鄧 湘 勤

(國(guó)電大渡河流域梯級(jí)電站集控中心，四川 成都 610041)

運(yùn)用云架構(gòu)進(jìn)行水電企業(yè)新型信息化建設(shè)的實(shí)踐與思考

鄧 湘 勤

(國(guó)電大渡河流域梯級(jí)電站集控中心，四川 成都 610041)

云計(jì)算是當(dāng)前信息化領(lǐng)域最前沿和熱門的技術(shù)，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，迅速成為當(dāng)前進(jìn)行信息化建設(shè)的核心支撐技術(shù)。面對(duì)日益增長(zhǎng)的信息化建設(shè)以及IT設(shè)備的運(yùn)維管理需求，如何利用云架構(gòu)在利舊的基礎(chǔ)上進(jìn)行新型的信息化建設(shè)已成為當(dāng)前信息化建設(shè)主要討論的課題。結(jié)合云架構(gòu)在國(guó)電大渡河公司進(jìn)行云信息化建設(shè)的實(shí)踐成果，詮釋了如何應(yīng)用云架構(gòu)進(jìn)行新型信息化建設(shè)的思考。

云計(jì)算；分布式架構(gòu)；混合云存儲(chǔ)；異構(gòu)虛擬化

1 概 述

國(guó)電大渡河流域水電開發(fā)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“公司”)于2014年提出了建設(shè)智慧大渡河的戰(zhàn)略，包括智慧工程、智慧電廠、智慧檢修、智慧后勤等運(yùn)行單元。作為智慧大渡河戰(zhàn)略的承載平臺(tái)，信息化建設(shè)首先要變得更加智慧。根據(jù)智慧大渡河戰(zhàn)略規(guī)劃，集控中心提出了應(yīng)用云架構(gòu)進(jìn)行新型信息化建設(shè)的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案從計(jì)算資源集中化、存儲(chǔ)資源混合化、容災(zāi)平臺(tái)化、IT運(yùn)維管理統(tǒng)一化四個(gè)方面對(duì)公司的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)容災(zāi)備份、資源利舊等需求進(jìn)行了整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)。筆者結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施規(guī)劃和建設(shè)成果，闡述了運(yùn)用云架構(gòu)進(jìn)行新型信息化建設(shè)的實(shí)踐過程。

2 運(yùn)用云架構(gòu)進(jìn)行新型信息化建設(shè)的必要性

2.1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心物理資源管理提升空間有限

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心采用煙囪式架構(gòu)，龐大的應(yīng)用體系采用靜態(tài)部署的方式，業(yè)務(wù)應(yīng)用采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)集成，由此而造成每個(gè)新業(yè)務(wù)的到來需要單獨(dú)配置服務(wù)器，一方面增加了管理成本，另一方面也增加了管理難度(圖1)。并且，隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為支撐業(yè)務(wù)發(fā)展的信息化部門，在硬件資源利用率不完全的情況下，資源浪費(fèi)率越來越高，由此而造成的成本增加以及能源的浪費(fèi)也會(huì)越來越高。

2.2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理面對(duì)難以克服的挑戰(zhàn)一方面，隨著現(xiàn)代企業(yè)信息化集成度和數(shù)字化改造程度越來越高，數(shù)據(jù)流的承載、響應(yīng)、管理、存儲(chǔ)以及備份的要求對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心帶來了極大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心除面對(duì)高并發(fā)、高IO數(shù)據(jù)流量的新業(yè)務(wù)需求，迫使用戶采購(gòu)性能更高的設(shè)備之外，當(dāng)單臺(tái)硬件設(shè)備的性能無法滿足新業(yè)務(wù)需求時(shí)，數(shù)據(jù)中心將無法有效支撐新業(yè)務(wù)的開展。

圖1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心框圖

既使是面對(duì)舊有業(yè)務(wù)，隨著發(fā)展，數(shù)據(jù)流的峰值也會(huì)越來越高，特別是辦公自動(dòng)化(OA)、財(cái)務(wù)管控、一體化平臺(tái)等系統(tǒng)，在單臺(tái)硬件設(shè)備無法支撐數(shù)據(jù)流峰值需求時(shí)，將會(huì)造成辦公效率的明顯下降。因此，如何在不增加采購(gòu)成本的情況下，平滑的消除數(shù)據(jù)峰值瓶頸，也是對(duì)數(shù)據(jù)中心管理員的一個(gè)挑戰(zhàn)。

另一方面，隨著數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)備的多樣化，管理難度對(duì)數(shù)據(jù)中心管理員也提出了新的挑戰(zhàn)。例如：不同廠家的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何納入統(tǒng)一管理？如何快速、有效地將問題定位以及巡回運(yùn)維？目前尚無較完美的解決辦法。

