云計(jì)算異構(gòu)資源整合的分析與應(yīng)用

吳金龍

（上海市電力公司信息通信公司，上海 200122）

針對(duì)國(guó)家電網(wǎng)信息災(zāi)備上海中心的軟硬件現(xiàn)狀以及在數(shù)據(jù)災(zāi)備業(yè)務(wù)中面臨的實(shí)際問(wèn)題，構(gòu)建了云計(jì)算資源的整合層架構(gòu)，基于此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算資源管理平臺(tái)。通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器、存儲(chǔ)虛擬化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源按需分配、在線動(dòng)態(tài)調(diào)配以及應(yīng)用的動(dòng)態(tài)遷移；結(jié)合虛擬機(jī)鏡像技術(shù)，構(gòu)建“災(zāi)備中心資源云”，解決了當(dāng)前災(zāi)備中心存在的一些問(wèn)題。

目前，云計(jì)算平臺(tái)在災(zāi)備中心已經(jīng)上線，為災(zāi)備中心帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)和管理效益。

1 異構(gòu)資源存在的問(wèn)題

隨著數(shù)字信息化工作的不斷推進(jìn)，大量信息系統(tǒng)的投行，在信息化基礎(chǔ)設(shè)施和軟硬件的快速擴(kuò)充下，帶來(lái)了一系列問(wèn)題。例如：現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)均按照各自的業(yè)務(wù)需求配置軟硬件資源，分散“豎井”部署方式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享與調(diào)配，無(wú)法有效保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)連續(xù)性；各網(wǎng)省IT基礎(chǔ)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度有較大差異，網(wǎng)省間及網(wǎng)省內(nèi)部的IT基礎(chǔ)架構(gòu)不統(tǒng)一；服務(wù)器的資源使用率較低，只有少量服務(wù)器的CPU平均使用率超過(guò)30%，資源閑置和浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。從服務(wù)器的架構(gòu)來(lái)看，基本上是以應(yīng)用為單位進(jìn)行獨(dú)立部署的孤島式架構(gòu)，不同應(yīng)用的服務(wù)器之間沒(méi)有實(shí)現(xiàn)資源共享，各系統(tǒng)的軟硬件產(chǎn)品不統(tǒng)一，缺乏規(guī)范性；各應(yīng)用系統(tǒng)在非功能性需求滿足方面做了詳細(xì)的估算和分析，但是由于各實(shí)施單位采用的分析方法和估算模型不同，造成在資源使用率方面很大的差異。IT基礎(chǔ)設(shè)施不能根據(jù)實(shí)際需要和業(yè)務(wù)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整資源和快速擴(kuò)展，以致系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性較差；信息系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作量加大，軟硬件資源利用率低，采購(gòu)的軟硬件資源之間不能有效共享和綜合利用，硬件重復(fù)投資間接增加了機(jī)房、動(dòng)力環(huán)境與空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)或運(yùn)行成本。

為了解決以上問(wèn)題，國(guó)家電網(wǎng)公司信息部開(kāi)展了災(zāi)備中心建設(shè)、軟硬件資源整合和應(yīng)用一級(jí)部署等信息化建設(shè)工作，并通過(guò)SG－ERP規(guī)劃了未來(lái)國(guó)網(wǎng)信息化建設(shè)的方式。

2 整合異構(gòu)資源的支撐架構(gòu)

目前，通過(guò)目標(biāo)架構(gòu)、管控架構(gòu)、監(jiān)控架構(gòu)來(lái)指導(dǎo)災(zāi)備中心的建設(shè)。

1）目標(biāo)架構(gòu) 明確要求災(zāi)備中心的建設(shè)，要立足數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備，面向應(yīng)用級(jí)災(zāi)備，展望數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和集約化；要加強(qiáng)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的可靠性、靈活性、可擴(kuò)性以便更好地支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)；要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、集中化的管理，管控流程化、規(guī)范化、自動(dòng)化、可測(cè)量和可持續(xù)改進(jìn)。

2）管控架構(gòu) 提出了災(zāi)備中心應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)資源目錄和資源選型原則，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部署模式和資源選型，應(yīng)該滿足服務(wù)水平要求。

3）監(jiān)控架構(gòu) 除了對(duì)傳統(tǒng)的物理資源監(jiān)控外，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬化環(huán)境的監(jiān)控。

