基于IaaS架構(gòu)體系的OSS云平臺(tái)規(guī)劃研究

李 純，鄒耀輝

（中國(guó)電信股份有限公司深圳分公司 深圳518048）

1 引言

云計(jì)算是一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需服務(wù)或IT基礎(chǔ)資源的交付和使用模式，有SaaS、PaaS和IaaS三大服務(wù)模式。IaaS指消費(fèi)者通過(guò)Internet從完善的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施獲得的服務(wù)，用戶能夠部署運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等任意軟件。云計(jì)算能促進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)升級(jí)換代，提供綜合信息服務(wù)運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)設(shè)施支撐能力。中國(guó)電信積極關(guān)注建立可運(yùn)營(yíng)、可管控的云平臺(tái)，利用虛擬化技術(shù)將基礎(chǔ)資源設(shè)施封裝為用戶可靈活使用的服務(wù)。中國(guó)電信股份有限公司深圳分公司（以下簡(jiǎn)稱深圳電信）也積極投身于云平臺(tái)的試驗(yàn)中，已成功搭建了一套本地IT虛擬平臺(tái)，承載了OSS/OA、增值等多項(xiàng)專業(yè)應(yīng)用。

深圳電信本地OSS包括交換、傳輸、數(shù)據(jù)、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控等專業(yè)網(wǎng)管、網(wǎng)絡(luò)資源管理、開通服務(wù)保障、跨網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控四大類，涉及服務(wù)器約448臺(tái)，除部分前置采集服務(wù)器外，大部分設(shè)備安裝在樞紐7樓OSS機(jī)房。由于早期的IT技術(shù)和系統(tǒng)分立建設(shè)等因素，平臺(tái)仍采用單一的物理服務(wù)器做業(yè)務(wù)組網(wǎng)單元，需要大量實(shí)體服務(wù)器。隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)展，實(shí)體服務(wù)器數(shù)量逐年增加。目前樞紐7樓OSS機(jī)房的UPS電源、設(shè)備機(jī)柜出現(xiàn)滿負(fù)荷狀態(tài)，已無(wú)法滿足OSS新業(yè)務(wù)對(duì)IT資源的需求。

2 搭建OSS云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

搭建基于IaaS架構(gòu)體系下的OSS云平臺(tái)能夠有效地推動(dòng)深圳電信業(yè)務(wù)變革的實(shí)現(xiàn)，打造深圳本地IT發(fā)展的新優(yōu)勢(shì)。其一，打破OSS平臺(tái)“一臺(tái)服務(wù)器、一個(gè)應(yīng)用”的舊有模式，在每臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，提高IT資源和應(yīng)用的效率和可用性；其二，通過(guò)整合服務(wù)器將共用的基礎(chǔ)架構(gòu)資源聚合到統(tǒng)一的資源池中，減少大量硬件、電力和散熱等需求，從而大幅降低能耗；其三，節(jié)省服務(wù)器占用空間，有效改善機(jī)房機(jī)柜位置緊缺的狀況；其四，節(jié)省硬件的成本投入，降低管理人工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；最后，用戶無(wú)需關(guān)注底層基礎(chǔ)設(shè)施，便能夠自由控制、快速部署資源或獲得服務(wù)，按需擴(kuò)展和使用。該云平臺(tái)將為深圳本地IT平臺(tái)的發(fā)展注入一股強(qiáng)大的生命力。

