云計算優(yōu)化存儲系統(tǒng)的問題探討——從基于云計算的青島電子政務平臺談起

周 蕾

(泰州機電高等職業(yè)技術學校，江蘇 泰州 225300)

中國電子政務最領先的城市之一青島利用EMC VMAX 10K整合原有分散的存儲系統(tǒng)作為核心存儲層，建成了中國第一個基于云計算的電子政務平臺。同時，青島還采用EMC VPLEX Metro，建成了中國第一個超過120公里的雙活容災數據中心。采用云計算轉型IT架構，青島極大地提高了電子政務的服務能力。電子政務無疑是打開青島智慧城市之門的一把鑰匙。比如，針對企業(yè)數字證書，現在青島市電子政務和信息資源管理辦公室已經組織了19個部門225項政府部門的服務，企業(yè)可以在網上實名制享受服務。青島市建成了全市統(tǒng)一的網上審批平臺，目前市、區(qū)市兩級合計近4000項審批服務事項全部納入網上流轉辦理，強化了跨部門協(xié)作，規(guī)范了審批流程，提高了服務效率。以前，一個項目的審批過程大概需要300多個工作日，而現在，通過網上多部門聯(lián)合審批，審批過程已經縮短了一半。通過集約化模式的建設和應用發(fā)展，青島市電子政務取得了低投入建設、大規(guī)模應用，低成本運行、高水平服務的效果。青島模式多年來為青島市電子政務建設的投資節(jié)省了不少成本，每年僅在核心技術系統(tǒng)的運行維護費一項上，就能節(jié)省3000多萬元。然而，在云計算中，整合存儲系統(tǒng)的問題是人們面臨急需解決的問題，而處理好這個問題將也會給使用單位帶來許多便利。一是提高效率。若在VMAX 10K支持的虛擬化環(huán)境下，資源配置時間從原來的2小時縮短到20分鐘。二是提高業(yè)務連續(xù)性，雙活數據中心處理性能，讓應用的業(yè)務連續(xù)性大幅提升。三是可用性提高，極大地提高了云信息基礎架構的可用性和可靠性。四是集中數據保護。比如，VMAX 10K和VPLEX在青島政務云中可以進行集中的數據備份和保護。五是節(jié)省成本。通過云計算架構實現了IT資源集中管理，提高了資源利用率，極大地降低了管理和運維成本。

1．云計算促使虛擬化存儲優(yōu)化改革

虛擬化存儲是云計算首要解決的問題?，F在，隨著云計算的廣泛運用，數據中心增長速度呈現數倍增長速度，然而，存儲性能增長速度相比于計算能力的增長，顯然要慢得多。對于虛擬化而言，I/O瓶頸和緩慢的存儲性能成為頭號難題。虛擬化可以讓人們在單個物理硬盤上進行頻繁的操作，但這會產生大量的I/O流，所以會加大了磁盤的工作工作負載，并且緩存越來越難對性能進行提升，只是虛擬化能夠讓人們完成比實際計算能力更多的工作。而服務器虛擬化環(huán)境下對存儲系統(tǒng)所帶來的挑戰(zhàn)也是前所未見，首當其沖可能就是服務器虛擬化后眾多虛機并用引起的存儲性能下降及I/O瓶頸、更復雜的數據備份和災難恢復、難以管理的共享存儲、物理和虛擬環(huán)境下的存儲性能難以有效提升以及如何為虛擬服務器選擇正確的網絡存儲等問題。服務器虛擬化后，各個應用程序都在各自的虛擬機上運行，相比于采用虛擬化之前，將產生更多的潛在存儲I/O。相比于運算性能，存儲性能的增長明顯要慢得多，隨著業(yè)務的種類的增多，獨立運行在虛機上的應用程序將產生大量的隨機I/O，這無疑會加大存儲系統(tǒng)的工作負載?，F實環(huán)境中傳統(tǒng)存儲越來越難于滿足業(yè)務對性能的增長需求，而且主機端的緩存也越來越難于對性能進行提升。不僅如此，傳統(tǒng)的存儲基礎設施很難適應物理和虛擬混合環(huán)境，傳統(tǒng)的備份方式也很難靈活地對虛擬環(huán)境下的基礎設施進行保護，備份性能將大幅下降。早在幾年前，企業(yè)數據以結構化為主，但隨著移動辦公設備(BYOD)普及，復雜的客戶信息、電商交易記錄、視頻監(jiān)控終端等產生的非結構化數據成為主體，數據每時每刻都在爆炸式產生和增長，基于云計算的電子化平臺的存貯系統(tǒng)正在發(fā)生著翻天覆地的變化，因此，云計算企業(yè)在數據催化下在尋求著一種新的出路，IT行業(yè)也在悄然發(fā)生著變化。利用大數據和快數據，讓客戶能夠構建一系列全新應用程序，并運用云獨立性做到可信IT。