在面對(duì)不同應(yīng)用需求時(shí)，如何快速響應(yīng)，如何敏捷配置計(jì)算和存儲(chǔ)資源，讓業(yè)務(wù)系統(tǒng)快速上線以及資源的動(dòng)態(tài)伸縮和回收等問題是運(yùn)維管理需要提升的地方。

3 集中計(jì)算資源，建設(shè)統(tǒng)一的云計(jì)算平臺(tái)

面對(duì)以上問題，在舊有VMware平臺(tái)的基礎(chǔ)上，公司采用云計(jì)算技術(shù)、分布式架構(gòu)的解決方案，以FusionSphere為基礎(chǔ)搭建了統(tǒng)一的云計(jì)算平臺(tái)。國(guó)電大渡河公司云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)總體架構(gòu)見圖2。

圖2 云計(jì)算平臺(tái)總體架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)中心云計(jì)算解決方案從邏輯上分為產(chǎn)品解決方案和專業(yè)服務(wù)解決方案，其中產(chǎn)品解決方案又分硬件部分和軟件部分。硬件部分是指可以提供給數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)層的機(jī)房建設(shè)、供電、散熱方案到數(shù)據(jù)中心使用的服務(wù)器(刀片式&機(jī)架式)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備等全套硬件產(chǎn)品。軟件部分是以業(yè)界領(lǐng)先的云計(jì)算軟件系統(tǒng)FusionSphere為主體構(gòu)建的云平臺(tái)及管理系統(tǒng)。公司云計(jì)算中心主要分為以下層次進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)層設(shè)計(jì)

基于服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等硬件設(shè)備，分別構(gòu)建出虛擬計(jì)算資源池、虛擬存儲(chǔ)資源池、虛擬網(wǎng)絡(luò)資源池、虛擬安全資源池，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類資源的池化管理，由云計(jì)算軟件按用戶所需給虛擬機(jī)分配資源，釋放后的虛擬資源被重新納入資源池管理；同時(shí)，云計(jì)算軟件基于資源池的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了虛擬資源基于用戶策略的調(diào)度管理，提高了資源利用率，節(jié)能減排。該層對(duì)外提供開放的API接口，將虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)層對(duì)資源的各種操作、能力開放出來，引入第三方廠家進(jìn)行二次開發(fā)對(duì)接，構(gòu)建面向公司內(nèi)部用戶提供云服務(wù)的私有云系統(tǒng)。該API接口兼容業(yè)界主流的AWS API(Amazon Web Service)。

3.2 云數(shù)據(jù)中心管理設(shè)計(jì)(圖3)

圖3 云數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)圖

云數(shù)據(jù)中心管理是云數(shù)據(jù)中心必不可少的功能，主要提供以下功能：

(1)資源統(tǒng)一管理：對(duì)云數(shù)據(jù)中心的虛擬資源、物理資源實(shí)施統(tǒng)一管理，包括資源的生命周期管理、資源分配等。

(2)云監(jiān)控、告警：提供物理服務(wù)器、虛擬機(jī)、存儲(chǔ)、交換機(jī)、物理集群等各個(gè)維度各種性能指標(biāo)的監(jiān)控功能；提供各種軟、硬件設(shè)備不同級(jí)別的告警界面呈現(xiàn)、郵件轉(zhuǎn)發(fā)、告警短信提示功能；各類物理資源、虛擬資源的拓?fù)涑尸F(xiàn)。

(3)開放API / SDK：對(duì)外提供開放API接口并提供SDK開發(fā)包，以方便用戶或第三方進(jìn)行二次開發(fā)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步集成。

(4)VPC、VDC功能：為滿足公司本部和多個(gè)分支機(jī)構(gòu)之間對(duì)數(shù)據(jù)中心資源自主使用、自主管理的需求，VPC從網(wǎng)絡(luò)上對(duì)不同分支機(jī)構(gòu)的物理資源、虛擬資源進(jìn)行隔離，以保證不同分支機(jī)構(gòu)的資源在各自子網(wǎng)內(nèi)訪問；每個(gè)VDC可以被管理員劃分為一定的物理資源或虛擬資源，VDC管理員管理該VDC下的資源，從資源管理、使用的角度進(jìn)行隔離。

(5)應(yīng)用彈性伸縮：系統(tǒng)按照管理員設(shè)置的應(yīng)用資源使用變更策略，根據(jù)應(yīng)用的負(fù)載輕重自動(dòng)調(diào)整應(yīng)用所需要的虛擬機(jī)數(shù)量，達(dá)到資源按需使用，彈性伸縮。

(6)異構(gòu)資源池管理：云管理平臺(tái)FusionManager不僅能管理FusionCompute構(gòu)建的云計(jì)算資源池，而且可以管理VMware vSphere構(gòu)建的云計(jì)算資源池，并且實(shí)現(xiàn)管理流程和操作的完全統(tǒng)一。

