服務(wù)器虛擬化資源池效益評估指標(biāo)和方法

徐亮亮

（內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010010）

1 引言

服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以將計算、存儲與網(wǎng)絡(luò)資源集中，構(gòu)成可以動態(tài)分配的資源池。氣象行業(yè)大量業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)過程中，廣泛應(yīng)用了服務(wù)器虛擬化技術(shù)，顯著提高了數(shù)據(jù)中心的資源服務(wù)能力，同時避免了資源浪費。

隨著服務(wù)器虛擬化資源池規(guī)模不斷增加，氣象數(shù)據(jù)中心缺少科學(xué)評估分析技術(shù)與方法的問題逐步突出：如資源池運行產(chǎn)生了哪些效益；哪些方面體現(xiàn)了集約化；資源申請響應(yīng)時效如何；系統(tǒng)運行是否可靠，數(shù)據(jù)是否安全等。

2 資源池建設(shè)情況

2012年開始，內(nèi)蒙古氣象局分別采用XenServer 和OpenStack技術(shù)建設(shè)了服務(wù)器虛擬化資源池。通過持續(xù)建設(shè)，自治區(qū)氣象局資源池規(guī)模達到39 臺物理服務(wù)器、2 套存儲系統(tǒng)，可提供6000 余vCPU 核、8TB 內(nèi)存、185TB 本地存儲的基礎(chǔ)設(shè)施資源服務(wù)，累計為全區(qū)氣象部門17 個單位分配250 余臺虛擬服務(wù)器，承載全區(qū)氣象部門內(nèi)80%的業(yè)務(wù)系統(tǒng)集約入池運行。

2.1 XenServer資源池總體設(shè)計

XenServer 資源池包含2 組邏輯池，每組邏輯池采用6 臺計算節(jié)點、1 套存儲整列、2 臺業(yè)務(wù)網(wǎng)交換機和2 臺存儲SAN 交換機的物理設(shè)計，達到基礎(chǔ)資源池高可用、高性能、高可靠的技術(shù)要求。硬件部署架構(gòu)如圖1 所示。

資源池從管理模塊，服務(wù)器池及存儲池模塊三個層次進行整體功能架構(gòu)設(shè)計。

（1）資源池管理模塊，通過XenCenter 軟件為用戶提供對底層資源的日常維護、監(jiān)控、管理功能，包括宿主機、VM 虛擬機、共享存儲卷、ISO 鏡像池等，并支持對VM 虛擬機進行具體管理，例如在線遷移、開機、關(guān)機、掛起、添加、刪除等操作。同時支持實時監(jiān)控資源池宿主機、虛擬機等底層資源狀態(tài)。XenCenter 管理平臺功能如圖2 所示。

（2）服務(wù)器資源池模塊，由多臺CPU 型號、指令集一致的物理服務(wù)器組成，通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)，將高性能物理服務(wù)器的硬件資源虛擬化，形成服務(wù)器資源池，為虛擬機運行提供所需計算資源。

（3）存儲資源池模塊，采用VNX5300 存儲陣列構(gòu)建存儲資源池，為服務(wù)器資源池提供共享存儲，共享存儲是服務(wù)器資源池具備的服務(wù)器集群、高可用、實時在線遷移、負載均衡、多鏈路等功能的基礎(chǔ)保障。存儲資源池用于承載關(guān)鍵業(yè)務(wù)和核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)鏡像。

2.2 OpenStack資源池總體設(shè)計

OpenStack 資源池采用15 臺計算節(jié)點、9 臺存儲節(jié)點、3 臺控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、1 個監(jiān)控節(jié)點、3 臺萬兆交換機和3 臺千兆交換機的物理設(shè)計，達到基礎(chǔ)資源池高可用、高性能、高可靠的技術(shù)要求。硬件部署架構(gòu)如圖3 所示。

