關(guān)于私有云建設(shè)的實(shí)踐與思考

陳培林

摘要：當(dāng)前，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)計(jì)算等新技術(shù)廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)社會(huì)各行業(yè)信息化步伐不斷加快，社會(huì)整體信息化程度不斷加深，信息技術(shù)對(duì)教育的影響日趨明顯。隨著我校各類應(yīng)用系統(tǒng)的不斷完善，特別是一卡通系統(tǒng)、數(shù)字圖書館系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)等信息化業(yè)務(wù)的應(yīng)用，面臨數(shù)據(jù)量激增，子系統(tǒng)林立，計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源共享度差及利用率低，IT投資運(yùn)行維護(hù)成本日益增加等諸多問題。

關(guān)鍵詞：私有云建設(shè)；云計(jì)算；思考

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）35-0011-02

根據(jù)江蘇省“十三五”職業(yè)教育發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃，加快職業(yè)教育信息化建設(shè)步伐。積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”工作，將信息化作為現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)的基礎(chǔ)。我校對(duì)照《江蘇省職業(yè)學(xué)校智慧校園建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》要求，強(qiáng)化學(xué)校信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)信息化教學(xué)資源協(xié)作開發(fā)與應(yīng)用，學(xué)校決定通過建設(shè)校園私有云構(gòu)建智慧校園。

1我校私有云建設(shè)思路

數(shù)據(jù)中心總體架構(gòu)設(shè)計(jì)遵循面向業(yè)務(wù)需求的設(shè)計(jì)思路，基于模塊化的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心IT基礎(chǔ)架構(gòu)模塊與業(yè)務(wù)模塊松耦合，保證數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和新業(yè)務(wù)快速上線。

使用特定規(guī)格產(chǎn)品設(shè)計(jì)，包括硬件、軟件和應(yīng)用規(guī)格化來提供簡(jiǎn)單可靠、易于部署和管理、便于擴(kuò)展和升級(jí)的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，為用戶提供更好的投資保護(hù)，滿足數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及數(shù)據(jù)中心的可視化統(tǒng)一管控的需求。

數(shù)據(jù)中心虛擬化，是基于傳統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施，采用虛擬化的軟件技術(shù)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)，構(gòu)建和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心不一樣的云數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心虛擬化之后，對(duì)外提供的能力比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心更多，管理更加聚焦，而數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的用戶應(yīng)用不會(huì)發(fā)生業(yè)務(wù)邏輯變化，應(yīng)用系統(tǒng)會(huì)平滑遷移到云平臺(tái)。

對(duì)于學(xué)校眾多應(yīng)用系統(tǒng)，由微軟提供整體的數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案，將上述部分應(yīng)用服務(wù)部署到虛擬化的高性能物理服務(wù)器上，達(dá)到高可靠、自動(dòng)化運(yùn)維的目標(biāo)。眾多物理服務(wù)器虛擬化成計(jì)算資源池（集群），保障云平臺(tái)上的業(yè)務(wù)在出現(xiàn)計(jì)劃外和計(jì)劃內(nèi)停機(jī)的情況下能夠持續(xù)運(yùn)行。

2我校私有云建設(shè)實(shí)踐

數(shù)據(jù)中心虛擬化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)品解決方案又分為硬件部分和軟件部分，硬件部分是指從數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)層的服務(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。軟件部分微軟System Center 2012 SP1 與 Windows Server 2012 為基礎(chǔ)構(gòu)建私有云平臺(tái)及管理系統(tǒng)。

主流虛擬化平臺(tái)：VMWARE、微軟的Hyper-V、開源的XEN和KVM。各有優(yōu)勢(shì)可根據(jù)需求和調(diào)研分析選擇產(chǎn)品。

項(xiàng)目采用微軟Hyper-v建設(shè)云平臺(tái)及其管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)備進(jìn)行虛擬化、池化管理和使用。

2.1計(jì)算虛擬化

將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至上百臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器，不再受限于物理上的界限，而是讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理。同時(shí)硬件輔助虛擬化技術(shù)提升虛擬化效率，增加虛擬機(jī)的安全性。

服務(wù)器是云計(jì)算平臺(tái)的核心，對(duì)于云計(jì)算平臺(tái)上的服務(wù)器，通常都是將相同或者相似類型的服務(wù)器組合在一起，作為資源分配的母體，即所謂的計(jì)算資源池。在x86系列的芯片上，其主要是以常規(guī)意義上的VMware虛擬機(jī)或者Hyper-v虛擬機(jī)的形式存在。

對(duì)于本項(xiàng)目，計(jì)算服務(wù)器采用2路機(jī)架式服務(wù)器IBM x3650 M5，并通微軟的Hyper-v虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源虛擬化。

服務(wù)器承載虛擬機(jī)的數(shù)量與服務(wù)器硬件性能和應(yīng)用負(fù)載大小和關(guān)鍵程度都相關(guān)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一臺(tái)雙路8核CPU服務(wù)器可支持10個(gè)虛擬機(jī)。