3 OSS云平臺(tái)探索

3.1 OSS架構(gòu)及資源狀況

3.1.1 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

目前，OSS架構(gòu)主要包括采集層、數(shù)據(jù)處理及業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)層3個(gè)層面。采集層設(shè)備主要完成協(xié)議轉(zhuǎn)換、業(yè)務(wù)設(shè)備運(yùn)行、原始數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，通過(guò)不同類型的物理鏈路業(yè)務(wù)直接相連，設(shè)備主要布放在業(yè)務(wù)設(shè)備所在地機(jī)房，分布區(qū)域廣，以專用采集設(shè)備為主，虛擬化難度較大；數(shù)據(jù)處理及業(yè)務(wù)層設(shè)備完成原始數(shù)據(jù)接收及預(yù)處理入庫(kù)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)接入，由PC服務(wù)器群組成，設(shè)備數(shù)量多，集中于樞紐7樓OSS機(jī)房，為主要的虛擬化對(duì)象；數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)層設(shè)備完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和存儲(chǔ)功能，主要采用小型機(jī)設(shè)備和HA架構(gòu)，數(shù)量較少，虛擬化移植成本較大。非安裝在樞紐7樓OSS機(jī)房的網(wǎng)管系統(tǒng)設(shè)備，受限于網(wǎng)絡(luò)條件及系統(tǒng)架構(gòu)，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)架構(gòu)的改造，虛擬化成本較高。

3.1.2 操作系統(tǒng)

OSS平臺(tái)服務(wù)器的操作系統(tǒng)分為UNIX、Linux和Windows 3類，UNIX運(yùn)行在IBM、HP、SUN等小型機(jī)上；Linux和Windows運(yùn)行在x86服務(wù)器上。由于目前主流的虛擬系統(tǒng)幾乎不支持UNIX操作系統(tǒng)小型機(jī)，因此本次云計(jì)算規(guī)劃平臺(tái)研究課題的主要對(duì)象為L(zhǎng)inux及Windows兩類操作系統(tǒng)的PC服務(wù)器。

3.1.3 云計(jì)算優(yōu)化資源

根據(jù)目前OSS的現(xiàn)狀及虛擬化條件，可做虛擬化的計(jì)算資源統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可虛擬化的服務(wù)器為184臺(tái)，可云計(jì)算優(yōu)化資源的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 可云計(jì)算優(yōu)化資源統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.1.4 資源

（1）計(jì)算資源需求

將上述可云計(jì)算優(yōu)化資源中的可虛擬化服務(wù)器作為樣本，采用調(diào)研表格獲取數(shù)據(jù)形式，收集整理服務(wù)器的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)信息、服務(wù)器IP地址、操作系統(tǒng)、服務(wù)器型號(hào)品牌、CPU型號(hào)及個(gè)數(shù)、頻率、CPU核數(shù)、CPU平均利用率、權(quán)重及CPU使用量（GHz）等信息，以兩個(gè)月為采集周期，采集184臺(tái)OSS服務(wù)器計(jì)算資源數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)CPU資源需求，得出資源需求分析結(jié)果，見表2。

①安全檢查與巡查。每年進(jìn)行兩次以上水庫(kù)工程安全大檢查；每座水庫(kù)至少落實(shí)1名巡查員，按水庫(kù)大壩巡視檢查有關(guān)規(guī)定進(jìn)行巡查。

（2）內(nèi)存資源需求

將上述可云計(jì)算優(yōu)化資源中的可虛擬化服務(wù)器作為樣本，采用調(diào)研表格獲取數(shù)據(jù)形式，收集整理服務(wù)器的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)信息、服務(wù)器IP地址、操作系統(tǒng)、服務(wù)器型號(hào)品牌、內(nèi)存大小、內(nèi)存平均使用率及內(nèi)存使用量等信息，以兩個(gè)月為采集周期，采集184臺(tái)OSS服務(wù)器內(nèi)存數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)內(nèi)存資源需求，得出分析結(jié)果，見表3。

表2 計(jì)算資源需求分析結(jié)果

表3 內(nèi)存資源需求分析結(jié)果

（3）存儲(chǔ)資源需求

將上述可云計(jì)算優(yōu)化資源中的可虛擬化服務(wù)器作為樣本，采用調(diào)研表格獲取數(shù)據(jù)的形式，收集整理服務(wù)器的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)信息、服務(wù)器IP地址、操作系統(tǒng)、服務(wù)器型號(hào)品牌、磁盤空間實(shí)際使用率、系統(tǒng)容量大小、磁盤空間使用量等信息，以兩個(gè)月為采集周期，采集184臺(tái)OSS服務(wù)器磁盤容量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)資源需求，得出分析結(jié)果，見表4。

