文/石崗 李文

武漢大學：搭建共享服務(wù)器群

文/石崗 李文

建設(shè)目標

計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展推動了高校信息化建設(shè)，并對高校在深化教育改革、提高管理水平、培養(yǎng)新型人才等方面提出了新的要求。在這個新形勢下，學校各單位陸續(xù)建設(shè)了多個網(wǎng)站和應(yīng)用系統(tǒng)。

然而，這些網(wǎng)站和應(yīng)用系統(tǒng)在運行中時常出現(xiàn)各類問題需要網(wǎng)絡(luò)中心協(xié)助解決，并且日趨頻繁。這些問題大多數(shù)都具有共性，歸納如下：

1. 網(wǎng)絡(luò)需求

各單位最初在組網(wǎng)時只是把能上網(wǎng)作為目標，對布線的規(guī)范性和選用設(shè)備的合理性等方面沒有過多考慮。因此造成目前有的單位需要重新組網(wǎng)，有的單位需要升級設(shè)備，有的單位甚至都不清楚信息點的具體位置。而這些問題又直接導致了各單位自建的網(wǎng)站或應(yīng)用系統(tǒng)不能正常暢通地提供服務(wù)。

2.托管需求

近年來，校內(nèi)很多單位自購服務(wù)器，提供對外宣傳，或用于教學、科研、管理等應(yīng)用，而放置服務(wù)器環(huán)境卻很簡陋，用電、空調(diào)、防雷、衛(wèi)生、安全等都沒有保障措施。因此有些單位希望把服務(wù)器托管到網(wǎng)絡(luò)中心，利用網(wǎng)絡(luò)中心的機房條件，減少因環(huán)境原因?qū)е路?wù)器不能正常運行情況的發(fā)生。

3.安全需求

隨著學校信息化建設(shè)的推進，應(yīng)用系統(tǒng)越建越多，但由于意識、技術(shù)和資金等方面的原因，網(wǎng)站被黑、應(yīng)用癱瘓、數(shù)據(jù)泄露或被篡改等情況時有發(fā)生，安全問題較為突出。

4.并發(fā)需求

武漢大學全日制在校生超過5萬人，其中本科生3萬余人。這意味著每學期有3萬余本科生進行網(wǎng)上選課；每年有2萬余人報考我校研究生；同時，高考招生網(wǎng)上宣傳與咨詢量也非常大。這三個應(yīng)用訪問高峰的時間段也各不相同，如圖1所示。

針對這些對并發(fā)量以及實時要求高的應(yīng)用，提供應(yīng)用的部門包括教務(wù)部、研究生院和招生就業(yè)處分別購買了性能較高的服務(wù)器，有的還使用了多臺，通過DNS輪詢解析的方式進行負載均衡，嘗試保證請求的實時響應(yīng)。但是，DNS輪詢解析并不能真正做到負載均衡，應(yīng)用效果不好。另一個方面，這些高性能服務(wù)器大部分時間處于空閑狀態(tài)，只是在特定的時間段發(fā)揮作用，設(shè)備利用率極低。

另外，多個信息化建設(shè)項目的產(chǎn)品選型測試和系統(tǒng)上線前的測試都需要用到服務(wù)器，多屬于臨時性、短期性使用。如果專門配置服務(wù)器備用，也會造成設(shè)備閑置和資源浪費。

為了加強武漢大學信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實現(xiàn)資源共享，提高設(shè)備利用率，需要整合全校資源，搭建一個方便實用、技術(shù)先進、安全可靠的信息化基礎(chǔ)設(shè)施共享平臺——共享服務(wù)器群，作為全校信息化基礎(chǔ)設(shè)施共享平臺的重要組成部分，并充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)中心技術(shù)和機房條件的優(yōu)勢，面向全校各部門和單位提供服務(wù)，從而達到如下具體目標：

