一種基于融合架構的云基礎設施管理系統設計

陳琴 張炎民 謝浩安

云計算中心承載著眾多關系到國計民生的重要應用與信息，在促進信息技術融合應用、推進區域及國家整體信息化方面起著重要的作用。本文設計一種基于融合架構的云基礎設施管理系統，從系統總體架構和關鍵技術兩個方面對該系統作了簡要介紹。

云計算是基于互聯風鐵相關服務的增加、使用和將會模式，通過互聯網來提供動態晚擴展虛擬化的資源。云計算中心承載著眾多關系到國計民生的重要應用與信息，在促進信息技術融合應用、推進區域及國家整體信息化方面起著重要的作用…。然而，在我國目前建設的云計算中心中，所采用的關鍵應用云操作系統大都為國外產品，例如VMware，PowerVM，XEN，HyperV等。一旦關鍵的信息通過國外產品泄露，將對我國信息安全構成嚴重威脅。因此，在云計算中心的建設中，需要國產的“自主可控”基于融合架構的云基礎設施管理平臺來取替代國外產品，提供第三方云管理平臺，支持所有廠商的服務器X86、小型機、刀片服務器、不同廠商的存儲設備，屏蔽了底層硬件設備、軟件的差異。

1 系統總體設計

1.1 總體設計概述

云計算管理平臺解決方案基于滿足云計算數據中心的管理需求，在云計算數據中心動態基礎架構以及虛擬化的核心技術層面之上，提供標準化和自動化的管理通道。本文研究支持小型機和X86等異構虛擬計算架構的融合管理，提供統一的云服務資源池，快速動態進行資源伸縮，實現對業務服務需求的快速響應。

本文通過采用硬件設備虛擬化、軟件版本標準化、系統管理自動化和服務流程一體化等手段，將IT設備提供的計算能力，通信能力，存儲能力封裝成資源池，建設一個以服務為中心的云計算運行平臺，把資源的使用方式從專有獨占方式轉變成資源池化的共享方式，運行環境可以自動部署和調整資源分配，實現資源隨需掌控。

1.2 架構設計

本文設計一個能夠以較低成本運營的虛擬化數據中心，在保證業務連續性，數據安全性和資源橫向擴展以及縱向擴展的要求下，能夠快速部署與開通業務系統到云計算生產系統域。總體設計包括以下幾個方面：

在虛擬化及虛擬資源池化基礎上，依托云管理平臺對基礎架構資源進行協同；

在云管理平臺上能夠快速開通資源和業務；

共享資源之上的業務數據完全隔離；

業務系統保障，能夠根據資源負載和故障狀態，依據策略，云平臺進行資源自動或人工調度，滿足業務連續性，滿足系統高可用性的要求。

本文系統設計是基于web2.0技術，面向資源使用用戶，管理員，運維人員提供具體的功能視圖；綜合業務運營管理系統提供云數據中心基礎架構和虛擬化管理功能以及在其上構建的數據中心業務開展、運營等管理功能，全面支撐基于虛擬化的云計算數據中心；其中，虛擬化管理功能提供虛擬化平臺的管理功能，實現服務器小型機系統和X86系統虛擬引擎管理和存儲系統虛擬引擎管理，實現虛擬資源的供給、部署和管理，可管理的服務器虛擬化技術包括PowerVM、XEN、VMware、KVM等。

1.3 運營管理模塊

業務運營管理向用戶提供服務，并為運營管理人員提供運營管理功能。運營管理平臺由門戶應用、業務運營以及數據、系統管理、接口等模塊組成，其中門戶應用包括用戶自服務門戶和運營管理門戶兩個功能模塊；業務運營包括用戶管理、業務管理、訂單管理及資源自動部署、統計分析、項目管理以及監控告警等功能模塊。

1.4 虛擬資源管理模塊

資源管理主要負責對各種云計算IT資源進行部署、操作、回收、統計分析，對資源池系統內部的各類物理設備進行運維管理。同時，資源控制調度使用配置化的資源部署及調度策略，通過虛擬化資源管理中間件提供的虛擬資源接口和監控引擎獲取的實時性能數據，實現對虛擬機的基于策略的部署及遷移等功能。對業務運營管理提供必需的資源管理接口。

