高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搬遷與集成的規(guī)劃與實(shí)施

馬迅飛　張進(jìn)鐸　李碩　尹龍　向光陽　陳翔

摘 要： 高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在企業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，隨之而來的是機(jī)房內(nèi)設(shè)備的日益復(fù)雜化，系統(tǒng)搬遷與集成已成為IT領(lǐng)域中的一項(xiàng)任務(wù)。文章就計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搬遷與集成的目標(biāo)、原則、方案設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備工作，以及在具體任務(wù)實(shí)施過程中應(yīng)高度關(guān)注的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了總結(jié)與歸納，給出了高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搬遷與集成的成功實(shí)例。希望能為超級計(jì)算機(jī)或高性能計(jì)算中心以及類似數(shù)據(jù)中心的機(jī)房設(shè)計(jì)和建設(shè)，高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的搬遷和集成等提供借鑒。

關(guān)鍵詞： IT； 高性能計(jì)算機(jī)； 系統(tǒng)搬遷； 機(jī)房； 搬遷方案

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）08-35-05

Abstract： The application of high performance computer system in enterprise is more and more extensive， and the following is the increasing complexity of equipment in the computer room. The relocation and integration of the system has become a task in the IT field. In this paper， the objectives， principles， scheme design， preparation of the computer system relocation and integration， and the various aspects should be highly concerned about in the specific implementation process are summarized in detailed. And a successful example of high performance computer system relocation and integration is given； hope to provide reference for the design and construction of the computer room of the supercomputer or high performance computing center and the similar data center， and for the relocation and integration of high performance computer system.

Key words： IT； high performance computer； system relocation； computer room； relocation scheme

0 引言

隨著高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的更新?lián)Q代以及其自身規(guī)模的不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心的機(jī)房無論是從面積還是基礎(chǔ)配套設(shè)施等方面，都逐漸不能滿足用戶新的需求。另外，由于城市規(guī)劃與發(fā)展，導(dǎo)致需要新建、擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心機(jī)房，或者由于機(jī)房的租約到期，或者為滿足建設(shè)綠色機(jī)房等要求，需要對現(xiàn)有機(jī)房內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行搬遷與集成，而系統(tǒng)搬遷與集成任務(wù)正日益成為一項(xiàng)常規(guī)的IT業(yè)務(wù)內(nèi)容[1-2]。

東方地球物理公司研究院計(jì)算機(jī)技術(shù)服務(wù)中心，自二十世紀(jì)七十年代開始，就全方位致力于高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成、軟件開發(fā)與信息化建設(shè)等服務(wù)。多年來，中心在持續(xù)為研究院提供技術(shù)保障的同時(shí)，也造就出一支高素質(zhì)的IT專業(yè)化技術(shù)人才隊(duì)伍。

中心的IT技術(shù)人員對高性能計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，有著透徹的理解和廣泛應(yīng)用，在超級并行計(jì)算機(jī)、大型服務(wù)器、工作站，以及PC集群等系統(tǒng)的集成與維護(hù)方面，都具有獨(dú)特和豐富的寶貴經(jīng)驗(yàn)，并在石油系統(tǒng)的IT領(lǐng)域中享有一定的聲譽(yù)（圖1）。

1 搬遷的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

1.1 系統(tǒng)搬遷目標(biāo)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搬遷與集成過程，就是將原有機(jī)房內(nèi)設(shè)備搬遷至新建機(jī)房內(nèi)，并將系統(tǒng)原有的全部設(shè)備再重新集成起來的過程。這些系統(tǒng)設(shè)備包括不同種類的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及為系統(tǒng)提供保障的安防設(shè)備、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、UPS、精密空調(diào)及新風(fēng)設(shè)備等。系統(tǒng)搬遷的主要目標(biāo)有以下幾點(diǎn)。

⑴ 系統(tǒng)現(xiàn)狀梳理。對原機(jī)房內(nèi)的系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)整理，理清原機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備狀況、設(shè)備和應(yīng)用之間的對應(yīng)關(guān)系、設(shè)備連接關(guān)系、信息點(diǎn)狀況、信息系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用關(guān)聯(lián)關(guān)系、應(yīng)用服務(wù)要求等基礎(chǔ)信息，并編寫成原機(jī)房的詳細(xì)勘察報(bào)告，為搬遷方案的制定及后期系統(tǒng)維護(hù)提供重要的基礎(chǔ)信息。

