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实景三维私有云

平民化实景三维数据中心整体架构

实景三维与工程设计计算平台力求打造超融合GPU云数据中心。云计算是最炙手可热的词汇,虚拟化是必经之路,是实现云计算的基础,云计算的特征体现在虚拟化、分布式和动态可扩展。虚拟化。是云计算最主要的特点。每一个应用部署的环境和物理平台是没有关系的,通过虚拟平台进行管理、扩展、迁移、备份。种种操作都通过虚拟化层完成:动态可扩展是指通过动态扩展虚拟化的层次,进而达到对以上应用进行扩展的目的;分布式是指计算所使用的物理节点是分布的。目前,大部分软件和硬件已经对虚拟化有一定支持,可以把各种资源、软件、硬件、操作系统和存储网络等要素都进行虚拟化,并进行统一管理。虚拟化技术打破了物理结构之间的壁垒,代表着把物理资源转变为逻辑可管理资源的必然趋势。

1整体方案设计

本方案针对实景三维数据处理规模大、文件零碎等特定情况进行定制深度改造,构建了高效性、高可靠性、高扩展性、高安全性集群环境,超大吞吐量为实景建模生产提供可靠保证;方案采用存储和计算一体化架构,在单个计算节点上集成计算、网络及虚拟化的统一计算系统,将存储和计算一体化机器进行虚拟化整合,构建有弹性的虚拟化基础平台架构,简化数据中心总体架构,降低管理的复杂性,使得网络和应用能以更高效的方式运作,相应的计算、网络和存储资源能够以最大利用率的方针对用户现有及未来的应用部署提供快速服务支撑,满足业务系统快速上线与降低信息系统基础架构管理复杂性的要求,完成基本的虚拟化基础平台架构建设,同时为未来业务的不断增加提供可自动在线弹性扩展的虚拟化资源池系统。


以存储计算一体化设备搭建的集群架构相比传统数据中心架构对比

虚拟化环境的基本要求如下:

(1)对整个数据中心的应用资源合理分配,确保平台运行各应用尤其是核心应用的计算资源和IO资源得到有效的保障;

(2)对整体数据中心虚拟化集群环境实现负载均衡的计算资源在线管理,如虚拟机热迁移等功能,以及数据中心基础架构的弹性扩展;

(3)考虑到构建集中式的虚拟机高可用集群环境,需要配置足够的冗余交换网络:这包括管理及集群心跳网络,在线迁移网络以及虚拟机应用对外连接的服务网络;

(4)实现虚拟机负载均衡的高可用环境;

(5)虚拟机集群环境的集中统一管理和监控 ;

(6)通过虚拟化环境延长软硬件的生存周期,确保降低总体拥有成本TCO,提高投资回报率;

(7)利用分布式存储实现数据的集中存储、集中备份以及充分利用虚拟架构中虚拟机可动态在线从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上和高可用等特性。

根据上述设计思路,结合我们以往的项目经验,针对本次项目的虚拟化平台整体架构如下:


物理架构



物理架构示意图


(1)考虑到生产环境中网络可靠的重要性,这里网络设备采用双路冗余的方案。

(2)一体机节点与接入交换机之间可以为10Gb,这取决于这个云环境所需的外部流量到底有多大。

(3)一体机节点之间通信是10Gb连接,保障节点之间东西流量畅通。交换机进行堆叠,即虚拟成一个逻辑的交换机,为 active-active。

(4)若节点间的互联网络,和上层业务的接入网络都采用万兆,可共用一个物理网络。


逻辑架构



逻辑架构示意图

1) 计算资源模块(SDC):

在存储计算一体化服务器上部署虚拟化云平台操作系统,极大提高了CPU与GPU的利用率。

2) 存储资源模块(SDS):

提供分布式存储系统,将多个节点上本地磁盘组成一个统一的存储资源池,实现计算数据的集中存储、共享,提高了数据的安全性和使用效率;根据I/O性能与硬盘容量的不同,又可以划分出性能型硬盘与容量型硬盘提供给用户选择使用。

3) 网络资源模块(SDN):

在超融合系统中,为保证整个平台的性能,我们强烈建议后端的支撑网络应该规划为万兆(10Gb/s)网络,不仅支持虚拟机之间高速的通信,还要支撑完成多份实时副本的工作。

4) 云平台管理系统(Manager):

通过部署云平台管理系统,将云平台的资源进行统一的管理和调度,以虚机服务的方式呈现给用户,并对所有的资源状态监控和统计。



以存储计算一体化设备搭建的集群的功能说明


2方案优势

该方案具有以下显著优势:

构建私有云环境:服务器集存储和计算为一体,采用双CPU和多GPU架构,定制化系统通过对计算资源、存储资源等基础资源的有机整合,实现统筹优化资源配置、动态合理调配资源,提高资源的利用率。


提升数据中心管理与运维效率,降低总体TCO:将服务器与操作机隔离,利用一体化平台实现数据中心远程维护和管理,搭建的高性能集群在有效降低运行成本同时,最大限度地减少资源浪费,增强系统运行维护的灵活性和可靠性,进一步规范应用项目的运行环境,使运算效率达到最高。


数据中心计算与存储吞吐性能线性扩展:符合大规模超算中心架构,支持服务器横向扩展,整体性能随服务器数量增加而线性提升。

单台服务器运行多个ContextCapture引擎:采用虚拟化技术实现计算机实体资源的分离,最多支持单台服务器运行三个ContextCapture引擎,效率提高60%以上,有效解决高性能的物理硬件产能过剩,透明化底层物理硬件,从而最大化的利用物理硬件,虚拟机和物理机之间能够灵活切换。

分布式存储最大化提高存储性能:针对实景建模数据处理零碎文件效率低下的问题,选择分布式存储提高传输效率,将计算和存储融合,实现数据统一管理和稳定一致的高性能,满足频繁地访问数据,优化 TB 级数据处理性能,足以应对三维建模在数据吞吐量、数据保留和数据检索方面日益加剧的挑战。


计算和存储的融合性:以计算和存储一体化的服务器为单元整合在一起,形成统一的虚拟计算和融合存储池。提高了系统的IO效率,同时也节省了整套系统的实现成本,只需少量购买昂贵的共享存储和光纤交换机。

系统安全性:由于采用了虚拟化技术的高级功能,使业务系统脱离了单台物理硬件的束缚,可以实现更高级别的业务连续性要求,提升了系统安全性、可靠性;通过虚拟化技术,降低了物理硬件的故障影响力,减少了硬件的安全隐患;通过虚拟化整合,减少了设备的接入数量,安全防范的范围能够得到更有效地控制。

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