IT基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬化技術(shù)與云計(jì)算研究應(yīng)用

顧繼安，萬(wàn)曉鋒，陳玉梅，陳 瑋

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司 信息技術(shù)研究所，上海 200129）

管理現(xiàn)代化

IT基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬化技術(shù)與云計(jì)算研究應(yīng)用

顧繼安，萬(wàn)曉鋒，陳玉梅，陳 瑋

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司 信息技術(shù)研究所，上海 200129）

作為前沿技術(shù)，云計(jì)算憑借高效、靈活、簡(jiǎn)便管理、可移動(dòng)操作和綠色安全等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)研究虛擬化技術(shù)與云計(jì)算的關(guān)系，分析技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，針對(duì)私有云的建設(shè)熱點(diǎn)，著重剖析云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云存儲(chǔ)。結(jié)合船企IT基礎(chǔ)架構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，提出相應(yīng)的船企私有云變革的策略和建議。

虛擬化；云計(jì)算；私有云；虛擬化資源池；服務(wù)

0　引言

目前，很多船企總部與分部及分支機(jī)構(gòu)異地協(xié)同設(shè)計(jì)、制造與管理已成為新常態(tài)。船企信息系統(tǒng)主要由CAD、 PDM、ERP等核心應(yīng)用組成，作為船企的核心業(yè)務(wù)應(yīng)具備 7×24h 持續(xù)服務(wù)的能力，而且必須保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全。因此，隨著新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷地推廣應(yīng)用，企業(yè)信息安全、終端電腦維護(hù)和管理、軟件更新變得越來(lái)越頻繁，往往遇到各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的計(jì)算、存儲(chǔ)均無(wú)法復(fù)用，造成資源無(wú)法整合，管理復(fù)雜等。船企的IT人員大都集中在總部，現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用維護(hù)讓他們疲于奔命，在降低IT資本支出和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用方面船企面臨巨大壓力。這就促使他們要對(duì)其 IT基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行虛擬化，以提高利用率和可擴(kuò)展性，并尋求通過(guò)云計(jì)算提高運(yùn)營(yíng)效率和靈活性。鑒于此，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始實(shí)施包括服務(wù)器和存儲(chǔ)的虛擬化，桌面云已開(kāi)始實(shí)際應(yīng)用，云計(jì)算正在迅速變成一種現(xiàn)實(shí)，許多具有前瞻性的企業(yè)都迅速將云計(jì)算功能運(yùn)用到現(xiàn)有的 IT基礎(chǔ)架構(gòu)中，將包括分支機(jī)構(gòu)在內(nèi)的所有用戶桌面都集中到總部數(shù)據(jù)中心，將其核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合到虛擬化平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)包括分支機(jī)構(gòu)在內(nèi)的數(shù)據(jù)集中化和安全管理。私有云架構(gòu)將為船企的管理運(yùn)營(yíng)提供更大的靈活性和可操作性，并確保服務(wù)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)移動(dòng)性和集成數(shù)據(jù)保護(hù)，以減少投資及維護(hù)成本。將IT作為一種服務(wù)提供，已經(jīng)成為船企信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1　虛擬化技術(shù)與云計(jì)算平臺(tái)

1.1 虛擬化定義

虛擬化是一個(gè)過(guò)程，它打破了軟、硬件之間的硬性連接。操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序在虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)虛擬化之后，便不再因位于某個(gè)單臺(tái)物理計(jì)算機(jī)中而受到種種束縛。物理元素（如交換機(jī)和存儲(chǔ)器）的虛擬等效物在可跨越整個(gè)企業(yè)的虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)內(nèi)運(yùn)行［1］。虛擬化的核心是“虛擬機(jī)”（VM），它是一個(gè)嚴(yán)密隔離的軟件容器，其中包含了操作系統(tǒng)和應(yīng)用，每個(gè)功能完備的虛擬機(jī)都與其他虛擬機(jī)隔離。虛擬化可使多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行在同一臺(tái)物理服務(wù)器（即“主機(jī)”）上，每個(gè)虛擬機(jī)均代表一個(gè)可以運(yùn)行 Windows、Linux、Solaris 和 NetWare 操作系統(tǒng)和軟件應(yīng)用的完整系統(tǒng)；虛擬化軟件將虛擬機(jī)與主機(jī)分離開(kāi)來(lái)，并根據(jù)需要為每個(gè)虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)分配計(jì)算資源。虛擬化能夠應(yīng)對(duì)企業(yè)的IT基礎(chǔ)架構(gòu)無(wú)限擴(kuò)張。

