“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)建設(shè)的探索與實(shí)踐

鄭海勇

本文以省級(jí)單位數(shù)據(jù)中心建設(shè)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)的探索實(shí)踐為例，探討云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)的建設(shè)思路，以期探索出一條特色的節(jié)能高效硬件管理現(xiàn)代化之路，為落實(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)及大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供重要基礎(chǔ)保障。

一、平臺(tái)搭建背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)量隨之急速增長，計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)量與規(guī)模呈幾何級(jí)別的增長，數(shù)據(jù)中心的維護(hù)與管理開始出現(xiàn)以下問題：

1.1服務(wù)器增長對(duì)機(jī)房容量消耗快

短短幾年間，服務(wù)器由原來的幾十臺(tái)迅速增長到了幾百臺(tái)，呈現(xiàn)出幾何級(jí)的增長速度，其他外設(shè)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也快速增長，對(duì)機(jī)房空間和電力的消耗非常大。

1.2服務(wù)器部署管理難度大

應(yīng)用系統(tǒng)往往要求在極短的時(shí)間內(nèi)甚至需求當(dāng)天完成計(jì)算機(jī)環(huán)境準(zhǔn)備和部署，對(duì)服務(wù)器資源調(diào)撥提出了極高的管理要求，操作系統(tǒng)、軟件、應(yīng)用、配置的重復(fù)安裝浪費(fèi)了大量時(shí)間精力，使日常維護(hù)變得更為復(fù)雜繁瑣。

1.3服務(wù)器資源利用率低

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前數(shù)據(jù)中心小型機(jī)的利用率一般在10%到20%，服務(wù)器普遍低于3%。即便是在每月、每年的業(yè)務(wù)高峰期、高峰時(shí)段，業(yè)務(wù)的壓力主要在數(shù)據(jù)庫、小型機(jī)，而前端應(yīng)用服務(wù)器CPU利用率一般也不高于10%，造成原本就不充足的服務(wù)器資源大量浪費(fèi)虛置。

1.4硬件故障恢復(fù)時(shí)間長

目前大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心除了采取雙機(jī)熱備的少部分服務(wù)器和小型機(jī)外，設(shè)備一旦有任何硬件故障，都必須停機(jī)檢查、更換零件，耗費(fèi)的時(shí)間少則半個(gè)小時(shí)，多則一兩天，直接影響到應(yīng)用系統(tǒng)的可持續(xù)服務(wù)。

二、平臺(tái)搭建與管理的具體實(shí)踐

經(jīng)過前期的摸索和測(cè)試，通過采取新、老結(jié)合的方式，對(duì)傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施體系進(jìn)行改造，積極探索搭建云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，推動(dòng)高效率、低能耗的綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

2.1前期調(diào)研籌備

在這個(gè)階段主要明確三點(diǎn)：平臺(tái)能做什么、需要做什么、該怎么建設(shè)。經(jīng)過充分調(diào)研，確定了云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)的架構(gòu)圖，如圖1所示，并決定先搭建底層的虛擬化平臺(tái)，為云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)奠定重要基礎(chǔ)。

2.2虛擬化平臺(tái)的搭建

虛擬化平臺(tái)按功能定位，細(xì)分為“測(cè)試應(yīng)用集群”“核心內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用集群…‘核心外網(wǎng)應(yīng)用集群”，每個(gè)集群（cluster）由若干臺(tái)物理服務(wù)器組成。如圖2所示：

2.3虛擬化平臺(tái)的使用與管理

1.虛擬化平臺(tái)的使用。虛擬化平臺(tái)投入使用后，第一步是對(duì)舊平臺(tái)資源進(jìn)行整合，淘汰老舊物理主機(jī)，將較重要的應(yīng)用系統(tǒng)遷入到核心內(nèi)網(wǎng)集群中，保障其性能與穩(wěn)定性。第二步則從兩方面著手，一方面根據(jù)新應(yīng)用系統(tǒng)的上線需求，將符合“準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)”的新應(yīng)用系統(tǒng)部署到虛擬化平臺(tái)中，另一方面對(duì)年代久遠(yuǎn)、不能下線又無法重新部署的舊應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化遷移，下架故障率高的舊物理服務(wù)器，降低對(duì)機(jī)房的資源消耗和空間占用。2.虛擬化平臺(tái)的管理。當(dāng)前采取的管理措施包括：一是虛擬機(jī)管理。登記每臺(tái)虛擬機(jī)的資源配置、運(yùn)載應(yīng)用系統(tǒng)、使用部門和使用人等資料，并及時(shí)升級(jí)操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)模板，安裝漏洞補(bǔ)丁。二是硬件資源管理。跟蹤分析現(xiàn)有硬件資源消耗情況，提前增加硬件資源，并對(duì)物理服務(wù)器進(jìn)行定期巡檢、修復(fù)故障。此外，監(jiān)控虛擬機(jī)資源實(shí)際使用情況并動(dòng)態(tài)調(diào)整每臺(tái)虛擬機(jī)的資源配置，提高資源使用效率。三是制度流程管理。建立虛擬化平臺(tái)巡檢制度、虛擬機(jī)增刪改流程、故障應(yīng)急處理流程、性能監(jiān)控分析報(bào)告制度，使虛擬化工作管理有據(jù)可依。