計算節(jié)點提供計算服務(wù)和性能型存儲（SSD 存儲）服務(wù)，用于運行客戶創(chuàng)建的云主機（虛擬機），同時提供高性能云硬盤的存儲空間。存儲節(jié)點提供容量型存儲（SATA 存儲）服務(wù)，用于提供容量型存儲資源，具備很高的性價比。控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供云平臺所需的網(wǎng)絡(luò)資源，包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、私有網(wǎng)絡(luò)、虛擬路由器、負載均衡，以及其他網(wǎng)絡(luò)功能。監(jiān)控節(jié)點負責(zé)監(jiān)視各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括CPU負荷、內(nèi)存使用、磁盤使用、網(wǎng)絡(luò)狀況、端口監(jiān)視、日志監(jiān)視等，保證服務(wù)器系統(tǒng)安全運營，提供靈活的通知機制讓系統(tǒng)管理員快速定位解決存在的問題。

資源池從物理資源層、資源管理層、組件接口層、能力提供層、門戶展示層五個層次進行整體功能架構(gòu)設(shè)計。功能架構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

（1）物理資源池層，配置符合云計算平臺功能需求的硬件和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括服務(wù)器、交換機、存儲、機柜等物理資源，為上層提供物理資源支撐。

（2）資源管理層，在虛擬化技術(shù)的技術(shù)上，實現(xiàn)了對計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源的基本管理功能。

（3）組件接口層，由不同功能套件所構(gòu)成，包括計算套件Nova、塊儲存套件Cinder、網(wǎng)絡(luò)套件neutron、身份識別套件Keystone、鏡像文件管理套件Glance、提供管理接口的儀表板套件Horizon，通過封裝其服務(wù)為上層應(yīng)用邏輯提供調(diào)用接口，組件相互之間通過消息隊列進行通信。

（4）能力提供層，提供能力封裝和抽象，與底層技術(shù)堆棧之間松耦合，對上提供統(tǒng)一抽象的開發(fā)接口，支撐PaaS、SaaS 平滑的向應(yīng)用平臺過渡。

（5）門戶展示層，提供統(tǒng)一平臺入口，用戶進入后可以直接根據(jù)角色的定義，獲取不同的平臺功能，簡化登錄流程，使管理更加快捷。

3 效益評估方法

本文采用量化指標(biāo)計算與定性價值體現(xiàn)相結(jié)合的綜合評估指標(biāo)設(shè)計思路，建立服務(wù)器虛擬化資源池效益評估指標(biāo)體系。如圖5 所示。

3.1 定量評估指標(biāo)

定量評估指標(biāo)包括集約化比、場地環(huán)境、用電成本和資源就緒時間等4 組可量化計算的評估指標(biāo)。

3.1.1 集約化

集約化比指資源池物理服務(wù)器數(shù)量與最多可承載虛擬服務(wù)器數(shù)量的比值。內(nèi)蒙古氣象局服務(wù)器虛擬化資源池物理服務(wù)器數(shù)量為39 臺，可承載運行8C:16G 規(guī)格虛擬服務(wù)器約500 臺。資源池的集約化比為39/(500)約1:13。

圖1：XenServer 資源池硬件部署架構(gòu)圖

圖2：XenCenter 管理平臺功能圖

3.1.2 場地環(huán)境

場地環(huán)境指資源池實際占用機柜數(shù)量與最多可承載虛機全部轉(zhuǎn)換為物理機時所需機柜數(shù)量的關(guān)系。考慮整體散熱，挪動空間，電力供應(yīng)，上下走線空間，交換機、防火墻、顯示器設(shè)備空間等因素，42U 標(biāo)準(zhǔn)機柜至多可放16 臺2U 服務(wù)器或8 臺4U 服務(wù)器。資源池實際占用機柜數(shù)量為6 個；資源池滿載運行500 臺服務(wù)器所需機柜數(shù)量約為31-62 個。因此，采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)至少節(jié)省80%以上的機房場地空間。

3.1.3 用電成本

用電成本指采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)每年度節(jié)約的用電量折算為用電成本。