1.2 虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)

除了虛擬化單臺(tái)物理計(jì)算機(jī)之外，還可以使用虛擬技術(shù)跨越多種物理設(shè)備構(gòu)建整個(gè)IT虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)，其規(guī)?？砂〝?shù)千臺(tái)互聯(lián)的物理計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備。通過(guò)虛擬化，可以動(dòng)態(tài)移動(dòng)資源和計(jì)算處理能力、分配硬件資源，無(wú)需向每個(gè)應(yīng)用程序永久固化分配服務(wù)器、存儲(chǔ)容量或網(wǎng)絡(luò)帶寬。虛擬化使應(yīng)用程序和信息從基礎(chǔ)硬件基礎(chǔ)架構(gòu)的復(fù)雜性中解脫出來(lái)。通過(guò)虛擬化進(jìn)行服務(wù)器、存儲(chǔ)整合，且可更充分利用現(xiàn)有的資源，將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為可擴(kuò)展的聚合計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)。虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)在提供服務(wù)方式方面產(chǎn)生了更大的靈活性，虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)還可以成為云計(jì)算的基礎(chǔ)。

1.3 云計(jì)算

云計(jì)算是一種構(gòu)建于虛擬化高效資源池技術(shù)上的計(jì)算方法，用于創(chuàng)建按需、彈性、實(shí)現(xiàn)自我管理，且可作為服務(wù)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配的虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)，它是云計(jì)算的基礎(chǔ)。云計(jì)算依賴于可擴(kuò)展的彈性模型提供IT 服務(wù)，而該模型的正常工作依賴于虛擬化。

從云計(jì)算試圖解決的問(wèn)題角度來(lái)理解云計(jì)算會(huì)更有效，站在使用者的角度，云計(jì)算是按需求交付云計(jì)算服務(wù)的能力：IT即時(shí)服務(wù)。云計(jì)算只是將 IT作為服務(wù)的一種業(yè)務(wù)模式。

在自動(dòng)化自助服務(wù)環(huán)境中，虛擬化資源能夠轉(zhuǎn)換為可方便請(qǐng)求并快速提供的服務(wù)。自助服務(wù)是云計(jì)算的重要元素，通過(guò)利用自動(dòng)化和業(yè)務(wù)流程化的云管理解決方案，可提高虛擬化環(huán)境的生產(chǎn)率水平和業(yè)務(wù)靈活性。用戶可根據(jù)需要，從安全的虛擬化資源池中為各種應(yīng)用請(qǐng)求和接收具有相應(yīng)服務(wù)質(zhì)量的計(jì)算和存儲(chǔ)資源。

1.4 云基礎(chǔ)架構(gòu)

傳統(tǒng)的 IT環(huán)境以應(yīng)用系統(tǒng)為主，且各個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立。傳統(tǒng)的服務(wù)器調(diào)配方式是為每個(gè)工作負(fù)載配備一臺(tái)機(jī)器，造成服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備部署數(shù)量過(guò)多，物理位置分散。采用傳統(tǒng)方式容易造成信息孤島，數(shù)據(jù)無(wú)法共享。

轉(zhuǎn)向云意味著轉(zhuǎn)向由涵蓋整個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域（存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和應(yīng)用程序）的池化 IT 資源組成的共享基礎(chǔ)架構(gòu)。建設(shè)統(tǒng)一的云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心，涉及高性能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)設(shè)備的部署，最終通過(guò)虛擬化軟件，將數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源整合成一體化的云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施。而諸多創(chuàng)新技術(shù)，例如統(tǒng)一存儲(chǔ)架構(gòu)、虛擬化環(huán)境中的主數(shù)據(jù)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、精簡(jiǎn)配置和基于策略的自動(dòng)化，可為云部署奠定堅(jiān)實(shí)高效的基礎(chǔ)。