表4 存儲(chǔ)資源需求分析結(jié)果

3.2 OSS云平臺(tái)規(guī)劃

3.2.1 云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思路

OSS作為電信業(yè)務(wù)的重要支撐保障及運(yùn)維管理系統(tǒng)，必須滿足業(yè)務(wù)可用性和連續(xù)性，同時(shí)滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的需要，因此規(guī)劃整個(gè)云平臺(tái)必須采取硬件設(shè)備全冗余配置及數(shù)據(jù)雙備份，以滿足業(yè)務(wù)可用性的需求和快速恢復(fù)能力，并進(jìn)行多網(wǎng)段規(guī)劃，支持DCN、互聯(lián)網(wǎng)、DMZ等業(yè)務(wù)接入需求，綜合災(zāi)備能力設(shè)計(jì)，滿足四、五星級(jí)關(guān)鍵系統(tǒng)的業(yè)務(wù)連續(xù)性需求。

根據(jù)數(shù)據(jù)的生命周期、對(duì)I/O性能的要求、數(shù)據(jù)重要性以及數(shù)據(jù)海量特點(diǎn)等因素，統(tǒng)一存儲(chǔ)架構(gòu)應(yīng)具備分級(jí)機(jī)制，對(duì)不同數(shù)據(jù)采用不同的存儲(chǔ)方式和存儲(chǔ)介質(zhì)，充分提高存儲(chǔ)空間的利用率和管理效率。磁盤根據(jù)其性能分為價(jià)格低、容量高的SATA盤及高性能、高可靠的FC盤，此外采用電子存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取技術(shù)的閃盤（SSD）已開始引入高中端存儲(chǔ)，其I/O讀取速度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)磁盤。在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中采用分級(jí)機(jī)制，對(duì)于被頻繁訪問(wèn)和關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，因其往往只占整個(gè)數(shù)據(jù)量的3%～5%，卻帶來(lái)超過(guò)50%的IOPS需求，應(yīng)將其置于I/O性能最高的閃盤中；對(duì)于較重要的對(duì)I/O性能有較高要求的數(shù)據(jù)，將其置于FC硬盤中；把相對(duì)不活躍的海量數(shù)據(jù)置于SATA盤，以降低成本。

在OSS云平臺(tái)上，存在大量重要性及對(duì)I/O性能要求不同的虛擬機(jī)。將虛擬機(jī)進(jìn)行分類，有數(shù)據(jù)庫(kù)的虛擬機(jī)為關(guān)鍵數(shù)據(jù)，放在高級(jí)存儲(chǔ)中；一般應(yīng)用系統(tǒng)的虛擬機(jī)為重要數(shù)據(jù)，放在中端存儲(chǔ)中；而做采集機(jī)的虛擬機(jī)為一般數(shù)據(jù)，放在低端存儲(chǔ)上。根據(jù)第3節(jié)OSS平臺(tái)資源分析，存儲(chǔ)資源需求為22 283.91 GB，約計(jì)需23 TB存儲(chǔ)空間，考慮OSS的重要性，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)需做全備份冗余并預(yù)留40%的業(yè)務(wù)擴(kuò)展空間，因此23 TB×（1+1）×1.4=64.4 TB，本次存儲(chǔ)規(guī)劃為64 TB的有效存儲(chǔ)空間。

3.2.3 服務(wù)器資源設(shè)計(jì)