項(xiàng)目初步規(guī)劃部署4臺(tái)IBM x3650 M5服務(wù)器，每臺(tái)硬件配置：2路8核CPU、32G內(nèi)存（可擴(kuò)展）、2塊300G硬盤（用于部署計(jì)算虛擬化系統(tǒng)），2G Cache緩存。

計(jì)算服務(wù)器可進(jìn)行利舊使用，同樣部署于數(shù)據(jù)中心。如果既有服務(wù)器上已經(jīng)部署了虛擬化系統(tǒng)，微軟云管理平臺(tái)system center 2012可對(duì)利舊服務(wù)器上的VMware vSphere和Citrix XenServer等第三方虛擬化系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。如果既有服務(wù)器是單體物理服務(wù)器，可直接擴(kuò)展部署Hyper-V虛擬化基礎(chǔ)引擎系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化部署。

2.2存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化是將存儲(chǔ)設(shè)備抽象為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中作為一組文件存儲(chǔ)在自己的目錄中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是邏輯容器，類似于文件系統(tǒng)，它將各個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的特性隱藏起來，并提供一個(gè)統(tǒng)一的模型來存儲(chǔ)虛擬機(jī)文件。存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)可以更好的管理虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)的存儲(chǔ)資源，使系統(tǒng)大幅提升存儲(chǔ)資源利用率和靈活性，提高應(yīng)用的正常運(yùn)行時(shí)間。

服務(wù)器本地存儲(chǔ)用于安裝云計(jì)算虛擬化基礎(chǔ)引擎Hyper-V和保存資源池的元數(shù)據(jù)。本方案為每臺(tái)機(jī)架服務(wù)器的本地存儲(chǔ)配置兩塊10000 RPM 300G SAS硬盤，設(shè)置為RAID-1，通過鏡像（Mirror）方式防止本地磁盤出現(xiàn)單點(diǎn)故障，以提高云計(jì)算計(jì)算資源本身的可用性。

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)主要為虛擬機(jī)各IT業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件提供存儲(chǔ)空間，本項(xiàng)目中規(guī)劃部署1臺(tái)FC SAN存儲(chǔ)，推薦型號(hào)為華為OceanStor 5300 V3，配置：2U高度，雙控制器，交流供電，32GB Cache緩存，8*GE以太網(wǎng)口，4*8GE FC口，12*3.5"硬盤槽位（暫規(guī)劃配置10塊4TB 7200 RPM硬盤）。

2.3網(wǎng)絡(luò)虛擬化

分布式交換機(jī)：功能類似于普通的物理交換機(jī)，每臺(tái)主機(jī)都連接到分布式交換機(jī)中。分布式交換機(jī)的一端是與虛擬機(jī)相連的虛擬端口，另一端是與虛擬機(jī)所在主機(jī)上的物理以太網(wǎng)適配器相連的上行鏈路。通過它可以連接主機(jī)和虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通。另外，分布式交換機(jī)在所有關(guān)聯(lián)主機(jī)之間作為單個(gè)虛擬交換機(jī)使用。此功能可使虛擬機(jī)在跨主機(jī)進(jìn)行遷移時(shí)確保其網(wǎng)絡(luò)配置保持一致。虛擬智能網(wǎng)卡：虛擬網(wǎng)卡均有自己的IP地址、MAC地址，從網(wǎng)絡(luò)角度來看，虛擬網(wǎng)卡與物理網(wǎng)卡一致。支持智能網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)多隊(duì)列、虛擬交換、QoS、上行鏈路聚合功能，提升虛擬網(wǎng)卡的I/O性能。

3云數(shù)據(jù)中心管理平臺(tái)

System Center 2012 SP1 提供的私有云功能。System Center 2012聚焦于數(shù)據(jù)中心虛擬化資源管理、自動(dòng)化運(yùn)維發(fā)放，并對(duì)企業(yè)IT管理提供開放的管理接口。云管理系統(tǒng)將整個(gè)數(shù)據(jù)中心云化，并對(duì)系統(tǒng)中用戶可見的資源抽取出來納入統(tǒng)一的資源池管理，為用戶提供一體化的資源管理，自動(dòng)資源發(fā)放，同時(shí)為用戶提供方便的獲取資源的途徑。用戶可以通過在服務(wù)目錄自動(dòng)化獲取資源并在資源上部署用戶需要的應(yīng)用。

微軟私有云的軟件組成包含兩大部分：Windows Server 2012 R2 和System Center 2012 R2 ，其中Windows Server 2012 R2 作為底層的虛擬化架構(gòu)存在，通過其自帶的Hyper-V3角色，為私有云提供創(chuàng)建、刪除、修改、遷移，復(fù)制虛擬機(jī)等虛擬化方面的功能。