云基礎(chǔ)架構(gòu)的主要屬性包括自動(dòng)“按需配置”資源和“按需購(gòu)買”模式，并確保達(dá)到服務(wù)級(jí)別且使消耗的資源和服務(wù)與成本相關(guān)聯(lián)。私有云是一個(gè)虛擬化的共享基礎(chǔ)架構(gòu)，始終由企業(yè)的 IT 部門在防火墻的保護(hù)下進(jìn)行管控。IT 部門在私有云部署中主要承擔(dān)提供服務(wù)的角色，負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序、存儲(chǔ)和服務(wù)器資源作為服務(wù)提供給內(nèi)部客戶。

2　云方案

云有3種部署方式：私有云、公共云和混合云［2］。私有云只限于有限的終端用戶生態(tài)系統(tǒng)、合作伙伴或客戶；云也可能是公共的，對(duì)或多或少能訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的人都可用。軍工船企現(xiàn)階段轉(zhuǎn)向私有云更適宜。

任何企業(yè)想要?jiǎng)?chuàng)建私有云架構(gòu)，從頭開(kāi)始創(chuàng)建很不現(xiàn)實(shí)。相反地，只能隨著時(shí)間的推移不斷變革數(shù)據(jù)中心，同時(shí)繼續(xù)利用現(xiàn)有的 IT資源。這將產(chǎn)生一個(gè)包含了舊系統(tǒng)和云計(jì)算架構(gòu)共存的混合數(shù)據(jù)中心。這個(gè)混合的數(shù)據(jù)中心要求新的性能和服務(wù)方式，以實(shí)現(xiàn)更有效的運(yùn)行。

可以將云轉(zhuǎn)變看做是現(xiàn)有服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心虛擬化的演變。企業(yè)轉(zhuǎn)向云會(huì)遇到這樣的難題：應(yīng)該采取哪些步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)面向標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化服務(wù)的模式，進(jìn)而為內(nèi)、外部業(yè)務(wù)成員提供 IT 即時(shí)服務(wù)。顯然，從計(jì)算的角度上講，服務(wù)器虛擬化技術(shù)為云服務(wù)提供了合適的架構(gòu)，根據(jù)需求的變化幫助計(jì)算資源有效和快速分配。快速成熟的虛擬化管理服務(wù)也有助于加快速度，提供更大的靈活性和更高的可用性。但從根本上說(shuō)，虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)（無(wú)論是服務(wù)器還是應(yīng)用程序）就是大量的數(shù)據(jù)文件。因此，為船企私有云選擇合適的云存儲(chǔ)平臺(tái)是企業(yè)信息化云計(jì)算最關(guān)鍵的戰(zhàn)略決策之一。

2.1 始終可用的云存儲(chǔ)架構(gòu)要求

云計(jì)算的安全管理尤其重要。云計(jì)算客戶的數(shù)據(jù)放在一個(gè)不是他們所管理和控制的系統(tǒng)中，這就需要云計(jì)算平臺(tái)提供透明且高級(jí)的安全措施，以消除客戶在這方面的憂慮［3］。不管是私有云還是公共云，成功的關(guān)鍵是創(chuàng)建合適的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)架構(gòu)，以便所有的資源都能有效利用和共享。因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)都在同一存儲(chǔ)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成了共享架構(gòu)模式的關(guān)鍵。確保多個(gè)、不同的應(yīng)用或客戶能夠安全地共享同一存儲(chǔ)架構(gòu)，以及無(wú)需應(yīng)用中斷就能轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，這就意味著云計(jì)算需要高效且始終可用的云存儲(chǔ)架構(gòu)。虛擬化和云計(jì)算對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)就是大規(guī)模虛擬機(jī)部署所帶來(lái)的存儲(chǔ)I/O瓶頸問(wèn)題［4］。因此，存儲(chǔ)的選型是走向云過(guò)程中的重中之重——既要滿足用戶桌面的并發(fā) IOPS的需求，又要配合用戶配置管理，提供高效的 NAS性能，且存儲(chǔ)的容量更是不容忽視的指標(biāo)。此外，在云計(jì)算環(huán)境里，還必須能無(wú)縫地增加新的存儲(chǔ)容量，提升存儲(chǔ)能力，為業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)提供瞬時(shí)失效備援，并在不中斷應(yīng)用的情況下執(zhí)行所有的維護(hù)活動(dòng)。所有這些就是為了增強(qiáng)能夠交付給客戶的服務(wù)水平。