2．客戶挑戰(zhàn)和解決方案

然而，在云計算的實際應用實踐中，對于許多單位來說，實現云計算并非就會一步到位。對于客戶來說，往往會因為單位的特殊情況，在某一方面存在諸多需要克服和解決的問題。青島電子政務建設就是經歷了這樣一個艱難的發(fā)展改革過程。青島電子政務建設是中國最領先的城市之一。早在2006年起，青島市電子政務工程就獲得了中國《計算機世界》集團IT財富年會和CIO年會頒發(fā)“中國信息化建設項目成就獎”，是14個獲獎項目中唯一的地方政府電子政務項目。在中國軟件評測中心、人民網、新浪網和百度聯(lián)合組織的五次中國政府網站績效評估中，青島政務網兩年獲得第一，兩年獲得第二，一年獲得第五。十幾年來，青島市一直實行高度集中統(tǒng)一的管理體制和集約化發(fā)展模式，走出了一條與“云”理念不謀而合的電子政務發(fā)展道路。電子政務共享平臺承載著全市機關的網上辦公、審批、執(zhí)法、公共服務等十幾種共性信息化應用系統(tǒng)和200多項部門專業(yè)信息化應用系統(tǒng)，創(chuàng)造了令全國同行矚目的“青島模式”。但是，系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大也帶來了新的挑戰(zhàn):計算、存儲等資源按物理設備分配，利用率低，靈活性差，擴容困難。特別是落后的災備系統(tǒng)使全市機關的業(yè)務運行面臨巨大風險。

為了解決這些問題，青島市決心建設云計算與容災一體化平臺。選擇了EMCVMAX 10K建設集中的分級存儲資源池，支撐所有應用;并選擇EMC VPLEX在100多公里的距離建立容災雙活數據中心，利用虛擬化實現了資源整合與利用。青島市云計算與容災一體化平臺于2012年9月建成，目前已經遷入并支撐運行電子政務項目80余個。平臺采用“兩地三中心”的模式實現:通過網絡虛擬化、服務器虛擬化和存儲虛擬化，構建了全國首例城際間直線距離達120公里的容災雙活云計算中心，實現對兩地數據中心的資源統(tǒng)一調度、應用自動漂移和系統(tǒng)異地災備。青島市云計算與容災一體化最大的特點是集容災與雙活為一體。其利用EMC VPLEX的metro技術，在青島、萊西兩地構建了兩個數據中心，可以實現同步提供應用服務，確保了業(yè)務的不間斷性，又有效的利用了資源。存儲層采用了EMC VMAX 10K構建集中的分級存儲系統(tǒng)，可以集中管理、動態(tài)分配存儲資源，提高了利用率，大大地簡化了存儲資源的管理。把所有應用的數據都同時存儲在兩個數據中心的VMAX 10K上，也有利于進行集中的數據備份和保護。采用云平臺，把所有的政務業(yè)務、數據全部都集中在一個大的存儲池中進行統(tǒng)一的數據保存、保護、管理。實現了工作程序簡化、數據安全高效管理。同時，雙活數據中心的的數據是同步的，當一個數據中心發(fā)生故障時，另一個數據中心可以自動替換接管，保障對市民服務不停頓、無宕機。實踐證明，將應用從一個數據中心停機時，在1分鐘內，應用在另一個數據中心自動重啟，不需要人工干預。如果按照傳統(tǒng)的災備數據中心模式，需要經過存儲切換、服務識別存儲、應用重啟幾個環(huán)節(jié)，至少需要1小時。業(yè)務連續(xù)服務能力大幅提升。

