企業(yè)私有云基礎(chǔ)設(shè)施平臺的建設(shè)研究

摘 要：隨著企業(yè)信息化步伐的加快，云計算作為一種新型的信息技術(shù)，正逐漸成為企業(yè)信息化建設(shè)的重要手段，本文針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心IT架構(gòu)的現(xiàn)狀和面臨的一系列問題，提出了適合企業(yè)自身需求的基礎(chǔ)設(shè)施平臺建設(shè)的解決方案，滿足了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安定性、穩(wěn)定性與可靠性需求，提高了資源利用率，方便了日常管理和維護，為構(gòu)建企業(yè)私有云信息服務(wù)平臺奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：云計算；數(shù)據(jù)中心；容災(zāi)；IaaS

中圖分類號：TP393

隨著信息系統(tǒng)不斷地發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模和業(yè)務(wù)量快速增長，應(yīng)用需求呈現(xiàn)出多樣化，企業(yè)對業(yè)務(wù)功能、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)、信息利用、數(shù)據(jù)質(zhì)量以及信息服務(wù)水平都提出了更高的要求。隨著IT系統(tǒng)規(guī)模日益龐大，傳統(tǒng)的IT基礎(chǔ)架構(gòu)造成數(shù)據(jù)中心空間緊張、系統(tǒng)維護成本過高、不能有效地調(diào)配系統(tǒng)資源、對業(yè)務(wù)需求反應(yīng)不夠靈活等一系列問題。因此，企業(yè)需要建立一種可以降低數(shù)據(jù)中心運營成本、與當(dāng)前的業(yè)務(wù)環(huán)境相適應(yīng)的靈活、動態(tài)的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)平臺以快速響應(yīng)業(yè)務(wù)環(huán)境的變化。云計算作為一種新興的信息技術(shù)，其突出的數(shù)據(jù)處理、信息管理、資源配置優(yōu)勢，正逐漸成為企業(yè)信息化建設(shè)的重要手段。

云計算以虛擬化技術(shù)為支撐，打破了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用中的物理設(shè)備之間的劃分，提高了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的彈性和靈活性，降低了運營成本、縮短了業(yè)務(wù)系統(tǒng)上線的時間、簡化了資源的管理與維護、方便了服務(wù)的開發(fā)和交付。在眾多IT企業(yè)的推動之下，云計算已成為一種搭建業(yè)務(wù)系統(tǒng)的合適的解決方案。一般認為，云計算有三種服務(wù)模式，分別為：基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件服務(wù)（SaaS）。IaaS部署自由、靈活，以新的業(yè)務(wù)模式為用戶提供高性能、低成本、可彈性的持續(xù)計算能力和存儲服務(wù)，為合理配置全網(wǎng)的計算資源，提高計算能力的利用率，降低成本提供了技術(shù)支持。為了適應(yīng)用戶不同需求，云計算也演變?yōu)椴煌哪Ｊ?，分別是公有云、私有云和混合云。私有云主要面向內(nèi)部用戶提供云計算服務(wù)，不對公眾開放，企業(yè)IT人員能對其數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量進行有效地控制。對很多大型機構(gòu)，如政府、研究院、高校，因為有很多數(shù)據(jù)安全性、機密性限制，采用私有云這一云計算模式。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比，私有云可以基于用戶自己的需求改進服務(wù)，進行自主創(chuàng)新，支持動態(tài)靈活的基礎(chǔ)設(shè)施，降低IT架構(gòu)的復(fù)雜度，使各種IT資源得以整合和標(biāo)準(zhǔn)化，在企業(yè)自己的數(shù)據(jù)中心中構(gòu)建一個性能和成本優(yōu)化的面向服務(wù)的運行環(huán)境。

1 企業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)狀及需求分析

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)環(huán)境比較復(fù)雜，操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫種類繁多，數(shù)據(jù)中心缺乏統(tǒng)一和長期的規(guī)劃，計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源并未進行有效地整合，隨著時間地推移，這種架構(gòu)的問題主要表現(xiàn)如下：

（1）信息共享困難，資源閑置浪費，各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)相對獨立，資源無法得到有效地共享，如果A業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源不足，而B業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源利用率較低，不能及時地將B系統(tǒng)的資源共享給A系統(tǒng)，這樣將造成多主機資源共享障礙，對其整合勢在必行。

（2）系統(tǒng)管理復(fù)雜，效率低下，業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)量較多、相對分散，服務(wù)器重建和應(yīng)用部署時間過長，系統(tǒng)維護和升級過程中需要停機進行，造成應(yīng)用中斷，系統(tǒng)遷移需要新舊硬件兼容，這樣將造成管理上的復(fù)雜度增大，增大了人為失誤的可能性。