光纖通道以太網(wǎng)（ FCoE）的發(fā)展使數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移至一個(gè)單一的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，滿足所有存儲(chǔ)和聯(lián)網(wǎng)的需求。通過(guò) FCoE，有了一個(gè)簡(jiǎn)單的變革方式，將現(xiàn)有光纖通道 SAN遷移到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一存儲(chǔ)［5］。統(tǒng)一存儲(chǔ)方案的亮點(diǎn)是支持現(xiàn)有多種存儲(chǔ)協(xié)議（SAN、iSCSI、NAS），為船企提供一個(gè)靈活的存儲(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)，方便應(yīng)用的部署和拓展，且這些設(shè)備支持完善的集成數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)共享。

2.1.1 云存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一存儲(chǔ)要求實(shí)現(xiàn)NAS+SAN+iSCSI訪問(wèn)，在大并發(fā)量的訪問(wèn)時(shí)仍能保持快速響應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存儲(chǔ)分層，通過(guò)將SSD與HDD技術(shù)結(jié)合在一起獲得最佳的性能和效率，并且具備迅速?gòu)挠?jì)劃內(nèi)及計(jì)劃外宕機(jī)恢復(fù)的能力，從容應(yīng)對(duì)因意外操作、病毒感染、黑客攻擊等造成的系統(tǒng)災(zāi)難。

2.1.2 云平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品的要求

從性能層面來(lái)看，云存儲(chǔ)需同時(shí)實(shí)現(xiàn)：1） SAN和 NAS等多種方式訪問(wèn)；2） 重復(fù)數(shù)據(jù)刪除功能；3）數(shù)據(jù)訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)控制，以保證核心應(yīng)用系統(tǒng)的性能；4） 可實(shí)現(xiàn)磁盤空間在線、動(dòng)態(tài)縮減及擴(kuò)充功能。在拓展性和可靠性方面，云存儲(chǔ)具有對(duì)主機(jī)的多通道路徑訪問(wèn)與負(fù)載均衡及對(duì)應(yīng)用透明的自動(dòng)故障通道切換功能。在數(shù)據(jù)安全性上，云存儲(chǔ)產(chǎn)品支持多種 RAID保護(hù)方式，確保單RAID組中任意 2個(gè)磁盤發(fā)生故障而不丟失數(shù)據(jù)，可支持 IP鏈路和 FC鏈路的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制以及跨機(jī)房的應(yīng)用級(jí)同步容災(zāi)功能。

2.2 船企私有云應(yīng)用需求

目前船企主要的業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括：開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理。

1） 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（主要有自主軟件東欣造船設(shè)計(jì)SPD系統(tǒng)等）的后臺(tái)數(shù)據(jù)以大容量文件系統(tǒng)為主，其特點(diǎn)為并發(fā)用戶訪問(wèn)量大，三維圖形處理要求高，且由于是多專業(yè)、分布式協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)服務(wù)器訪問(wèn)頻率、網(wǎng)絡(luò)及磁盤I/O性能要求很高。利用船企“私有云”，動(dòng)態(tài)調(diào)配具有高性能圖形處理與計(jì)算能力的服務(wù)器組建成虛擬機(jī)，并使用云存儲(chǔ)中的 NAS系統(tǒng)，滿足此類高并發(fā)數(shù)及高數(shù)據(jù)吞吐量的造船三維CAD/CAM設(shè)計(jì)應(yīng)用要求，保障多個(gè)業(yè)務(wù)部門之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工作流程管理與設(shè)計(jì)圖紙等數(shù)據(jù)的及時(shí)共享；

2） 生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要包括物資、計(jì)劃工時(shí)、質(zhì)量、人力資源及財(cái)務(wù)系統(tǒng)等，其訪問(wèn)方式主要為 C/S架構(gòu)，后臺(tái)大都采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶并發(fā)訪問(wèn)數(shù)相對(duì)不多。利用船企“私有云”，可改變?cè)瓉?lái)單個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一臺(tái)物理服務(wù)器、一個(gè)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的部署方式，由各應(yīng)用系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫(kù)分配給虛擬化服務(wù)器資源池中的虛擬機(jī)承擔(dān)，而數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的各應(yīng)用數(shù)據(jù)，則儲(chǔ)存在云存儲(chǔ)的高速 SAN系統(tǒng)中。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)配虛擬機(jī)資源，解決生產(chǎn)管理各應(yīng)用系統(tǒng)的性能瓶頸及單點(diǎn)故障。