明顯改善各個應(yīng)用系統(tǒng)的運行條件；

提高各個應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)水平；

明顯提升設(shè)備利用率，節(jié)約投資成本；

實現(xiàn)多個應(yīng)用系統(tǒng)的“錯峰”運行，以滿足階段性大并發(fā)量訪問的需求。

技術(shù)選型及總體方案

近兩年，“云計算”在高校信息化領(lǐng)域也產(chǎn)生了深刻影響，直接促進了高校數(shù)據(jù)中心的建設(shè)理念和運行模式的改變。雖然對云計算有多種理解，但業(yè)內(nèi)能夠達成共識的定義仍然是NIST（National Institute of Standards and Technology, U.S. Department of Commerce）提出的“5 個本質(zhì)特征，3 種服務(wù)模式，4 種表現(xiàn)模式”。

五個本質(zhì)特征（Essential Characteristics）是：

1.按需的用戶自服務(wù)（On-Demand Self Service）；2.支持多種終端通過網(wǎng)絡(luò)訪問（Broad Network Access）；3.可再次分配的池化資源（Resource Pooling）；4.支持資源快速擴展和釋放的彈性能力（Rapid Elasticity）；5.監(jiān)控、優(yōu)化資源的使用和計費（Measured Service）。

三種服務(wù)模式（Service Models）是：

1. SaaS（Software as a Service）；

2. PaaS（Platform as a Service）；

3. IaaS（Infrastructure as a Service）。

圖1三個應(yīng)用高并發(fā)訪問時間段

四 種 表 現(xiàn) 模 式（Deployment Models）是：

1.私有云（Private Cloud）：只為一個組織提供服務(wù)，可以由該組織自管或第三方管理；2.團體云（Community Cloud）：為多個組織提供服務(wù)，可以自管或第三方管理；3. 公共云（Public Cloud）：一個組織或團體擁有、向公眾提供有償服務(wù)的云；4.混合云（Hybrid Cloud）：上述2種或3種云的組合。

按照云的基本概念，可以將云的結(jié)構(gòu)分為4個層次，即：服務(wù)層、資源監(jiān)控與管理層、資源池化層和資源層。

資源層：包括網(wǎng)絡(luò)資源、計算資源和存儲資源。

資源池化層：通過對網(wǎng)絡(luò)資源、計算資源、存儲資源的虛擬化形成資源池，為上一層提供資源監(jiān)控、管理和優(yōu)化的條件，為資源共享和提高利用率打下基礎(chǔ)。

資源監(jiān)控與管理層：該層主要實現(xiàn)資源監(jiān)控、動態(tài)調(diào)度與優(yōu)化，包括虛擬機在線遷移、物理機負載均衡與高可用、虛擬機在線備份與恢復、網(wǎng)絡(luò)帶寬分配、存儲備份等功能。

服務(wù)層：該層主要實現(xiàn)用戶自服務(wù)、用戶與權(quán)限管理、流程管理、計費管理、日志管理、安全管理、模板定制與自動部署、應(yīng)用監(jiān)控、應(yīng)用負載均衡、智能終端支持等功能。

武漢大學共享服務(wù)器群項目的建設(shè)，嘗試利用云計算技術(shù)，采用成熟的軟硬件產(chǎn)品，結(jié)合學校自身的特點和實際需求，搭建一個具有開放、安全、易擴展、易管理特性的武漢大學私有云，作為全校信息化基礎(chǔ)設(shè)施共享平臺的重要組成部分，面向校內(nèi)各部門和單位提供IaaS服務(wù)。

建設(shè)方案

圖2 共享服務(wù)器群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

確定總體方案，并從功能、實現(xiàn)、服務(wù)、價格等方面對市場上主流的軟硬件產(chǎn)品進行考察和比較，最后確定建設(shè)方案，即：共享服務(wù)器群按照云的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計，由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件包括服務(wù)器、存儲、FC交換機、負載均衡設(shè)備、應(yīng)用層防火墻、IP交換機。軟件包括虛擬化軟件、資源監(jiān)控與管理軟件和基于IaaS模式的云服務(wù)軟件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