可見(jiàn)，災(zāi)備中心的建設(shè)，要求IT基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)具有整合異構(gòu)資源、統(tǒng)一運(yùn)維管理、統(tǒng)一資源接入規(guī)范、動(dòng)態(tài)資源調(diào)配以及流程管理等功能，其中異構(gòu)資源的整合最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵。軟硬件資源整合的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化，提高現(xiàn)有軟硬件資源的使用效率，提高應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部署效率及維護(hù)效率，構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的IT支撐平臺(tái)，最終與應(yīng)用系統(tǒng)形成合力，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行“強(qiáng)而優(yōu)”的支持［1］。

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)大眾參與的計(jì)算模式，其計(jì)算資源（包括計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和交付能力）都是動(dòng)態(tài)的、可伸縮的、被虛擬化的，而且以服務(wù)的方式提供。與其他的計(jì)算模式相比，云計(jì)算能夠整合大規(guī)模異構(gòu)計(jì)算資源、易于動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、虛擬化等特點(diǎn)，使其成為解決上述問(wèn)題的一個(gè)有效手段［2］。

針對(duì)災(zāi)備中心的異構(gòu)系統(tǒng)存在不同廠家、不同型號(hào)的主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備的現(xiàn)狀，提出針對(duì)災(zāi)難數(shù)據(jù)備份的云計(jì)算資源整合方案，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具備對(duì)異構(gòu)設(shè)備進(jìn)行整合管理功能的云計(jì)算資源管理平臺(tái)。通過(guò)在災(zāi)備中心構(gòu)建云計(jì)算環(huán)境，將IT基礎(chǔ)設(shè)施的能力進(jìn)行聚合，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源的整合管理并形成資源的統(tǒng)一接入標(biāo)準(zhǔn)。

3 云計(jì)算異構(gòu)資源整合層架構(gòu)

資源的整合是大型企業(yè)云計(jì)算資源管理的核心問(wèn)題，因此在云資源管理平臺(tái)中，專門設(shè)計(jì)了整合層滿足資源整合的要求。在資源整合層的架構(gòu)中，主要關(guān)注點(diǎn)是多種異構(gòu)資源的整合使用以及與運(yùn)維系統(tǒng)的深度整合?？紤]到未來(lái)資源的擴(kuò)展，整合層采用可擴(kuò)展的架構(gòu)，為此制定了統(tǒng)一的資源接入和輸出規(guī)范。以架構(gòu)為技術(shù)手段，以規(guī)范為管理手段，用以綜合解決異構(gòu)資源整合問(wèn)題［3］。整合層架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 整合層架構(gòu)圖

在整合層中將控制和監(jiān)控組件分離，對(duì)每一種資源分別設(shè)計(jì)控制和監(jiān)控組件，同時(shí)監(jiān)控和控制組件都采用基于開(kāi)放式服務(wù)規(guī)范的可擴(kuò)展架構(gòu)方式，如圖2所示。

由于將整合層獨(dú)立部署，所以還為整個(gè)整合層設(shè)計(jì)了安全訪問(wèn)組件，同時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口輸出的需要，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸出組件。整個(gè)平臺(tái)與運(yùn)維的接口，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口輸出組件獲得云中資源的相關(guān)數(shù)據(jù)，并提供一定的控制能力。

圖2 云計(jì)算管理平臺(tái)整合層設(shè)計(jì)

3.1 資源接入規(guī)范

云計(jì)算資源整合來(lái)自不同云計(jì)算供應(yīng)商的多種異構(gòu)資源，每個(gè)云計(jì)算供應(yīng)商決定了各自使用的管理程序、存儲(chǔ)模型、網(wǎng)絡(luò)模型、管理工具和流程。為此，必須為虛擬化資源和實(shí)體資源制定接入云計(jì)算資源池的規(guī)范，該規(guī)范旨在規(guī)定資源的管理系統(tǒng)提供的資源管理、控制、監(jiān)視的能力。各資源的系統(tǒng)需要提供規(guī)范所提供的能力，以達(dá)到云計(jì)算資源池統(tǒng)一管理，統(tǒng)一監(jiān)控的目的。

資源接入規(guī)范的制定，可以使國(guó)家電網(wǎng)公司內(nèi)部各個(gè)云底層資源以及資源管理系統(tǒng)之間互聯(lián)互通，并且以標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)要求廠商的云相關(guān)設(shè)施接口，以此避免廠商鎖定。

3.2 運(yùn)維管理系統(tǒng)接口

與運(yùn)維系統(tǒng)的整合是云計(jì)算資源管理平臺(tái)很重要部分，云資源管理平臺(tái)部署在數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)中心已經(jīng)安裝運(yùn)維管理系統(tǒng)，那么必須將云中的資源向數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維管理系統(tǒng)推送，除模型的一致之外還需要有良好的架構(gòu)。云計(jì)算資源管理平臺(tái)通過(guò)基于Java平臺(tái)面向消息中間件的技術(shù)規(guī)范的方式向運(yùn)維管理系統(tǒng)推送。圖3為與WebService整合層的異步通信方式。