云計算與容災一體化平臺的建設為青島市市機關提供了更加靈活、更高性能、更高可靠性和更加豐富的IT服務，進一步提高了青島是電子政務的集約化水平和統(tǒng)籌整合能力，為建設網絡環(huán)境下的一體化服務型政府做出更大貢獻。然而，對于我國基于云計算的政務電子平臺并非都是如此。由于我國早期的電子政務系統(tǒng)建設很多應用是從中央部門到地方部門垂直管理和建設，在地方政府的層面形成了眾多分散、獨立的系統(tǒng)，不利于軟硬件資源和信息資源的共享。只是青島市政府創(chuàng)造了一個很好的范例，利用云計算平臺整合多個部門的軟硬件資源和應用系統(tǒng)，實現了資源的動態(tài)分配，提高了基礎架構的連續(xù)服務能力，降低了管理和運維成本。這種青島政務云的建設模式，理所當然成為我國更多地方政府的電子政務建設起到借鑒作用。

3．整合存儲系統(tǒng)需要處理好相關配套工程

其實，整合存儲系統(tǒng)也必須處理好云計算、大數據等問題，做好信息基礎架構、軟件定義數據中心和大數據等，只有這樣，使用客戶才會應對行業(yè)轉型。幾年前，企業(yè)數據以結構化為主，但隨著移動辦公設備(BYOD)普及，復雜的客戶信息、電商交易記錄、視頻監(jiān)控終端等產生的非結構化數據成為主體，數據每時每刻都在爆炸式產生和增長，同時企業(yè)在數據催化下在尋求改革，IT行業(yè)也在第一代、第二代、第三代等持續(xù)不斷的悄然發(fā)生著變化。尤其是云計算帶來大數據，迫切需要整合存儲系統(tǒng)?，F在，人們已經進入大數據時代，海量數據每時每刻都在爆發(fā)與增長，企業(yè)面臨挑戰(zhàn)和機遇，這就要求企業(yè)從IT實踐和信息基礎架構兩方面的變革。所有企業(yè)都在力求監(jiān)控、分析、存儲、保全日益增長的數據，確保相關的數據實時可用，對市場、客戶和競爭對手了如指掌。目前，隨著移動計算和大數據發(fā)展，傳統(tǒng)數據中心的數據存儲和計算方式已經改變。而就客戶角度上來說，低成本、高靈活、易管理成為企業(yè)首選平臺。在實現云計算過程中，第一企業(yè)將在私有云上進行自我建設，第二將通過公有云利用外界共有的云平臺，第三企業(yè)如何將擁有云和私有云合在一起充分利用。其次就是大數據的改變，非結構化數據將成為企業(yè)大部分商業(yè)決策的依據，未來如何分析數據，怎樣從中挖掘商機。第三方面則是自動化的改變，企業(yè)如何將優(yōu)化平臺混合在一起，怎樣虛擬化，如何將數據中心自動化。由此實現云計算，完善大數據領域與整合存儲系統(tǒng)的生態(tài)鏈。

現在，云計算不再是一臺單純的存儲產品，而是一種性能能夠隨存儲容量增長而線性增長、對數據進行自動化管理、簡化人工管理、能夠整合物理與虛擬環(huán)境以及能夠無縫擴展的存儲架構。而在單位使用過程中，通常有很多不同的工作負載存儲在存儲系統(tǒng)中，對于管理員而言，存儲卷、每卷支持的工作負載、對每卷的要求以及什么占用容量之間并不存在明確的關聯(lián)性。與備份和恢復困境相似，很多管理者很難將其存儲基礎設施適應于傳統(tǒng)和虛擬混合環(huán)境。如果選擇正確的話，網絡存儲可以帶來很多好處，你可以獲得更好的性能，更簡化的流程。IT管理者首要任務不是虛擬環(huán)境的全天候中的可用性，而是更快的恢復時間，如果系統(tǒng)崩潰的話，管理者在不造成巨大性能損失的情況下，虛擬化存儲密集型服務器需要一定水平的存儲性能，而在數千兆位速率的網絡中這種存儲技術很難得到實現。

