互协作和通信。
2.2计算与存储融合
一般来说，诸如虚拟化、数据库对I/O延迟请求高的应用，将数据存储在物理服务器中，减少由常规外置共享存储（SAN/NAS）引起的网络开销，从而提高应用的读写性能。
2.3相对低廉的采购成本
传统共享存储设备提供空间，当存储空间不够时，需要再次购买昂贵的专业存储设备。然而基于服务器的构架可避免购买传统的外置共享存储设备（SAN/NAS）和交换机，有效的降低采购成本。当存储空间不够时，在现有物理服务器上添加性价比较高的存储磁盘或者添加物理服务器即可有效扩展存储空间。
2.4分布式资源
在数据中心计算资源层面，超融合架构采用X86服务器虚拟化技术，获得计算资源的高可用性、系统应用的高可用性、虚拟机的在线迁移、资源的动态负载均衡等，有效提高服务可靠性、可用性等。
（1）建立服务器虚拟化资源池和集中管理服务，为了提高数据中心的资源利用，统一管理资源池的虚拟机和硬件资源。
通过与相同CPU、存储量进行计算，标准的NutanixBlock设备包括独立的Nutanix节点，各节点是独立的x86服务器，能够减少传统的硬件购买数量，节约机房空间，节约节能。
（2）利用虚拟机在线迁移、应用的高可用、高容错、本地快照、备份等功能，可以提高数据中心的可用性，以便满足业务的持续应用。Nutanix的计算资源池支持VmwarevSphere，采用现有vmware软件实现金华-常山两地电厂数据中心的容灾，在虚拟化层形成计算资源池，为业务系统的虚拟机提供不同的服务质量和能力。
（3）利用超融合架构计算和资源的同步线性扩展能力，实现数据中心的资源动态配置和灵活扩展。在Nutanix架构中，在每个物理节点本地执行一个虚拟存储控制虚机（CVM）。CVM负责本地所有其他本地虚拟机的IO操作，有效地保证整个集群性能的横向扩展。
2.5网络拓扑
在虚拟化资源池中，每个虚拟化节点执行多个虚拟机，在多个虚拟机之间共享网络，使用虚拟交换机来管理网络，虚拟交换机提供在数据中心级别集成的虚拟网络，可以简化并增强虚拟机的网络。
虚拟交换机的网络配置，使用VLAN划分不同的子网，实现不同的子网的安全和隔离。各超融合架构节点需要多个网卡并配置为管理网络、互联网络、上联网络。网络拓扑示意图如图所示。
3优势分析
使用虚拟化架构可以保证用户数据的高速访问和高可靠性，并且不需要传统的集中存储架构，并且可以避免在今后的运行过程中出现设计方案时忽略的性能问题。今后随着业务扩大，为节点扩充提供便利性。
3.1横向扩展优势
基础设施即使在扩展后性能也不会改变。在基本架构中，每个物理节点本地运行虚拟存储来控制虚拟机。CVM负责本地其他虚拟机的输入输出操作。当集群被扩展时，增加的节点添加到虚拟存储控制虚机，保证整个集群性能的横向扩展。在传统架构中，却只有两个存储控制器被集中存储。
3.2性能优势
超融合解决方案在数据中心虚拟化的主要优势之一是性能，性能的优势由传统的服务器和存储架构实现。在传统架构中，每次访问存储都经由网络会引发延时。通过诸如NFS和ISCSI之类的协议来提供存储，本身是没有问题的，但是数据经由网络增加了延时。超融合架构可以提供NFS协议的优势和易用性，并通过所谓的“无网络NFS”来消除网络延时。分布式文件系统直接检测虚拟机，并将特定虚拟机的所有数据存储到本地物理服务器中。因此，虚拟机不是通过网络而是通过高速内部总线访问其数据，所有节点标记在SSD硬盘上，并且提供非常高的IPOS来满足虚拟环境的各种应用需求。
更为重要的是，各节点的SSD并非由各节点单独使用，不会因单个节点的本地SSD存储消耗而性能降低。当这种情况发生时，使用集群中的其他节点的SSD空间。在SSD利用率超过一定的阈值情况下，控制器虚拟机会自动发现，将访问量少的数据从SSD迁到SATA，保证SSD有足够容量满足突发的IO请求。无需关注数据保存在哪里，只需依据数据访问频率来自动调度。
3.3易于部署和集中管理
基于超融合的平台设备可以免除诸如传统集中存储环境中的规划、连接、配置等复杂的管理操作，并且不需要重新配置Raid组、LUN、磁盘卷等。新设备在短时间内即可完成初始化设定，之后开始配置虚拟机。所有的基础设施管理操作都是通过统一的管理界面实现的，包括健康检查、物理机管理、虚拟机管理、存储管理、数据保护、报警监控、报表分析等。无需通过不同界面进行各种管理任务，所有任务都在相同界面完成，减少了运行维护管理的复杂程度。
3.4异地故障恢复
基于Nutanix的超融合方式舍弃RAID机制来保护硬件故障，在节点或磁盘发生故障的情况下，为了保证数据的冗余度和可用性，采用复制因子和验证技术。当发生单点磁盘或单个节点故障时，集群将自动发现该故障，并立即在后台开始数据重建工作。
Nutanix引入了近同步复制技术(NearSync)的支持。NearSync除了提供非常低的RPO之外，还提供了对主I/0延迟的影响为零的两种功能。这意味着可以具有非常低的 RPO并且不产生用于写入的同步复制的开销，并且在当前的超融合平台架构中可以实现1分钟的复制间隔。在稳定的运行状态下，每小时执行一次虚拟磁盘快照，如果两地的NearSync不同步（例如网络中断，广域网延迟等），导致复制时间大于60分钟，系统将自动切回基于虚拟磁盘的快照。
Nutanix配合Vmware的SiteRecoveryManager（SRM）解决方案，完成两地电厂间的业务系统迁移，发生故障时，Vmware管理平台发出日志警报，用户可手动启用故障迁移计划，SRM可以满足恢复时间目标（RTO）和恢复点目标（RPO）的要求。
4总结
从长期来看，利用虚拟化技术构建电力企业的高可用性集群，可有效实现电力企业数据的高可用性和实时备份，能够节约企业成本，减少服务器数量，优化资源的使用，通过降低能耗、削减运营环境支出，可以给企业带来巨大的经济效益。该解决方案证实了确保电力信息系统服务的不间断性，并提高了整个电力系统的高可用性。
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