1.5 云安全監控服務

云安全監控管理針對云管理平臺涉及的各種業務和資源，云管理平臺的監控數據采集層模塊通過SNMP協議、IPMI協議、Agent代理或集成第三方監控系統接口等采集方式，對資源的KPI性能指標（如CPU使用率，內存使用率等）按設定監控時間進行主動輪詢收集，提供統一的事件告警，在此基礎上達到實時監控資源健康狀態、主動發現故障、及時運維的目的。系統對存儲資源、網絡資源、軟件資源的監控功能通過與第三方監控系統進行接口集成來支持。對業務運營管理、資源管理平臺和第三方系統提供API。

1.6云引擎設計

云引擎在云基礎設施管理平臺中實現虛擬化管理部分，通過虛擬化的技術手段，提供虛擬機，虛擬存儲，虛擬網絡等虛擬資源，并在此之上形成可共享的系統資源池。云引擎支持X86架構的服務器，使用Vmware、PowerVM等進行虛擬化，支持主流的Windows、Linux操作系統；支持小型機以及小型機平臺上的虛擬化；支持集成各類存儲設備及其云存儲管理軟件技術實現云存儲管理。在云管理平臺中，云引擎通過HMC來管理Power虛擬化，通過VCenter管理Vmware虛擬化。

1.7接口集成平臺設計

本文使用面向SOA的業務服務設計，因此其內部各平臺之間也是通過接口互相調用。監控告警平臺向資源管理提供監控告警接口，資源管理向業務運營平臺提供資源管理接口，業務運營提供業務運營的管理接口。松耦合的設計使云管理平臺的各個內部平臺可作為獨立系統與外部系統集成。

2 關鍵技術研究

2.1 異構資源的融合管理技術

云引擎需支持多種虛擬化技術的虛擬化管理引擎，例如業界常見的PowerVM、VmWare、XEN等多種虛擬化，屏蔽了各種虛擬化之間的差異，通過統一的接口調用簡化上層應用開發。通過橫向擴展虛擬化技術，減少在支持新虛擬化技術時，對上層應用的影響。

云平臺通過內置的云引擎WCE組件，實現不同硬件架構包括x86和小型機架構上的多種虛擬化的統一管理和調度，支持的硬件架構包括x86架構的通用服務和IBMPower架構的小型機，可管理的虛擬化技術包括：CNware、vSphere、Xen、KVM和PowerVM等虛擬化技術。

2.2 采用分布武系統設計

我們使用輕量級的Java Remoting方案Hessian來實現子系統之間的調用。設計與其他Web服務的實現框架不同的是，Hessian使用簡單的方法提供了RMI的功能。相比WebService， Hessian更簡單、快捷。采用的是二進制RPC協議，因為采用的是二進制協議，所以它很適合于發送二進制數據。而且它于免除了一大堆附加的API包，例如XML的處理之類的jar包，使用起來更加輕量。

2.3 封裝JBPM工作流引擎

JBPM. 即Java Business ProcessManagement（業務流程管理），它是覆蓋了業務流程管理、工作流、服務協作等領域的一個開源的、靈活的、易擴展的可執行流程語言框架。是當前Java領域最近流行的工作流引擎。系統封裝了JBPM，擴展實現了見的“回退”、“取回”、“會簽”、“委派”等業務場景。通過封裝，使系統可以以最小的代價切換工作流引擎，而不會對上層應用有任何影響。

2.4 網絡、存儲、軟件資源的數據采集

本文采用SSH、SNMP、IPMI等標準協議與操作系統、硬件設備進行交互通信。使系統可以最大程度的兼容主流軟硬件。同時，支持集成第三方網管軟件，使系統的監控告警子系統的功能更加完備。

2.5 云數據中心可視化技術

云平臺可視化模塊簡化了云數據中心的運維管理工作，通過3D視圖化的方式對云數據中心全方位立體式的大屏展示、狀態監控和事件告警，可視化展示的對象包括：機房布局、動力環境、空調、機架位置等基礎設施，服務器、存儲、網絡等硬件設備，以及虛擬機、操作系統和業務應用等。

綜上，本文提出基于融合架構的云基礎設施管理平臺，采用“集中化管理”和“分布式部署”的設計原則，平臺主要技術組件采用輕量級架構，可滿足10000臺以上的虛擬機管理的需要。通過本文的研究，為我國智慧城市建設提供高效、安全可靠、國產自主的云管理平臺產品，助推我國云計算產業的快速發展。