（3）擴展能力有限，維護成本較高，傳統(tǒng)的應(yīng)用部署模式使得數(shù)據(jù)中心空間、機柜、網(wǎng)線、耗電量、冷空氣和人力等運營和維護成本較高，大多數(shù)應(yīng)用由于沒有使用HA集群，始終存在單點故障，投資和回報不成正比。

圖1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

如圖1所示，CAPP、PDM、郵件、AEPCS等業(yè)務(wù)系統(tǒng)都運行在一臺物理服務(wù)器上，用戶在使用郵件系統(tǒng)時，在線人數(shù)較多，數(shù)據(jù)交換量較大，往往造成該系統(tǒng)CPU、內(nèi)存、硬盤資源比較緊張，即使AEPCS、CAPP、PDM等系統(tǒng)有閑置的資源，由于業(yè)務(wù)系統(tǒng)相對獨立，也不能將資源共享給郵件系統(tǒng)使用；CAPP、PDM、郵件、AEPCS的數(shù)據(jù)都存儲在本地，一旦物理服務(wù)器出現(xiàn)故障，業(yè)務(wù)系統(tǒng)將會終止，同時由于各物理服務(wù)器之間缺乏統(tǒng)一的管理軟件，將會增大系統(tǒng)管理員和運維人員工作的復(fù)雜度；由于物理服務(wù)器本身的體積和功耗較大，如果所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)都像CAPP、PDM、郵件和AEPCS一樣單獨運行在一臺物理服務(wù)器上，不僅增加機房的占地面積和功耗，還將增加企業(yè)的運營成本。

為了迎合未來數(shù)據(jù)中心發(fā)展的需求，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)在安定性、穩(wěn)定性、可靠性方面實現(xiàn)整體的投資保護，通過集中、統(tǒng)一的管理模式來提高日常管理和維護工作效率，建立適合企業(yè)自身需求的私有云基礎(chǔ)實施服務(wù)平臺已經(jīng)刻不容緩。

2 企業(yè)IaaS構(gòu)建

2.1 虛擬化平臺構(gòu)建

隨著“大數(shù)據(jù)”時代的來臨，新一代數(shù)據(jù)中心對基礎(chǔ)硬件環(huán)境提出了更高的要求，必須具備以下特點：

（1）資源池化，最大限度提高IT效率；

（2）標(biāo)準(zhǔn)化與定制化，方便業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部署與實施；

（3）自動化，主動解決出現(xiàn)的問題與故障；

（4）松耦合化，能偶適應(yīng)需求的變化。

VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)架構(gòu)，整合現(xiàn)有服務(wù)器環(huán)境，逐步將業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署環(huán)境遷移至虛擬化平臺，實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的虛擬化平臺遷移與部署，最終建成虛擬化計算環(huán)境資源池。該解決方案極大地提高了服務(wù)器的整合效率，大幅度簡化了服務(wù)器集群管理的復(fù)雜性，提高了整體系統(tǒng)的可用性。

（1）根據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)類型創(chuàng)建管理、生產(chǎn)、研發(fā)虛擬服務(wù)器集群；

（2）根據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型，NAS存儲用來存放圖片、視頻、文檔等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，生產(chǎn)存儲用來存放結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；

（3）配置滿足企業(yè)自身需求的鏈路冗余的FC SAN網(wǎng)絡(luò)。

圖2 虛擬化平臺

如圖2所示，將企業(yè)原有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行分類，逐步遷移至管理、研發(fā)、生產(chǎn)虛擬服務(wù)器集群上，配置虛擬服務(wù)器集群的HA、DRS、VMotion、FT等功能，以便服務(wù)器或者存儲進行維護時，相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線遷移，同時各業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠根據(jù)集群資源利用情況進行動態(tài)調(diào)度；根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型和對于存儲空間的需求，將后端的NAS存儲或者生產(chǎn)存儲所劃分的邏輯卷映射給相應(yīng)的虛擬服務(wù)器；為保證各業(yè)務(wù)系統(tǒng)讀寫數(shù)據(jù)的速率與效率，數(shù)據(jù)中心采用雙鏈路冗余的LAN-FREE架構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸采用FC協(xié)議，光纖交換機采用雙冗余架構(gòu)。

2.2 災(zāi)備資源池構(gòu)建

隨著信息化建設(shè)步伐的加快，信息系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和服務(wù)對于企業(yè)來說是非常寶貴的資源，系統(tǒng)故障、硬件損壞以及數(shù)據(jù)中心的災(zāi)難性事件都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和服務(wù)中斷，從而會給企業(yè)造成巨大的損失。因此，構(gòu)建滿足企業(yè)自身需求的容災(zāi)中心，減少生產(chǎn)系統(tǒng)的災(zāi)后恢復(fù)時間，降低容災(zāi)代價，提高容災(zāi)效率是容災(zāi)中心建設(shè)方面面臨的最核心挑戰(zhàn)。