⑵ 新機(jī)房合理規(guī)劃。在滿足現(xiàn)有搬遷設(shè)備運(yùn)行需求的基礎(chǔ)上，從長期業(yè)務(wù)發(fā)展的需求角度出發(fā)，有責(zé)任幫助系統(tǒng)擁有方對機(jī)柜、設(shè)備布局、網(wǎng)絡(luò)分區(qū)、應(yīng)用分類等進(jìn)行規(guī)劃與部署，以期達(dá)到建設(shè)成一個(gè)更易于管理、便于維護(hù)、綠色節(jié)能的新機(jī)房。

⑶ 系統(tǒng)平穩(wěn)搬遷。通過對硬件關(guān)聯(lián)、應(yīng)用關(guān)聯(lián)、業(yè)務(wù)影響及風(fēng)險(xiǎn)因素等進(jìn)行分析，制定出一套行之有效的整體搬遷方案，減少業(yè)務(wù)中斷次數(shù)與時(shí)間，最低限度地減少對業(yè)務(wù)的影響，同時(shí)還要規(guī)避搬遷風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

⑷ 資源有效投入。對業(yè)務(wù)需求所用硬件及應(yīng)用中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真分析，以降低搬遷風(fēng)險(xiǎn)并提高搬遷效率，合理投入備機(jī)、備件、備品，以期節(jié)約新投入的費(fèi)用。

⑸ 搬遷周期可控。充分分析主機(jī)、存儲、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)等各種關(guān)聯(lián)關(guān)系，按計(jì)劃、按步驟、分批次進(jìn)行搬遷，把搬遷時(shí)間控制在預(yù)訂的周期之內(nèi)[3-5]。

1.2 搬遷準(zhǔn)備工作

⑴ 搬遷前新機(jī)房要開展強(qiáng)電網(wǎng)絡(luò)、弱電網(wǎng)絡(luò)、供電系統(tǒng)工作狀態(tài)的測試工作。

⑵ 編制新機(jī)房服務(wù)器布局圖表。在搬遷之前，要提供新機(jī)房詳細(xì)的機(jī)柜位置布局圖、設(shè)備物理位置圖、線纜連接線圖。

⑶ 如果有異型機(jī)柜需要搬遷，則必須測量異型機(jī)柜尺寸，精確地預(yù)留好異型機(jī)柜所需空間。

⑷ 如果被搬遷的設(shè)備需要使用新機(jī)房內(nèi)的機(jī)柜，則要提前調(diào)研原設(shè)備的導(dǎo)軌或托盤，以確定其是否符合新機(jī)房機(jī)柜的要求，調(diào)研內(nèi)容包括導(dǎo)軌間距、孔徑、卡扣螺絲、托盤的寬度與深度，以及固定螺絲孔位置等信息。

⑸ 關(guān)鍵業(yè)務(wù)設(shè)備要進(jìn)行備機(jī)、備件準(zhǔn)備。

⑹ 對系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，包括中間件、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)等安裝程序，集中準(zhǔn)備、歸檔、打包以備急需。

⑺ 分析應(yīng)用系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系、邏輯依存關(guān)系、數(shù)據(jù)交換、共用硬件設(shè)備情況等，從而得出系統(tǒng)停機(jī)、開機(jī)順序，確保系統(tǒng)搬遷科學(xué)有序。

1.3 拓補(bǔ)圖與連接表

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備在原、新機(jī)房的安裝位置，制作原、新機(jī)房的機(jī)柜布局圖，以及機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的安裝位置圖，這些圖紙是機(jī)柜在新機(jī)房內(nèi)的擺放、設(shè)備下架、上架和再集成時(shí)的重要依據(jù)。

⑴ 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D及其端口連接表。原機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口連接表，用于記錄原機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)連接，便于了解原設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的端口連接情況；新機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口連接表，同時(shí)記錄了新機(jī)房網(wǎng)絡(luò)連接的變動情況，既為再集成時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)連接依據(jù)，也為網(wǎng)絡(luò)的快速連接提供技術(shù)指導(dǎo)。