2.3 船企云方案設(shè)計(jì)

船企信息系統(tǒng)的運(yùn)行從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心平臺(tái)遷移到云平臺(tái)后，將對(duì)云平臺(tái)的安全性、可靠性及性能提出了更嚴(yán)格的要求。

1） 從技術(shù)上而言，支撐船企信息系統(tǒng)的存儲(chǔ)平臺(tái)需要滿足多種復(fù)雜的需求，存儲(chǔ)平臺(tái)應(yīng)與虛擬化環(huán)境完美集成，可以實(shí)現(xiàn)在虛擬化環(huán)境中的集成管理，并與虛擬化環(huán)境中的容災(zāi)方案無(wú)縫集成；

2） 信息系統(tǒng)也應(yīng)滿足對(duì)異種平臺(tái)及運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的要求、大量大尺度三維圖形設(shè)計(jì)文件的需求、國(guó)家相關(guān)保密法規(guī)遵從的需求，以及對(duì)應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)化及共享性和通用性的要求；

3） 在應(yīng)用層面，云平臺(tái)需要滿足直接用戶關(guān)心的虛擬桌面的易用性，包括操作簡(jiǎn)便、簡(jiǎn)單易學(xué)、快速響應(yīng)等。還應(yīng)滿足系統(tǒng)維護(hù)人員關(guān)心的維護(hù)支持的低成本，包括人力和物力的；

4） 云平臺(tái)設(shè)計(jì)部署應(yīng)針對(duì)虛擬化環(huán)境的管理軟件，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化管理并實(shí)現(xiàn)在虛擬化環(huán)境的一致性快速備份和恢復(fù)，提供在云基礎(chǔ)架構(gòu)下一致的數(shù)據(jù)保護(hù)方法，幫助管理員有效地管理和優(yōu)化資源，更好地滿足業(yè)務(wù)需求。

通過(guò)虛擬化構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，借助服務(wù)器、存儲(chǔ)虛擬化開(kāi)啟云計(jì)算的全過(guò)程，桌面虛擬機(jī)的應(yīng)用將是一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，然后再向完全虛擬化的軟件定義的虛擬數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)，簡(jiǎn)化 IT 資源和應(yīng)用調(diào)配，使它們?cè)跀?shù)分鐘內(nèi)即可提供使用。經(jīng)自動(dòng)執(zhí)行管理實(shí)現(xiàn)最佳性能、容量利用率和合規(guī)性，從而擁有企業(yè)私有云。

將刀片服務(wù)器、云存儲(chǔ)陣列，配合企業(yè)版虛擬化軟件系統(tǒng)，組成云方案，為用戶提供完善的虛擬桌面和服務(wù)器及存儲(chǔ)資源池，為前端千余個(gè)云桌面提供后臺(tái)計(jì)算資源。云存儲(chǔ)陣列作為統(tǒng)一存儲(chǔ)資源池，經(jīng)存儲(chǔ)交換機(jī)、互聯(lián)矩陣和服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一連接，提供一個(gè)單一的存儲(chǔ)池，滿足物理和虛擬服務(wù)器的需求。虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能在單一物理鏈路上配置多條虛擬鏈路，將虛擬機(jī)中的虛擬 NIC連接到交換平臺(tái)中的對(duì)應(yīng)虛擬接口。服務(wù)器配置虛擬接口卡，采用靈活配置的I/O，為每塊虛擬化網(wǎng)卡創(chuàng)建多個(gè)以太網(wǎng) NIC或光纖通道 HBA的任意組合，及MAC地址等身份可動(dòng)態(tài)編輯。虛擬接口卡提供了足夠的接口，保證每個(gè)虛擬機(jī)都能擁有一個(gè)或多個(gè)專用物理接口，并且能夠在服務(wù)器之間移動(dòng)虛擬機(jī)。具體的船企私有云總體架構(gòu)見(jiàn)圖1。