4方案可靠性思考

數(shù)據(jù)中心虛擬化項(xiàng)目從整體、服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、虛擬化多個(gè)層面綜合考慮系統(tǒng)可靠性，保障業(yè)務(wù)的續(xù)性。

4.1 虛擬化可靠性

虛擬化是數(shù)據(jù)中心的核心機(jī)制，數(shù)據(jù)中心進(jìn)行采用Hyper-V虛擬化后，支持虛擬機(jī)熱遷移，虛擬機(jī)HA功能，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性。支持對(duì)虛擬機(jī)的快照功能，系統(tǒng)提供虛擬機(jī)、卷快照功能，便于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候還原系統(tǒng)。

4.2 管理可靠性

System Center管理模塊負(fù)載均衡的方式運(yùn)行，保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。System Center支持對(duì)物理服務(wù)器、軟件和資源的監(jiān)控。系統(tǒng)可以收集服務(wù)器的核心指標(biāo)如CPU使用情況、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)流量和內(nèi)存數(shù)據(jù)等，檢測(cè)到諸如進(jìn)程異常、管理和存儲(chǔ)鏈路異常，節(jié)點(diǎn)異常、系統(tǒng)資源過載等各種故障并上報(bào)告警，此類告警一般可由系統(tǒng)自行恢復(fù)或者由管理員及時(shí)處理，使系統(tǒng)保持完善的故障檢測(cè)能力和故障恢復(fù)能力。

System Center 能為Windows Server環(huán)境提供最佳管理技術(shù)，借助System Center的幫助充分發(fā)揮平臺(tái)原生功能的最大威力。System Center 2012 R2的Virtual Machine Manager （VMM）組件在促進(jìn)虛擬化的規(guī)?；芾矸矫姘缪萘酥匾慕巧＠?，一臺(tái)VMM服務(wù)器最多支持1000臺(tái)宿主機(jī)，以及最多25000臺(tái)虛擬機(jī)。VMM能支持動(dòng)態(tài)內(nèi)存功能，并能不停機(jī)位虛擬機(jī)創(chuàng)建快照。

4.3服務(wù)器可靠性

云計(jì)算服務(wù)器支持對(duì)CPU，內(nèi)存，風(fēng)扇，電源，硬盤等熱關(guān)鍵器件的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)備故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生告警。配合智能的風(fēng)扇調(diào)速和監(jiān)控，確保服務(wù)器硬件系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

云計(jì)算服務(wù)器一般都支持硬盤熱插拔和RAID功能，提供硬盤在線故障檢測(cè)和預(yù)警。支持電源1+1冗余和熱插拔。這些措施都可以保證服務(wù)器的可靠性。

4.4 存儲(chǔ)可靠性設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心虛擬化一般采用集中共享式SAN存儲(chǔ)設(shè)備，微軟虛擬化平臺(tái)支持存儲(chǔ)冷遷移、支持根據(jù)存儲(chǔ)訪問IO進(jìn)行存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)資源調(diào)度（DRS：Dynamic Resource Scheduler）。

支持存儲(chǔ)多路徑，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)與存儲(chǔ)集群之間，至少配置兩個(gè)完全冗余的物理路徑，一般從虛擬機(jī)到存儲(chǔ)設(shè)備有8條訪問路徑，保障存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

SAN存儲(chǔ)設(shè)備采用雙控制器以保證物理鏈路的可靠性，在SAN高可靠性的基礎(chǔ)之上，配置熱備盤做冗余備份，保證數(shù)據(jù)不丟失和故障快速恢復(fù)。

4.5 網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)

在云數(shù)據(jù)中心的組網(wǎng)中，所有的網(wǎng)絡(luò)鏈路都是物理上冗余配置的。通過使用交換機(jī)堆疊技術(shù)，保證物理服務(wù)器對(duì)外與匯聚層交換設(shè)備和對(duì)內(nèi)虛擬網(wǎng)絡(luò)層連接的冗余。虛擬網(wǎng)絡(luò)層通過采用多網(wǎng)卡綁定等技術(shù)避免單個(gè)網(wǎng)卡故障引發(fā)的業(yè)務(wù)中斷。對(duì)于各通信平面（業(yè)務(wù)、存儲(chǔ)、管理）均采用雙網(wǎng)卡，雙網(wǎng)卡采用了Bonding模式，兩網(wǎng)卡被綁定成邏輯上的“一塊網(wǎng)卡”后，同步一起工作。既能對(duì)服務(wù)器的訪問流量進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)，又能保證網(wǎng)卡的可靠性。

針對(duì)當(dāng)前高校信息化建設(shè)，基于云計(jì)算、虛擬化技術(shù)構(gòu)建校園私有云數(shù)據(jù)中心是有效實(shí)現(xiàn)高校信息化、數(shù)字化建設(shè)的新方案。校園私有云數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建不僅滿足了廣大師生對(duì)信息化服務(wù)的需求，而且還提高了網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭娟，楊勇.私有云技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].科學(xué)咨詢，2015（29）.