⑵ KVM拓?fù)鋱D及其端口連接表。原機(jī)房的KVM拓?fù)鋱D及端口連接表，用于記錄原機(jī)房的KVM連接，便于了解原設(shè)備和KVM交換機(jī)的端口連接情況；新機(jī)房的KVM拓?fù)鋱D及端口連接表，同時(shí)記錄了新機(jī)房KVM連接的變動情況。

⑶ 存儲拓?fù)鋱D及其端口連接表。原機(jī)房的存儲拓?fù)鋱D及存儲設(shè)備端口連接表，用于記錄原機(jī)房的存儲連接，便于了解原設(shè)備和存儲交換機(jī)或服務(wù)器的端口連接情況；新機(jī)房的存儲拓?fù)鋱D及存儲設(shè)備端口連接表，同時(shí)記錄了新機(jī)房存儲連接的變動情況。

根據(jù)系統(tǒng)在新機(jī)房內(nèi)的機(jī)柜、設(shè)備的命名規(guī)則，對所有搬遷的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一命名，并對每臺設(shè)備及其連接的線纜進(jìn)行標(biāo)記，其目的是用于在設(shè)備搬遷之后能快速連接，避免由于線纜連接錯(cuò)誤而導(dǎo)致服務(wù)、數(shù)據(jù)不能正常訪問（圖2）。

1.4 系統(tǒng)操作與場地檢查

⑴ 系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份操作。系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行后關(guān)機(jī)或在搬遷過程中，可能會由于磁盤損壞或文件系統(tǒng)破壞而造成數(shù)據(jù)丟失，而交換機(jī)的配置丟失可造成網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤。因此，在系統(tǒng)搬遷之前，必須由系統(tǒng)管理人員認(rèn)真完成最后一次系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份，以確保搬遷前后數(shù)據(jù)的完整性和正確性，確保在搬遷過程中一旦設(shè)備出現(xiàn)故障能快速恢復(fù)。如果條件允許，一定要對重要的操作系統(tǒng)進(jìn)行磁帶或磁盤備份。

⑵ 系統(tǒng)重啟操作。系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行之后，即使是正常關(guān)機(jī)再啟動，也有可能造成主板、CPU、內(nèi)存、磁盤、擴(kuò)展卡、電源等硬件的損壞。因此，搬遷前的系統(tǒng)重啟操作是必要的，以進(jìn)一步確定搬遷前的系統(tǒng)硬件狀態(tài)。

⑶ 系統(tǒng)軟硬件狀態(tài)檢查。系統(tǒng)運(yùn)行中的軟硬件狀態(tài)檢查，其目的是為了在搬遷之后，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障能方便分清責(zé)任。系統(tǒng)檢查的內(nèi)容主要包括：查看設(shè)備外觀是否有破損；設(shè)備故障報(bào)警燈是否有報(bào)警情況；查看系統(tǒng)運(yùn)行、CPU、內(nèi)存、磁盤使用情況；以及系統(tǒng)日志分析等。

⑷ 重要場地環(huán)境設(shè)施檢查。在搬遷設(shè)備之前，需要檢查新機(jī)房內(nèi)的必要設(shè)備和設(shè)施，看是否符合要求且可用，檢查的內(nèi)容包括場地環(huán)境設(shè)施如裝修、UPS、配電、空調(diào)、溫濕度、潔凈度；設(shè)備配套設(shè)施如新購機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)、綜合布線系統(tǒng)；安保消防設(shè)施包括安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、接地與防雷系統(tǒng)等。

2 搬遷與集成的實(shí)施過程

2.1 系統(tǒng)關(guān)機(jī)斷電

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)正常，并已具備關(guān)機(jī)條件時(shí)，由相關(guān)負(fù)責(zé)人下達(dá)關(guān)機(jī)指令。系統(tǒng)的關(guān)機(jī)斷電操作必須按照操作規(guī)程按順序執(zhí)行，在每一步操作正確完成之后，才能對系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)機(jī)斷電操作。

在系統(tǒng)關(guān)機(jī)并切斷電源之后，需等到設(shè)備內(nèi)部原件充分放電（尤其是UPS系統(tǒng)）之后才可以拆遷，以避免觸電風(fēng)險(xiǎn)，減少搬遷過程中對原器件的損壞。

2.2 設(shè)備下架過程

在設(shè)備下架之前，要再次確認(rèn)設(shè)備的連線是否被全部拔除。在設(shè)備搬遷過程中，要防止靜電給設(shè)備帶來的致命傷害，尤其可能對主板芯片造成永久性損壞。防止靜電危害發(fā)生的主要措施有以下。