項目實施完成后，將學校教務(wù)部的數(shù)據(jù)庫（Oracle、MySql）、選課系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、WEB服務(wù)、Radius服務(wù)器等遷移到共享服務(wù)器群上，用于系統(tǒng)試運行，運行結(jié)果穩(wěn)定，效果良好，之后正式提供服務(wù)。

實施效果

共享服務(wù)器群主要對學校各部門和單位提供IaaS服務(wù)，經(jīng)過兩年的運行，已逐步實現(xiàn)各部門和單位私有服務(wù)器的或集中或淘汰。那些無基本運行環(huán)境，或有階段性大并發(fā)量訪問需求的應(yīng)用系統(tǒng)已成功遷移到共享服務(wù)器群上。其中包括：教務(wù)系統(tǒng)、選課系統(tǒng)、研究生管理系統(tǒng)、研工管理系統(tǒng)、本科生綜合管理系統(tǒng)、精品課程等等，部署在近60臺虛擬機上，如圖3?？梢灶A計，隨著更多的應(yīng)用進駐該共享服務(wù)器群，在資源共享方面必將取得更加顯著的成效。

由于各個應(yīng)用管理系統(tǒng)逐步遷移到共享服務(wù)器群上，共有10余個部門取消了自己的小機房，還有幾個單位取消了自己建機房的計劃，不僅讓系統(tǒng)運行有保障，還在節(jié)能以及充分利用房產(chǎn)資源方面也收到了較好的效果。

共享服務(wù)器群的建成運行，明顯改善了各個應(yīng)用系統(tǒng)的運行條件，提高了各個系統(tǒng)的服務(wù)水平，顯著提升了設(shè)備利用率，節(jié)約了投資成本，同時實現(xiàn)了本科生網(wǎng)上選課和研究生網(wǎng)上報名的大并發(fā)量訪問“錯峰”運行。

從用戶使用角度，共享服務(wù)器群具有用戶自服務(wù)功能，用戶自行注冊，按需提交資源使用申請，系統(tǒng)管理員審核通過后，管理平臺開始生成虛擬機。虛擬機生成后，即能實現(xiàn)用戶自服務(wù)，包括啟動、關(guān)機、重啟、連接（VNC）、申請IP地址、綁定/釋放IP地址等操作，不需要管理員的干預。

從高并發(fā)需求角度，共享服務(wù)器群利用同期規(guī)劃的負載均衡設(shè)備，很好地支撐了學校的教學和管理工作。

以本科生選課為例：我校共有本科生3萬余人，選課在網(wǎng)上進行，每次網(wǎng)上選課時間為兩天，是很典型的高并發(fā)實時訪問的活動之一。在實現(xiàn)共享服務(wù)器群之前，每次開放學生網(wǎng)上選課，教務(wù)部服務(wù)器最大能夠承載的并發(fā)不到2000人。學生要么連不上服務(wù)器，要么不能提交選課申請。

教務(wù)部選課系統(tǒng)部署到共享服務(wù)器群上以后，已承擔多次全校本科生選課。剛上線的第一次選課，同學們在人人網(wǎng)上已經(jīng)把這次選課稱為“秒選”。最大選課并發(fā)訪問接近一萬人。

從監(jiān)控角度，通過共享服務(wù)器群管理平臺，管理員可以監(jiān)測每臺物理機上的虛擬機和資源使用情況、虛擬機運行情況和用戶情況。

從安全角度，共享服務(wù)器群提供了三重安全措施，一是網(wǎng)絡(luò)硬件防火墻，提供網(wǎng)絡(luò)級別的保護；二是資源管理軟件防火墻，具有用戶隔離功能；三是Web應(yīng)用防火墻，用于保證運行在虛擬機上的Web系統(tǒng)的安全。

（作者單位為武漢大學網(wǎng)絡(luò)中心）