4．對存儲虛擬化的建議

管理者一般對服務器有著極大關注，但是成功的虛擬化部署有賴于存儲。存儲可以保護虛擬機的狀態(tài)、保留快照和幫助用戶訪問、共享應用程序中的數據。由于這些特性、可用性和性能因素，對于存儲基礎設施要求很高。所以，管理員對數據中心存儲虛擬化必須考慮到如下幾點:

4．1 優(yōu)化存儲性能

在存儲性能方面，管理者可以從多個不同的存儲平臺中進行選擇，比如光纖通道、網絡附加存儲和以太網光纖通道等平臺都可以適用于虛擬環(huán)境下提供完全不同的可擴展性、性能表現、可用性和容量特性。存儲性能作為首要考慮因素，因為位于同一個主機上的多個虛擬機對于存儲帶寬有很高的需求。如果一個虛擬服務器上運行了10個虛擬機，就需要從存儲中加載所有這些虛擬機、周期性的以快照的形式保存每個虛擬機當前的狀態(tài)并且為用戶提供虛擬機數據。存儲性能必須能夠滿足這些不斷增加的需求，選擇一個可以滿足公司需求的平臺最為緊要。比如iSCSI存儲區(qū)域網絡(SAN)，可以滿足小型和中型公司的需求，但是大型公司就需要光纖通道SAN。

4．2 備份及災難計劃集成

存儲系統(tǒng)需要進行備份并且通過災難恢復(DR)計劃中的一些方式進行保護。任何新添加的存儲都必須和現有的備份及DR軟件完全兼容。如果不能完全兼容，新添加的存儲可能需要被強制進行，可能導致錯誤。

4．3 確保冗余存儲訪問

在虛擬化環(huán)境中，存儲系統(tǒng)、SAN(或者其他網絡)交換機和虛擬服務器的冗余存儲鏈路必須保持可用。這就需要在每個服務器和存儲系統(tǒng)上都安裝冗余存儲控制器，并且擁有一個通過周密設計的SAN架構。但是不論使用哪種存儲架構，定期驗證存儲可用性也應該作為災難恢復測試的一部分。

4．4 節(jié)能存儲

運行大容量和高性能的存儲系統(tǒng)需要大量的能源消耗，對于系統(tǒng)的擁有者來說，可以考慮更加節(jié)能的存儲系統(tǒng)，其可以提供更高的每秒輸入/輸出操作、每瓦特能量可以為活動數據提供更高的帶寬。節(jié)能存儲同樣可以用每瓦特為非活動(比如歸檔的)數據提供更多的容量。在節(jié)能存儲上進行歸檔通常通過控制器設計和磁盤的容量及性能權衡來實現。

4．5 支持高級存儲特性

一些虛擬化平臺可以使用一些高級存儲特性，比如精簡配合和重復數據刪除技術。一般情況下，支持這些特性的存儲系統(tǒng)可以被虛擬化平臺更加高效地使用，其相互支持通?？梢院喕鎯υO置和管理需求。類似虛擬化平臺中的新存儲系統(tǒng)能支持遷移特性也十分重要。比如，將虛擬機從光纖通道遷移到iSCSI，再到一個網絡文件系統(tǒng)。這可能會限制公司對于存儲系統(tǒng)的潛在選擇。但是其他的虛擬化平臺，比如VMware vSphere 4，可以在三種存儲協(xié)議之間進行虛擬機的任意移動，這樣可以讓你不再擔心底層存儲系統(tǒng)。

總之，整合存儲虛擬化可以實現多種功能整合，可以應用在多個場景之下。需要對現有生產環(huán)境的存儲網絡架構進行調整，同時增加新的設備，結合現有生產環(huán)境，對存儲虛擬化產品評估，并進行全面的功能和性能測試，量力而行。

[1]封滿樓．青島政務云開啟節(jié)約高效政府新途[N]．青島財經日報，2013－11－27(A15)．

[2]非結構化數據時代，EMC引領行業(yè)IT變革[EB/OL]．http://www．enet．com．cn /article/2013 /0608 /A20130608289608．shtml，2013－06－09．

[3]實施存儲虛擬化時需要注意的十大問題[DB/OL]．http://www．docin．com/p－503173497．htm l，2012－10－20．