Nvm 表示資源池當(dāng)前運行虛擬服務(wù)器的數(shù)量，取值250 臺；Npm 表示資源池物理服務(wù)器的數(shù)量，取值39 臺；Cpower 表示每臺服務(wù)器正常運行時的功率，取值常量0.4kwh；Thour 表示每年的小時數(shù)，取常量365*24，即8760；Price 表示每度電量的單價，取值0.5元。

根據(jù)上式，資源池平均每年可節(jié)約用電量為（250-39）0.4*8760約74 萬度，節(jié)約用電成本約37 萬元。

圖3：OpenStack 資源池硬件部署架構(gòu)圖

圖4：OpenStack 資源池功能架構(gòu)設(shè)計圖

圖5：效益評估指標(biāo)組成

3.1.4 就緒時間

資源繼續(xù)時間指采用虛擬化技術(shù)能夠快速響應(yīng)用戶對計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源的需求。當(dāng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)滿足集約入池環(huán)境條件時，系統(tǒng)運行所需的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源可在1 小時之內(nèi)交付用戶，避免了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)上線包括設(shè)備選型、詢價、采購、驗貨、部署、實施等一系列繁雜流程。

3.2 定性評估指標(biāo)

定性價值體現(xiàn)評估指標(biāo)包括：彈性分配、高可用性、數(shù)據(jù)安全和簡化運維等4 組定性價值體現(xiàn)評估指標(biāo)。

3.2.1 彈性分配

資源池支持縮減冗余資源或?qū)Σ蛔阗Y源進行擴充，保證了計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源充分、有效地利用，同時又避免了獨立服務(wù)器配置升級可能產(chǎn)生的配件停產(chǎn)、采購周期長、停機升級等缺陷。

3.2.2 高可用性

虛擬化高可用性充分考慮物理服務(wù)器的冗余設(shè)計，避免了獨立服務(wù)器需采購足量備件防止單點故障，甚至重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行的服務(wù)器需要雙機備份的問題。同時虛資源池宿主服務(wù)器出現(xiàn)無法訪問或不穩(wěn)定問題時，高可用性可以確保該主機上運行的虛擬機能夠在其它節(jié)點重新啟動。

3.2.3 數(shù)據(jù)安全

“快照”是虛擬機磁盤文件在某個時間點的復(fù)本。系統(tǒng)崩潰或系統(tǒng)異常，管理員可以通過使用恢復(fù)到快照來保持磁盤文件系統(tǒng)和系統(tǒng)存儲。依托資源池的“快照”機制，可一鍵實現(xiàn)系統(tǒng)備份，并且支持隨時還原系統(tǒng)至快照點狀態(tài)。“快照”功能通常用于業(yè)務(wù)系統(tǒng)升級、變更。而傳統(tǒng)物理服務(wù)器的系統(tǒng)備份需在另外單獨的服務(wù)器上安裝同樣的軟件程序，這無疑增加了備份成本、工作量和操作復(fù)雜度。

3.2.4 簡化運維

物理服務(wù)器池化后，基礎(chǔ)支撐運維工作統(tǒng)一管理、集中監(jiān)控。系統(tǒng)運維時只需確保基礎(chǔ)支撐軟、硬件狀態(tài)正常；而非池化狀態(tài)下，需確保所有軟、硬件狀態(tài)正常。集約化運行簡化了運維工作、提高了運維效率。

4 結(jié)論

本文采用定量指標(biāo)與定性價值體現(xiàn)相結(jié)合的研究方法，建立了服務(wù)器虛擬化資源池效益評估指標(biāo)體系，并結(jié)合內(nèi)蒙古氣象局服務(wù)器虛擬化資源池實際案例進行了綜合效益評估。評估結(jié)果表明：內(nèi)蒙古氣象局服務(wù)器虛擬化資源池集約化成效顯著、集約化比達1:13，機房場地空間節(jié)約80%以上，年均用電成本節(jié)約近40 萬，資源準(zhǔn)備就緒時間大幅縮短，此外資源彈性分配、高可用性、數(shù)據(jù)安全、簡化運維方面均體現(xiàn)了明顯優(yōu)勢。