圖3 與WebService整合層的異步通信方式

資源整合層提供兩種模式的異步通信方式：

1）推模式 當(dāng)客戶端執(zhí)行一條命令后，使用應(yīng)用接口訂閱所關(guān)心的事件的主題，然后等待JAVA消息提供者產(chǎn)生消息后推給客戶端。

2）拉模式 當(dāng)客戶端執(zhí)行一個(gè)命令后，使用WebService提供的API定期的主動(dòng)檢查指定命令的執(zhí)行結(jié)果。

云計(jì)算資源管理平臺(tái)需要與運(yùn)維管理系統(tǒng)有同樣的虛擬和物理資產(chǎn)模型，并定期推送。物理資產(chǎn)信息共享，需要保證資產(chǎn)信息模型一致，信息監(jiān)控系統(tǒng)定時(shí)向云計(jì)算資源管理平臺(tái)推送物理資產(chǎn)信息，云計(jì)算資源管理平臺(tái)解析IMS物理資產(chǎn)信息后，存入資源管理平臺(tái)的模型庫(kù)中，如圖4所示。

圖4 物理資產(chǎn)信息推送

虛擬資產(chǎn)需要云計(jì)算資源管理平臺(tái)向IMS推送，云計(jì)算資源資源管理平臺(tái)定時(shí)推送虛擬資產(chǎn)信息，IMS根據(jù)其運(yùn)維模型的特點(diǎn)，解析使用云計(jì)算資源管理平臺(tái)推送的虛擬資產(chǎn)信息。如圖5所示。

圖5 虛擬資產(chǎn)信息推送

4 云計(jì)算資源整合在災(zāi)備中心的部署

依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)信息災(zāi)備中心目前擁有的IBM、HP小型機(jī)、X86服務(wù)器資源，將IBM小型機(jī)及其PowerVM虛擬化平臺(tái)、HP小型機(jī)及其vPar資源分區(qū)技術(shù)、以VMware為代表的X86服務(wù)器虛擬化技術(shù)、以及來(lái)自不同廠商的異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備抽象為統(tǒng)一的資源模型。針對(duì)災(zāi)難備份的云計(jì)算資源整合方案，設(shè)計(jì)并構(gòu)建云計(jì)算資源管理平臺(tái)，在災(zāi)備中心部署后納管災(zāi)備中心擁有的IBM、HP小型機(jī)、X86服務(wù)器以及存儲(chǔ)設(shè)備。

4.1 管理平臺(tái)環(huán)境部署架構(gòu)

目前云計(jì)算資源管理平臺(tái)部署在PC服務(wù)器上，共使用多臺(tái)IBM X3850X5服務(wù)器，安裝ESXi 4.1，并在其中一臺(tái)物理服務(wù)器上分別建立vCenter、vCloud、vShieldManager、云計(jì)算資源管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)虛擬服務(wù)器，進(jìn)行初始化與服務(wù)器納管配置。目前已經(jīng)完成自生和其余X3850X5服務(wù)器的納管，把X86服務(wù)器計(jì)算資源虛擬化成一個(gè)池，通過(guò)云計(jì)算資源管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了申請(qǐng)單管理服務(wù)、虛擬資源組服務(wù)、模板管理服務(wù)、IP管理服務(wù)、物理機(jī)管理服務(wù)、任務(wù)管理服務(wù)、日志管理服務(wù)、性能管理服務(wù)，可針對(duì)用戶虛擬資源組進(jìn)行虛擬服務(wù)器的創(chuàng)建、管理、配置、刪除、備份等操作。

4.2 服務(wù)器資源的整合部署

國(guó)家電網(wǎng)信息災(zāi)備中心目前擁有的IBM、HP小型機(jī)、X86三類服務(wù)器資源，針對(duì)不同的服務(wù)器采用不同的虛擬化策略來(lái)進(jìn)行整合，有以下3種平臺(tái)各自的部署方案。

1）部署PC虛擬化環(huán)境（X86Server） 為驗(yàn)證區(qū)每臺(tái)物理機(jī)安裝ESX Server；創(chuàng)建1個(gè)虛擬機(jī)安裝vCenter Server（所有ESX Server只需1個(gè)vCenter Server），然后將所有ESX Server注冊(cè)到vCenter中。