結(jié)合目前OSS的現(xiàn)狀及虛擬化條件，根據(jù)上述可虛擬化184臺(tái)服務(wù)器采集數(shù)據(jù)匯總得知，OSS總體資源需求為：所有虛擬機(jī)需要CPU資源使用量157.485 9 GHz，總內(nèi)存大小333.408 1 GB，總磁盤空間22 283.91 GB。選取主機(jī)模型Dell R910，具備4顆目前主流32 nm的可虛擬化8核CPU芯片XEON E7-4830，主頻型號(hào)為2.13 GHz，配置128 GB內(nèi)存，得出以下服務(wù)器資源整合方案。使用Dell R910機(jī)架服務(wù)器整合184臺(tái)OSS，其CPU完全兼容虛擬化技術(shù)。單臺(tái)R910提供資源為CPU為68.16 GHz；內(nèi)存為128 GB；為滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證CPU使用率在60%以下，需要4臺(tái)R910服務(wù)器提供計(jì)算資源，能夠提供的最大CPU資源為272.64 GHz。同時(shí)為保證虛擬化平臺(tái)的高可用性，需要增加4臺(tái)R910服務(wù)器作為虛擬化集群服務(wù)器全冗余配置，提供虛擬化集群高可用性功能，即8臺(tái)R910服務(wù)器共計(jì)CPU資源545.28 GHz，內(nèi)存1 024 GB，滿足需求。

3.2.4 災(zāi)備架構(gòu)設(shè)計(jì)

虛擬平臺(tái)利用HA技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)架構(gòu)組件進(jìn)行全面保護(hù)，可選擇本地或異地災(zāi)備。利用HA技術(shù)對(duì)虛擬平臺(tái)上的應(yīng)用程序資源及組件進(jìn)行災(zāi)備，以確保重要系統(tǒng)和業(yè)務(wù)的可用性、連續(xù)性及安全性。數(shù)據(jù)庫(kù)及重要關(guān)鍵系統(tǒng)可部署在硬件資源性能較高的設(shè)備上，分配高可用性的技術(shù)及高性能的系統(tǒng)資源，如綜合使用HA和快照技術(shù)；系統(tǒng)性能要求不高的系統(tǒng)和業(yè)務(wù)可分配低性能的資源；應(yīng)用空閑的系統(tǒng)、業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)可將其歸檔至磁帶系統(tǒng)。利用全備份和增量備份技術(shù)對(duì)不同級(jí)別的系統(tǒng)和業(yè)務(wù)進(jìn)行高效的保護(hù)。通過(guò)使用在線介質(zhì)備份方法對(duì)數(shù)據(jù)的某一時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行快照和備份，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生邏輯錯(cuò)誤時(shí)可迅速進(jìn)行恢復(fù)。通過(guò)使用集群技術(shù)有效防止服務(wù)器單點(diǎn)故障。

4 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及改造成果

4.1 深圳電信IT虛擬平臺(tái)實(shí)踐案例

目前深圳電信IT網(wǎng)已成功部署了4套虛擬平臺(tái)，分別承載增值業(yè)務(wù)、OSS/MSS應(yīng)用、動(dòng)力監(jiān)控及綜合告警系統(tǒng)等多專業(yè)應(yīng)用，其架構(gòu)如圖1所示。其中，增值業(yè)務(wù)孵化平臺(tái)虛擬化改造提供了一套快速部署的測(cè)試、開發(fā)、業(yè)務(wù)交付、系統(tǒng)數(shù)據(jù)遷移備份的基于IaaS架構(gòu)的虛擬主機(jī)平臺(tái)，其上承載了增值云平臺(tái)網(wǎng)上營(yíng)業(yè)廳活動(dòng)專區(qū)、智能終端精確營(yíng)銷系統(tǒng)、VVGO、掌上清系統(tǒng)、呼叫平臺(tái)接口5個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用；MSS虛擬平臺(tái)承載了割接流程管理系統(tǒng)、深圳電信文檔庫(kù)、文件服務(wù)器等24個(gè)OA平臺(tái)應(yīng)用；OSS虛擬平臺(tái)承載了遠(yuǎn)程控制堡壘機(jī)、防火墻監(jiān)控服務(wù)器、防病毒服務(wù)器等15個(gè)平臺(tái)應(yīng)用；動(dòng)力監(jiān)控及綜合告警系統(tǒng)采集機(jī)虛擬化改造構(gòu)建了基于虛擬架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了57臺(tái)采集機(jī)整合。深圳本地IT虛擬平臺(tái)的4套平臺(tái)作為“云計(jì)算”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，已為深圳電信業(yè)務(wù)的云化發(fā)展、運(yùn)營(yíng)及技術(shù)支撐提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