3　云擴(kuò)展

私有云解決方案為船企提供了基于高可用、高性能動(dòng)態(tài)資源池的私有云，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同業(yè)務(wù)部門相互隔離而且具有個(gè)性化的 IT服務(wù)。用戶可以通過(guò)自主門戶來(lái)請(qǐng)求、獲得和使用計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源集約化管理及按需消費(fèi)。通過(guò)這種方式，業(yè)務(wù)處理和 IT系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不再受到原有硬件資源、采購(gòu)時(shí)間等制約，同時(shí)實(shí)現(xiàn)流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)維體系。虛擬化技術(shù)優(yōu)化和提高了 IT數(shù)據(jù)安全管理過(guò)程，強(qiáng)化了信息安全管控。借助虛擬化技術(shù)和企業(yè)私有云，可減少數(shù)據(jù)中心的 IT 硬件數(shù)量，降低硬件購(gòu)買和維護(hù)開(kāi)支及能耗成本，充分利用并靈活控制現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心投資。

對(duì)船企這樣涉及海量數(shù)據(jù)操作管控的行業(yè)而言，云計(jì)算所帶來(lái)的操作便利和便捷的后臺(tái)管理等特性，加快了 IT能力提升速度，將極大改善船企的工作效率，并保持在瞬息萬(wàn)變的商業(yè)環(huán)境中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。云計(jì)算無(wú)論從性能、管理和資源調(diào)度等多方面都有了質(zhì)的提升，這種可持續(xù)、帶有彈性擴(kuò)展的船企私有云擁有巨大的云效益。

圖1　船企私有云總體架構(gòu)

3.1 優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)

云可以帶來(lái)極大的規(guī)模效益，并減少資本投入。轉(zhuǎn)向云從根本上改變 IT 工作內(nèi)容，可以讓 IT人員將工作重點(diǎn)從維護(hù)轉(zhuǎn)到創(chuàng)新，聚焦在如何幫助船企提升計(jì)算環(huán)境、優(yōu)化性能和降低成本。實(shí)施“云桌面”后，在傳統(tǒng)客戶端的現(xiàn)場(chǎng)支持時(shí)間減少＞80%。IT人員從費(fèi)時(shí)費(fèi)力的現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)轉(zhuǎn)向后臺(tái)“私有云”集中，其時(shí)間、精力主要集中在云網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和提升，人力成本構(gòu)成得以明顯優(yōu)化。此外，每年寶貴的IT資金投入更多地用于“私有云”的后臺(tái)資源中心，資金分配得以優(yōu)化。以5a使用周期計(jì)算，1000臺(tái)云桌面客戶端的硬件投資成本減少40%，能耗成本降低70%。

3.2 提高 IT 性能

在云環(huán)境中，IT 部門借助自動(dòng)化和自助服務(wù)，響應(yīng)速度滿足業(yè)務(wù)發(fā)展要求。船企實(shí)施“私有云”后，業(yè)務(wù)系統(tǒng)在“云架構(gòu)”上選擇合適資源對(duì)外提供服務(wù)，企業(yè)內(nèi)的每臺(tái) IT設(shè)備在“云”中互聯(lián)互通形成宏大的虛擬資源池，虛擬云資源使網(wǎng)絡(luò)吞吐性能、服務(wù)器運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間等都具備很強(qiáng)的伸縮性及動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整的能力。在開(kāi)展新船型開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)階段，可動(dòng)態(tài)調(diào)配云資源池中高性能服務(wù)器的計(jì)算能力、高速網(wǎng)絡(luò)吞吐能力進(jìn)行線型、穩(wěn)性等計(jì)算和分析；而在船舶產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，又可以靈活調(diào)配“云”中的高性能圖形處理能力與大容量高速度虛擬SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行三維虛擬裝配等3D仿真生產(chǎn)設(shè)計(jì)；而在平時(shí)，這些“云資源”都可以平均分配給大量常規(guī)用戶開(kāi)展生產(chǎn)設(shè)計(jì)與制造管理。因此，每臺(tái) IT設(shè)備始終發(fā)揮著其應(yīng)有的能力，整個(gè)云平臺(tái)性能大大提升，真正做到“物盡其用”。