2.4虛擬化平臺(tái)成效初步凸顯

1.提高資源利用率，省電省錢省空間。目前物理服務(wù)器與虛擬機(jī)達(dá)到1：10的使用比例，即平均每臺(tái)物理服務(wù)器上能運(yùn)行10個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，直接節(jié)約物理服務(wù)器資源達(dá)90%，服務(wù)器數(shù)量的大幅減少，一方面節(jié)約了大量的服務(wù)器購置費(fèi)用，另一方面有效降低了電耗和機(jī)房空間占有率。以100臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心為例，使用云平臺(tái)后可節(jié)約39%的電力，節(jié)省約203平方米的空間。隨著虛擬化和云計(jì)算技術(shù)的進(jìn)一步推廣使用，經(jīng)費(fèi)、電力和空間的節(jié)省效果將會(huì)更加明顯，利于推進(jìn)節(jié)能省電綠色可持續(xù)發(fā)展。

2.提高系統(tǒng)可用性，稅收業(yè)務(wù)不間斷。除了完善的VDP數(shù)據(jù)備份保護(hù)外，平臺(tái)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的HA故障保護(hù)。經(jīng)上百次的測(cè)試結(jié)果表明，故障服務(wù)器上的虛擬機(jī)能全部自動(dòng)轉(zhuǎn)移到正常的服務(wù)器上，以保證應(yīng)用系統(tǒng)不間斷。目前未出現(xiàn)因物理服務(wù)器故障而導(dǎo)致虛擬機(jī)服務(wù)中斷的情況。

3.資源優(yōu)化再配置，系統(tǒng)提速又增效。據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，調(diào)整后，以100臺(tái)虛擬機(jī)為例，可節(jié)約了18%的資源，物理服務(wù)器有效利用率從原來的61%提高到73%以上，各應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行效率也有了明顯提高。

4.延長軟件生命期，應(yīng)用安全更穩(wěn)定。利用虛擬機(jī)的熱遷移功能，將已使用較久、應(yīng)用系統(tǒng)暫時(shí)又無法下線的舊服務(wù)器進(jìn)行完整克隆、生成虛擬機(jī)，大大提高了信息應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性。

三、深化虛擬化和云計(jì)算應(yīng)用探索的思考

1、完善優(yōu)化“集群化”的構(gòu)成模式。基于虛擬化平臺(tái)每個(gè)集群內(nèi)的物理服務(wù)器型號(hào)配置相同，因此若配置不同時(shí)，可能導(dǎo)致大型虛擬機(jī)占用的資源可能是小型虛擬機(jī)的數(shù)倍，導(dǎo)致小型虛擬機(jī)的請(qǐng)求無法實(shí)時(shí)響應(yīng)的情況，造成“性能下降”的假象。此外，越是多路多核的CPU、空間越大的內(nèi)存，尋址時(shí)間偏長，影響小型虛擬機(jī)，并隨著虛擬機(jī)數(shù)量增加，矛盾隨之加劇。為此，需要進(jìn)一步合理優(yōu)化硬件資源，提高虛擬機(jī)實(shí)際性能。

2、合理部署“一對(duì)多”的業(yè)務(wù)模式。在設(shè)計(jì)虛擬化平臺(tái)時(shí)，必須考慮性能優(yōu)化的問題，具體又分為兩種情況：功能相同性，即是幾個(gè)應(yīng)用終端虛擬機(jī)的功能是相同的，就必須盡量將它們分散到不同的物理服務(wù)器上，分散風(fēng)險(xiǎn)，避免相互搶占資源。另一種情況是，功能連續(xù)性，即同一個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的幾個(gè)應(yīng)用終端相互之間要頻繁交流數(shù)據(jù)，應(yīng)將它們都放到一個(gè)物理服務(wù)器上，避免占用物理網(wǎng)絡(luò)資源，提高數(shù)據(jù)交換效率。為此，在大型應(yīng)用系統(tǒng)上線之前，系統(tǒng)管理員要加強(qiáng)對(duì)應(yīng)用的了解，合理部署終端虛擬機(jī)，提高系統(tǒng)性能。

3、深入挖掘“可還原”的備份模式。基于虛擬機(jī)的熱遷移技術(shù)（VMotion）、HA技術(shù)、VDP備份技術(shù)、克隆和快照、Replication技術(shù)的技術(shù)缺陷，在未來需通過反復(fù)細(xì)致的研究和試驗(yàn)，綜合運(yùn)用虛擬化平臺(tái)的各種還原功能，使特殊應(yīng)用系統(tǒng)的故障還原時(shí)間、數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)與資源占用達(dá)到最佳平衡點(diǎn)。

4、搭建應(yīng)用“虛擬化”的開發(fā)環(huán)境。在未來逐步搭建起一個(gè)“虛擬化開發(fā)環(huán)境”平臺(tái)，安裝開發(fā)人員需要使用的所有開發(fā)工具，使應(yīng)用系統(tǒng)從開發(fā)起就在虛擬化的環(huán)境中進(jìn)行，降低應(yīng)用系統(tǒng)在虛擬機(jī)環(huán)境中出錯(cuò)的概率。

5、打造全新“云計(jì)算”的基礎(chǔ)環(huán)境。繼續(xù)深入探索存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、物理設(shè)備與虛擬設(shè)備互融組合、計(jì)算資源規(guī)模化部署等，積極利用先進(jìn)技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)IT基礎(chǔ)環(huán)境進(jìn)行完善，為大數(shù)據(jù)時(shí)代創(chuàng)造一套基礎(chǔ)設(shè)備資源優(yōu)化、互融、規(guī)模化部署管理的新模式，以技術(shù)革新開創(chuàng)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的新局面。