4.2 改造成果

深圳電信本地IT虛擬平臺(tái)目前部署于14臺(tái)實(shí)體主機(jī)設(shè)備上，年消耗電量為3.2×104kW，僅占用機(jī)房2列機(jī)柜空間，其上共運(yùn)行了154臺(tái)虛擬機(jī)。本地IT虛擬平臺(tái)等效實(shí)體主機(jī)設(shè)備154臺(tái)，虛擬化改造前需占用機(jī)房20列機(jī)柜空間，年消耗電量需多達(dá)3.64×105kW。通過(guò)虛擬化改造，有效改善了深圳電信本地機(jī)房機(jī)柜位置緊缺的狀況，顯著提高了機(jī)房空間利用率，共節(jié)省18列機(jī)柜空間。此外，由于減少了大量的硬件、電力和散熱等需求，大幅降低能耗，每年本地IT網(wǎng)增值業(yè)務(wù)、OSS/MSS應(yīng)用、動(dòng)力監(jiān)控及綜合告警系統(tǒng)4套業(yè)務(wù)平臺(tái)運(yùn)行共節(jié)約電量3.32×105kW。

圖1 深圳電信本地IT虛擬平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

5 預(yù)計(jì)改造效果評(píng)估

基于IaaS架構(gòu)體系的OSS云平臺(tái)規(guī)劃改造后，降低了硬件成本、節(jié)省了機(jī)房空間、減少了電力成本、降低了制冷需求、降低了能耗、提高了IT資源利用率。參照深圳本地IT虛擬平臺(tái)已有的實(shí)踐案例，并根據(jù)對(duì)深圳電信OSS平臺(tái)可虛擬化的184臺(tái)服務(wù)器的各項(xiàng)資源評(píng)估：改造前年消耗電量約為4.35×105kW，占用機(jī)房約23列機(jī)柜位置，368 U的機(jī)架空間；預(yù)計(jì)通過(guò)規(guī)劃改造，以Dell R910為實(shí)體主機(jī)模型，部署于8臺(tái)實(shí)體主機(jī)設(shè)備上，年消耗電量為6.3×104kW，僅占用機(jī)房4列機(jī)柜位置，32 U的機(jī)架空間，具體信息對(duì)比見表5。

表5 OSS平臺(tái)云規(guī)劃改造前后消耗電量及機(jī)架空間信息對(duì)比

由表5可見，運(yùn)行于實(shí)體主機(jī)的OSS平臺(tái)的年消耗電量及機(jī)架空間資源均顯著降低，能夠大幅節(jié)約能耗，并直接改善深圳電信本地機(jī)房機(jī)柜位置緊缺的狀況。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于本地IT虛擬平臺(tái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)OSS平臺(tái)當(dāng)前狀況的分析和改造效果評(píng)估，基于IaaS架構(gòu)體系的OSS云平臺(tái)規(guī)劃將顯著提高IT資源和應(yīng)用效率。同時(shí)本文提出的規(guī)劃將為未來(lái)深圳電信IT平臺(tái)虛擬化改造、機(jī)房節(jié)省空間、能耗降低的評(píng)估提供有效的參考依據(jù)，且對(duì)解決本地IT機(jī)房資源緊缺狀況及UPS電源和空調(diào)不足等問(wèn)題具有建設(shè)性意義。

1 趙立威,方國(guó)偉.讓云觸手可及:微軟云計(jì)算實(shí)踐指南.北京:電子工業(yè)出版社,2010

2 許輝陽(yáng),李劼,羅霄翔.面向業(yè)務(wù)的云計(jì)算IaaS研究.移動(dòng)通信,2011(9):20～25

3 鄧孟城.基于云計(jì)算IaaS的IT基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)方案探討.科技風(fēng),2011(11):53～53

4 涂艷麗.云計(jì)算及在IT支撐系統(tǒng)中的應(yīng)用.中國(guó)通信學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上）,2009