（1）容災(zāi)有很多層次的要求，層次越高，所付出的成本越高，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求，選擇最適合該業(yè)務(wù)系統(tǒng)的解決方案；

（2）隨著目前服務(wù)器集群技術(shù)的廣泛應(yīng)用，存儲系統(tǒng)成為整個系統(tǒng)的單點故障，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份解決不了存儲的硬件故障。構(gòu)建虛擬化存儲的“雙活”架構(gòu)，實現(xiàn)了故障的無縫切換，提升了服務(wù)的連續(xù)性。

基于上述企業(yè)容災(zāi)中心建設(shè)需求的提出，企業(yè)IaaS災(zāi)備資源池規(guī)劃如下：

（1）容災(zāi)中心建設(shè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的容災(zāi)集群，當(dāng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，能夠?qū)崿F(xiàn)無縫接管，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性；

（2）構(gòu)建適合企業(yè)自身需求的雙活生產(chǎn)存儲，當(dāng)其中一個存儲設(shè)備發(fā)生硬件故障時，服務(wù)器通過多路徑存儲技術(shù)，實時將數(shù)據(jù)存儲路徑無縫地切換到另一個存儲設(shè)備上；

（3）配置生產(chǎn)存儲和容災(zāi)中心存儲的本地數(shù)據(jù)保護（CDP），當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題時，能夠快速恢復(fù)備份數(shù)據(jù)；

（4）利用備份服務(wù)器對數(shù)據(jù)中心和容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)進行備份，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或者系統(tǒng)崩潰時，能夠利用備份工具恢復(fù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)或系統(tǒng)；

（5）將生產(chǎn)中心的數(shù)據(jù)進行異地備份，防止數(shù)據(jù)中心發(fā)生物理層面上的災(zāi)難時數(shù)據(jù)丟失。

圖3 基于容災(zāi)資源池的IaaS平臺

如圖3所示，在容災(zāi)中心創(chuàng)建關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的虛擬服務(wù)器容災(zāi)集群（即虛擬機的雙機熱備），配置VMware的FT功能，一旦數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，容災(zāi)集群的備用虛擬機檢測到中斷的心跳信號，立即代替數(shù)據(jù)中心的虛擬機接管業(yè)務(wù)的運行，保證了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性，數(shù)據(jù)中心的虛擬機和容災(zāi)中心的備用虛擬機應(yīng)該保持?jǐn)?shù)據(jù)同步；構(gòu)建生產(chǎn)存儲1和生產(chǎn)存儲2的雙活架構(gòu)，如果生產(chǎn)存儲1本身出現(xiàn)故障，例如控制器、電源等硬件故障，導(dǎo)致其不能正常工作，生產(chǎn)存儲2立即代替生產(chǎn)存儲1，成為主存儲，保證其數(shù)據(jù)正常運行；為生產(chǎn)存儲1和容災(zāi)中心存儲部署CDP，能夠有效地維護本站點上所有資料的變更日志，隨時復(fù)原原資料，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)邏輯錯誤的情況下，快速復(fù)原原系統(tǒng)，實現(xiàn)關(guān)鍵應(yīng)用無中斷；利用如EMC NETWORKER、VMware VDR、VMware VDP、Acronis等備份工具，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求，制定備份策略，對數(shù)據(jù)中心和容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)進行文件級備份或者操作系統(tǒng)級備份，定期地進行應(yīng)急演練，以便能夠幫助業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行文件或者系統(tǒng)的恢復(fù)；在容災(zāi)中心建立生產(chǎn)中心的異地備份，利用遠程復(fù)制技術(shù)使得生產(chǎn)中心的數(shù)據(jù)定期地備份到容災(zāi)中心。

3 結(jié)束語

隨著云計算技術(shù)快速發(fā)展與日漸成熟，利用虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲等企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施資源的抽象，構(gòu)建IaaS資源池，并將業(yè)務(wù)系統(tǒng)向資源池環(huán)境進行改造和遷移，已成為各大IT企業(yè)的一個典型應(yīng)用。企業(yè)從自身情況出發(fā)，建設(shè)基于IaaS資源池的容災(zāi)系統(tǒng)才能保證部署在資源池上的各項業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性。文章中提出了一種適合企業(yè)自身需求的基礎(chǔ)設(shè)施平臺建設(shè)的解決方案，滿足了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安定性、穩(wěn)定性和可靠性需求，提高了資源利用率，方便了日常管理和維護，為企業(yè)私有云信息服務(wù)平臺的構(gòu)建奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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作者簡介：王鵬（1985-），男，河南洛陽人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：云計算、數(shù)據(jù)存儲與容災(zāi)技術(shù)。

作者單位：洛陽光電技術(shù)發(fā)展中心，河南洛陽 471000