3.3 增強(qiáng)業(yè)務(wù)靈活性和連續(xù)性

借助云，企業(yè)可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展運(yùn)營(yíng)規(guī)模，加快業(yè)務(wù)創(chuàng)新速度。同時(shí)通過(guò)云部署，可縮短甚至消除計(jì)劃和非計(jì)劃的停機(jī)時(shí)間，提升企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)安全性和業(yè)務(wù)連續(xù)性。在實(shí)施“私有云”前，以造船開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)SPD業(yè)務(wù)系統(tǒng)為例，因服務(wù)器故障或計(jì)劃性數(shù)據(jù)遷移等，平均停機(jī)2～3次/a，每次約1～2h，實(shí)施“私有云”后，停機(jī)次數(shù)≈0，而遷移接管時(shí)間累計(jì)＜10min/a。

4　結(jié)語(yǔ)

技術(shù)的成熟正在讓可行且經(jīng)濟(jì)的虛擬化技術(shù)與云計(jì)算解決方案變得可能。很多船企已經(jīng)在考慮如何構(gòu)建更加靈活高效的 IT基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)，讓其數(shù)據(jù)中心更像“云”，以提高效率，削減資產(chǎn)成本，并提供所需的靈活擴(kuò)展性去快速適應(yīng)正在變化的業(yè)務(wù)需求。

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和3D打印等技術(shù)，將把設(shè)計(jì)研發(fā)、制造和服務(wù)過(guò)程有機(jī)地融合起來(lái)。運(yùn)用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，挖掘海量數(shù)據(jù)中有價(jià)值的信息，從而為快速?zèng)Q策提供依據(jù)［6］。對(duì)于船企來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在是推動(dòng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新的最佳時(shí)機(jī)。云變革不僅包括技術(shù)革新，而且還包括將 IT 轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿?dòng)企業(yè)變革的部門。群策群力共迎風(fēng)起“云”涌的云變革，積極部署云環(huán)境，并創(chuàng)造效益，船企在這場(chǎng)從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型為虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)再轉(zhuǎn)為私有云的過(guò)程中，完全能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)共享和安全保護(hù)，帶來(lái)更高的成本效益。

［1］ http://www.vmware.com/cn/support/support-resources/pubs/vsphere-esxi-vcenter-server-pubs/［EB］.

［2］ 王慶波，金涬，何樂(lè). 虛擬化與云計(jì)算［M］. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［3］ 楊正洪，鄭齊心，吳寒. 企業(yè)云計(jì)算架構(gòu)與實(shí)施指南［M］. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［4］ 鄭葉來(lái)，陳世峻. 分布式云數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理［M］. 北京：清華大學(xué)，2013.

［5］ http://www.netapp.com/cn ［EB］.

［6］ 張圣坤. 精心打造“互聯(lián)網(wǎng)船海工程業(yè)”［J］. 船舶與海洋工程，2015，31 （1）: 1-4.

Research and Application of IT Infrastructure Virtualization Technology and Cloud Computing

GU Ji-an，WAN Xiao-feng，CHEN Yu-mei，CHEN Wei
（Information Technology Institute，Hudong-Zhonghua Shipbuilding （Group） Co.，Ltd.，Shanghai 200129）

As a cutting-edge technology，cloud computing has a broad application potential for its high efficiency，flexibility，convenient management，operation mobility，green safety and etc. this paper analyzes its technology development and trend by studying the relationship between visualization and cloud computing. Regarding the hot topic of private cloud establishment，the paper puts emphasis on the analysis of the cloud storage which is the key technology of cloud computing. Some measures and suggestions are put forward to revolutionize the private cloud of ship enterprise in consideration of the development and characteristics of the IT infrastructure of ship enterprises for peer reference.

virtualization； cloud computing； private cloud； virtualized resource pool； service

TB115

A

2095-4069 （2016） 03-0072-06

10.14056/j.cnki.naoe.2016.03.013

2015-06-01

國(guó)防科工局綜合技改項(xiàng)目（151-C-0）

顧繼安，男，高級(jí)工程師，1965年生。1987年畢業(yè)于上?？萍紝？茖W(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)，現(xiàn)主要從事造船信息化應(yīng)用技術(shù)工作。