⑴ 搬遷設(shè)備要遠(yuǎn)離能夠產(chǎn)生靜電的手機(jī)、對講機(jī)等。

⑵ 機(jī)柜接地良好。

⑶ 搬遷人員佩戴防靜電手套、穿防靜電服裝。

⑷ 設(shè)備在打包裝箱之前，先用防靜電薄膜和氣泡膜進(jìn)行包裹或包裝。

⑸ 如果有接觸設(shè)備內(nèi)部部件的操作，須佩戴防靜電護(hù)腕；在接觸部件之前，先用手觸摸金屬機(jī)箱外殼。

⑹ 對沒有接地的設(shè)備，先用導(dǎo)線對其進(jìn)行放電操作。

⑺ 在設(shè)備運(yùn)輸過程中，要盡量避免設(shè)備之間、設(shè)備與運(yùn)輸工具之間的摩擦。

機(jī)柜里的設(shè)備按從下到上的順序拆卸，防止在拆卸上面的設(shè)備時(shí)，由于向下滑動而造成與下面的設(shè)備發(fā)生碰撞。

在設(shè)備下架時(shí)，所有設(shè)備都要輕拿輕放，以免造成不必要的損壞；應(yīng)將下架后的設(shè)備放在指定區(qū)域內(nèi)，然后，再搬運(yùn)到指定地點(diǎn)，并對設(shè)備進(jìn)行除塵處理。

2.3 系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)輸

系統(tǒng)設(shè)備裝車完之后，在從原機(jī)房到新機(jī)房的運(yùn)輸過程中，要嚴(yán)格按照提前踏勘的行車線路行進(jìn)，并由技術(shù)人員隨車對整個(gè)運(yùn)輸過程進(jìn)行監(jiān)督。如果是在高速公路上行駛，車速應(yīng)控制在最低速度要求；在其他路段上行駛時(shí)，車速應(yīng)控制在每小時(shí)30公里以內(nèi)。

2.4 系統(tǒng)重新集成

所謂計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成就是指以計(jì)算機(jī)為應(yīng)用基礎(chǔ)，把各個(gè)復(fù)雜、分散部分的設(shè)備、結(jié)構(gòu)、功能、信息等，經(jīng)過處理將其整合形成一個(gè)整體、一個(gè)系統(tǒng)，并能夠高效運(yùn)作。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成又分為設(shè)備系統(tǒng)集成和應(yīng)用系統(tǒng)集成兩部分[6-7]。

⑴ 系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場清點(diǎn)與檢查。在系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)抵新機(jī)房裝卸區(qū)之后，要對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場卸貨、清點(diǎn)、搬運(yùn)工作，其技術(shù)要求與設(shè)備在原機(jī)房的裝車、清點(diǎn)、搬運(yùn)相同。在設(shè)備拆包之前，要對其外包裝和外觀進(jìn)行現(xiàn)場檢查，如果發(fā)現(xiàn)有破損或磕碰情況，需要立即照相，并在裝箱清單上標(biāo)注清楚。

⑵ 防靜電與設(shè)備上架。在設(shè)備上架時(shí)，也需要嚴(yán)防靜電對設(shè)備的損害。嚴(yán)格按照標(biāo)定的設(shè)備位置進(jìn)行上架，由具有多年施工經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場對上架操作進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。設(shè)備上架按從上到下的順序進(jìn)行，以防止在安裝上面的設(shè)備時(shí)，由于向下滑動而造成設(shè)備碰撞。在所有設(shè)備上架完成之后，要再次確認(rèn)安裝位置是否與所標(biāo)定的設(shè)備位置一致。

⑶ 確保各種拓?fù)鋱D與端口連接表的對應(yīng)關(guān)系正確。在設(shè)備上架完成之后，嚴(yán)格按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、KVM拓?fù)鋱D、存儲拓?fù)鋱D，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口連接表、KVM設(shè)備端口連接表、存儲設(shè)備端口連接表等對應(yīng)關(guān)系，對各種線纜進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的連接，以保證系統(tǒng)各設(shè)備連接的正確性。