(7)基礎(chǔ)設(shè)施管理：主要包括物理服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備的接入、監(jiān)控、告警，物理服務(wù)器的上、下電控制。

(8)虛擬負(fù)載均衡：用戶可以在FusionManager上申請(qǐng)負(fù)載均衡器，將業(yè)務(wù)虛擬機(jī)關(guān)聯(lián)到負(fù)載均衡器。根據(jù)用戶設(shè)定的負(fù)載均衡策略，將業(yè)務(wù)請(qǐng)求均勻分發(fā)到與之關(guān)聯(lián)的虛擬主機(jī)上，使得每個(gè)業(yè)務(wù)虛擬機(jī)的負(fù)載基本均衡，以保證業(yè)務(wù)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

(9)報(bào)表管理：支持將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)出為報(bào)表，以便于用戶進(jìn)行進(jìn)一步分析和管理。

(10)系統(tǒng)管理：包括用戶管理、系統(tǒng)配置、定時(shí)器設(shè)置、設(shè)置密碼規(guī)則等功能。

4 云存儲(chǔ)，建立分布式統(tǒng)一存儲(chǔ)資源池

分布式存儲(chǔ)FusionStorage作為一種存儲(chǔ)與計(jì)算高度融合的存儲(chǔ)軟件，達(dá)到了高性能、高可靠、高性價(jià)比，具有一致的、可預(yù)測(cè)的性能及可擴(kuò)展性，具有高彈性和自愈能力，具有計(jì)算存儲(chǔ)高度融合性能。FusionStorage采用分布式集群控制技術(shù)和分布式Hash數(shù)據(jù)路由技術(shù)，提供分布式存儲(chǔ)功能特性。FusionStorage功能架構(gòu)見圖4。

圖4 FusionStorage功能架構(gòu)圖

* 存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)層：通過SCSI驅(qū)動(dòng)接口向操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫提供卷設(shè)備。

* 存儲(chǔ)服務(wù)層：提供各種存儲(chǔ)高級(jí)特性，如快照、鏈接克隆、精簡(jiǎn)配置、分布式cache、容災(zāi)備份等。

* 存儲(chǔ)引擎層：FusionStorage存儲(chǔ)基本功能，包括管理狀態(tài)控制、分布式數(shù)據(jù)路由、強(qiáng)一致性復(fù)制技術(shù)、集群故障自愈與并行數(shù)據(jù)重建子系統(tǒng)等。

* 存儲(chǔ)管理平臺(tái)：實(shí)現(xiàn)FusionStorage軟件的安裝部署、自動(dòng)化配置、在線升級(jí)、告警、監(jiān)控和日志等OM功能，同時(shí)向用戶提供Portal界面。

5 統(tǒng)一運(yùn)維管理，建立統(tǒng)一的云計(jì)算、云存儲(chǔ)、云網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理平臺(tái)

該項(xiàng)目所有的硬件設(shè)備使用eSight管理軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，并接入ManageOne進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控和業(yè)務(wù)監(jiān)控。FusionSphere云計(jì)算解決方案中的云管理FusionManager能夠在同一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)：硬件資源管理、邏輯拓?fù)浔O(jiān)控、告警與事件管理、虛擬資源管理、系統(tǒng)配置、用戶管理、操作日志查詢等功能，并能實(shí)現(xiàn)與NTP服務(wù)器自動(dòng)對(duì)時(shí)，支持自動(dòng)化運(yùn)維和自動(dòng)化調(diào)度。

6 運(yùn)用云架構(gòu)進(jìn)行新型信息化建設(shè)取得的成果及思考

運(yùn)用云架構(gòu)進(jìn)行新型信息化建設(shè)。在公司本部建立了統(tǒng)一云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，完成了分布式計(jì)算資源池和分布式存儲(chǔ)資源池的建設(shè)，同時(shí)兼顧對(duì)集中式存儲(chǔ)需求，建立了集中式存儲(chǔ)資源池，創(chuàng)新地將集中式和分布式存儲(chǔ)架構(gòu)混合應(yīng)用在信息化建設(shè)中。

通過本次建設(shè)，云計(jì)算中心實(shí)現(xiàn)了以下功能。

6.1 高性能和高可用的虛擬化服務(wù)

計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源的虛擬化達(dá)到了業(yè)務(wù)部署按需分配、快速上線、資源動(dòng)態(tài)伸縮的要求。資源虛擬化整合后，極大地提高了設(shè)備資源利用率，通過統(tǒng)一的管理平臺(tái)，可以直觀地看到云計(jì)算平臺(tái)的資源使用情況，便于管理和維護(hù)。