2）部署IBM虛擬化環(huán)境（IBM小機(jī)） 為IBM小機(jī)激活PowerVM環(huán)境，每臺(tái)小機(jī)都需要激活；為IBM小機(jī)創(chuàng)建VIO Server，每臺(tái)小機(jī)都需要?jiǎng)?chuàng)建；創(chuàng)建1個(gè)微分區(qū)安裝NIM Server（所有IBM小機(jī)只需要1個(gè)NIM Server）；創(chuàng)建一個(gè)微分區(qū)安裝System Director（所有IBM小機(jī)只需要1個(gè)System Director），并安裝VMControl插件；將所有IBM小機(jī)注冊(cè)到VMControl中。

3）部署HP虛擬化環(huán)境（安騰小機(jī)） 由于災(zāi)備中心的HP小型機(jī)是HP RX8640，支持vPar虛擬化技術(shù)，可以納入云計(jì)算資源管理平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

全面收集nPar資源信息，對(duì)每個(gè)nPar都要收集；劃分vPar（每個(gè)nPar都要?jiǎng)澐郑?，并為vPar分配初始資源（最小化分配）；在一個(gè)vPar上安裝Ignite Server，并將其他vPar注冊(cè)到Ignite Server中。

5 云計(jì)算資源管理平臺(tái)的應(yīng)用

通過(guò)在災(zāi)備中心構(gòu)建云環(huán)境，將IT基礎(chǔ)設(shè)施的能力進(jìn)行聚合，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源的整合管理，使得IT基礎(chǔ)設(shè)施資源可以按需分配和動(dòng)態(tài)調(diào)度，并形成資源的統(tǒng)一接入標(biāo)準(zhǔn)；在云計(jì)算環(huán)境中，通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用負(fù)載峰谷的計(jì)算，得出錯(cuò)峰利用資源的方式，使資源在不同應(yīng)用之間來(lái)回流動(dòng)，將資源利用率保持在一個(gè)較高的水平上，提升IT基礎(chǔ)設(shè)施的整體承載能力。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的應(yīng)用和資源的優(yōu)化整合，可以疏理并空出許多資源，節(jié)省未來(lái)的設(shè)備投資；使用統(tǒng)一的界面和流程提供自動(dòng)化的資源安裝、部署、運(yùn)維能力，減少運(yùn)維人員的手工操作，減少資源運(yùn)維和管理成本。

云計(jì)算資源的優(yōu)化整合，對(duì)數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備中心能夠起到重要的支撐作用。在數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備中心，利用基于該技術(shù)的云計(jì)算資源管理平臺(tái)，可以集中納管驗(yàn)證區(qū)和管控區(qū)設(shè)備，向各網(wǎng)省和運(yùn)維系統(tǒng)提供統(tǒng)一的虛擬化數(shù)據(jù)驗(yàn)證環(huán)境和管理軟件運(yùn)行環(huán)境。

使用基于云計(jì)算資源整合技術(shù)的云計(jì)算管理平臺(tái)，納管數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備中心驗(yàn)證區(qū)的好處：一是形成統(tǒng)一的服務(wù)器資源池，最大化利用資源，可以增多同時(shí)驗(yàn)證的省公司數(shù)量；二是通過(guò)云計(jì)算資源管理平臺(tái)提供的管理功能，運(yùn)維人員可以方便的管理和控制省公司驗(yàn)證工作，從而減少管理成本。

使用云計(jì)算管理平臺(tái)納管數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備中心管控區(qū)的好處：一是提供動(dòng)態(tài)資源管理能力，形成統(tǒng)一服務(wù)器資源池，最大化利用資源，可以使災(zāi)備管控系統(tǒng)持續(xù)高性能運(yùn)行；二是通過(guò)云計(jì)算資源管理平臺(tái)提供的自動(dòng)化部署功能，使得管控系統(tǒng)可以更快的上線和升級(jí)。

在未來(lái)，借助于云計(jì)算資源管理平臺(tái)，可以同時(shí)管理多個(gè)不同數(shù)據(jù)中心的資源池，達(dá)到多中心資源統(tǒng)一管理，為實(shí)現(xiàn)三地集中式災(zāi)備中心向一級(jí)數(shù)據(jù)中心的演化奠定基礎(chǔ)。

［1］喬林.遼寧電力信息系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)架資源整合研究［J］.電力信息化，2011，9（4）：94－97.

［2］趙俊華，文福拴，薛禹勝，林振智.云計(jì)算：構(gòu)建未來(lái)電力系統(tǒng)的核心計(jì)算平臺(tái)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（15）：1－8.

［3］楊曉紅，李健，楊衛(wèi)國(guó).信息系統(tǒng)災(zāi)備技術(shù)的分析與研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，26（10）：2727－2729.