⑷ 設(shè)備加電測試操作。設(shè)備加電測試分為兩種情況：一種是在設(shè)備測試間進(jìn)行，另一種是設(shè)備在機(jī)房上架就位后進(jìn)行。在設(shè)備測試間完成的測試工作，主要是在加電后對單個(gè)設(shè)備的硬件狀態(tài)進(jìn)行測試，以便查看在搬運(yùn)過程中是否有設(shè)備部件損壞。而設(shè)備在機(jī)房上架就位后完成的測試工作，主要是對高端磁盤存儲、磁帶庫等不易單獨(dú)加電測試，或不要求單獨(dú)在測試間加電的設(shè)備進(jìn)行測試操作。

⑸ 系統(tǒng)應(yīng)用測試操作。在所有設(shè)備上架、線纜連接、設(shè)備加電測試完成，且已滿足系統(tǒng)運(yùn)行條件之后，即進(jìn)入最后的系統(tǒng)應(yīng)用測試，在此期間，要安排相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場值守，以保障業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。

3 成功案例分析

北京某單位高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被部署在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，其系統(tǒng)總共涉及到86個(gè)機(jī)柜（其中異形機(jī)柜70個(gè)）內(nèi)的不同設(shè)備。主要設(shè)備包括EMC Symmetrix DMX存儲設(shè)備、HP Superdome小型機(jī)，以及服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備。其中最核心的設(shè)備就是4套22臺EMC Symmetrix DMX存儲設(shè)備，用于存放重要的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

搬遷前的主要準(zhǔn)備工作包括核對設(shè)備信息、貼標(biāo)簽和地面保護(hù)。按照設(shè)備信息、機(jī)房安裝位置、新數(shù)據(jù)中心安裝位置貼標(biāo)簽，并對搬運(yùn)路線上的地面、電梯進(jìn)行保護(hù)，以防止在搬運(yùn)過程中發(fā)生不可預(yù)知的事故。

按照新數(shù)據(jù)中心對接收設(shè)備的要求，對所有進(jìn)入新數(shù)據(jù)中心的設(shè)備進(jìn)行除塵處理，以滿足A級機(jī)房環(huán)境對設(shè)備的進(jìn)入要求。利用防靜電薄膜和氣泡膜對整機(jī)柜的設(shè)備進(jìn)行包裹，這是由于冬季的北京氣候干燥，防靜電薄膜能夠有效防止靜電對設(shè)備的損害，而氣泡膜能夠有效緩沖對設(shè)備產(chǎn)生的震動。

在系統(tǒng)安全到達(dá)新數(shù)據(jù)中心之后，首先對所有設(shè)備進(jìn)行清點(diǎn)，對照規(guī)劃中的安裝位置圖進(jìn)行上架安裝。然后，對服務(wù)器、交換機(jī)等重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行加電測試，所有設(shè)備均能啟動并正常運(yùn)行，設(shè)備的所有功能全部達(dá)到了搬遷前的水平。

4 結(jié)束語

高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)搬遷與集成是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，特別是針對及時(shí)性要求很苛刻的系統(tǒng)，這就要求參與系統(tǒng)搬遷與集成工作的IT技術(shù)人員既要有精湛的專業(yè)知識，又要有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，更要有高度的職業(yè)責(zé)任心，因?yàn)樗徇w與集成的高性能計(jì)算機(jī)既精密又昂貴，一旦在執(zhí)行搬遷與集成任務(wù)過程中出現(xiàn)問題，其產(chǎn)生的后果和由此導(dǎo)致的影響將難以想象。

在系統(tǒng)開始搬遷之前，一定要制定一個(gè)完善的搬遷方案。應(yīng)盡可能考慮到各種因素存在的可能性，要有針對解決出現(xiàn)各種問題的預(yù)案，多去現(xiàn)場實(shí)地了解與系統(tǒng)搬遷相關(guān)的情況。

在系統(tǒng)開始搬遷之后，要確保按已制定好的搬遷方案完成各項(xiàng)任務(wù)。在遇到問題時(shí)要冷靜處理，如果不能及時(shí)解決問題，則應(yīng)果斷按應(yīng)急預(yù)案處置。注重搬遷過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，要特別注意設(shè)備清點(diǎn)與登記、系統(tǒng)關(guān)閉、測試和開機(jī)等各個(gè)關(guān)鍵過程，將系統(tǒng)出現(xiàn)問題的可能性減少到最低程度[8-9]。

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