公司云計(jì)算平臺(tái)采用分布式架構(gòu)的云存儲(chǔ)模式，能滿足大數(shù)據(jù)多個(gè)服務(wù)器并行處理查詢請(qǐng)求的要求，消除了網(wǎng)絡(luò)和IO瓶頸，并且在云存儲(chǔ)下包含SAN、NAS、分布式存儲(chǔ)等多種存儲(chǔ)資源池，可以適用于各種業(yè)務(wù)的不同需求。

6.2 統(tǒng)一的智能運(yùn)維管理平臺(tái)

云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)后，云計(jì)算中心管理員在面對(duì)不同廠家的物理設(shè)備時(shí)不再需要單獨(dú)進(jìn)行管理，可以通過統(tǒng)一的云計(jì)算管理平臺(tái)對(duì)底層物理設(shè)備進(jìn)行資源虛擬化管理，系統(tǒng)運(yùn)行日志實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。

云數(shù)據(jù)中心管理員不需要再面對(duì)冰冷的命令行和shell界面，所有配置均采用直觀、簡(jiǎn)潔的web形式進(jìn)行呈現(xiàn)，減輕了繁瑣的操作。

云計(jì)算平臺(tái)采用分布式架構(gòu)，單節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并且云計(jì)算平臺(tái)的故障告警模塊與公司短信告警平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)硬件故障后，會(huì)有短信和郵件自動(dòng)發(fā)送給云計(jì)算中心管理員，以確保故障得到及時(shí)解決。

當(dāng)業(yè)務(wù)部門申請(qǐng)新計(jì)算、存儲(chǔ)資源時(shí)，通過云計(jì)算管理平臺(tái)，可以將虛擬服務(wù)器快速發(fā)布，從接到資源申請(qǐng)到服務(wù)器發(fā)布運(yùn)行的時(shí)間可以縮短至30 min以內(nèi)。

通過進(jìn)行上述改進(jìn)，云計(jì)算平臺(tái)極大地提高了管理員的工作效率，更好地推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心管理員向服務(wù)化轉(zhuǎn)型。

6.3 高效的硬件設(shè)備資源利用率

云計(jì)算平臺(tái)單臺(tái)服務(wù)器最大可以承載117臺(tái)虛擬機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，極大地提高了物理資源的利用率，對(duì)比原來需要數(shù)十臺(tái)物理服務(wù)器才能滿足相同的使用需求，云計(jì)算平臺(tái)能有效降低云數(shù)據(jù)中心資源的能耗。

6.4 平滑的硬件升級(jí)和資源擴(kuò)充

一方面，云計(jì)算平臺(tái)支持平滑的硬件升級(jí)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心升級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備需要單獨(dú)采購(gòu)存儲(chǔ)機(jī)頭、磁盤陣列柜和光纖交換機(jī)，而在云計(jì)算平臺(tái)下，只需采購(gòu)服務(wù)器并配置足夠的磁盤即可。從而極大地降低了采購(gòu)成本。

另一方面，云計(jì)算平臺(tái)的使用按需采購(gòu)、動(dòng)態(tài)分配的原則，便于管理員做出建設(shè)規(guī)劃和集中采購(gòu)，從而更好地保證了云計(jì)算中心能及時(shí)得到高性能的硬件設(shè)備和最新技術(shù)。

7 結(jié) 語

綜上所述，云計(jì)算是大勢(shì)所趨、順應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流，是對(duì)信息化建設(shè)的又一次革命，這次革命的主題是開放、擴(kuò)展、分布式。在國(guó)內(nèi)外，不管是新興的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，還是信息化建設(shè)比較領(lǐng)先的企業(yè)，都在進(jìn)行云架構(gòu)下的信息化建設(shè)的實(shí)踐和探索。運(yùn)用云架構(gòu)不是簡(jiǎn)單的云計(jì)算、云存儲(chǔ)、云網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，而是在云架構(gòu)之上綜合利用云計(jì)算技術(shù)、云存儲(chǔ)技術(shù)、云網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以往的信息化技術(shù)、自動(dòng)化運(yùn)維技術(shù)、統(tǒng)一管理技術(shù)，通過統(tǒng)籌融合、相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化建設(shè)的智能化、高效化和易管理化。

[1] 計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)劃分準(zhǔn)則，GB/T 17859-1999[S].

[2] 信息安全技術(shù) 云計(jì)算服務(wù)安全能力要求，GB/T 31168-2014[S].

[3] 信息安全技術(shù) 云計(jì)算服務(wù)安全指南，GB/T 31167-2014[S].

TV51;TV7

B

1001-2184(2017)05-0075-04

2017-01-10

鄧湘勤(1975-)，女，四川遂寧人，工程師，從事企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)管理及運(yùn)維工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)