超融合基础架构作为云计算IaaS层中的新型架构,因融入了“软件定义一切”的理念成为软件定义数据中心的解决方案之一。随着功能的丰富,超融合基础架构的系统规模逐渐扩大,并且呈现复杂化的趋势。在这种情况下,人们对超融合基础架构的高可用性越来越重视。但是系统的复杂程度越高,以下问题就越突出。第一,使用自然语言或图表的形式描述一个高可用的超融合基础架构时,容易造成歧义、描述不清以及描述遗漏等现象。第二,超融合基础架构的高可用运行方式具有多样性,缺少通用的优化流程对高可用状态下的超融合基础架构进行优化,降低高可用特性产生的额外开销。为了解决上述问题,本文提出一个超融合基础架构的高可用模型。该模型以数学集合表示方法准确描述超融合基础架构多个方面的表现,并给出构建高可用模型的具体流程,提供寻找超融合基础架构中与高可用性相关的漏洞的方法。根据高可用模型提供的信息,本文提出高可用状态下的超融合基础架构的优化流程,并利用遗传算法等优化方法对超融合基础架构进行优化。另外还引入服务组级别的细粒度故障隔离方法缩小超融合基础架构受到故障的影响范围。本文在给定的物理环境下实现优化后的高可用超融合基础架构,并对网络功能融合、存储缓存以及高可用插件服务进行设计与实现。一系列的高可用性验证实验与优化效果验证实验证明,经过优化后的高可用超融合基础架构是可实现的以及可用的,并且优化后的超融合基础架构在最小集群下可以花费更少的开销,在同等规模下可以使用户利用到更多的资源。