高職院校高可用性數(shù)據(jù)中心建設(shè)探析

王佩楷

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，湖北 黃岡 438002）

高職院校高可用性數(shù)據(jù)中心建設(shè)探析

王佩楷

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，湖北 黃岡 438002）

高職院校數(shù)據(jù)中心是承載信息系統(tǒng)運(yùn)行和存儲數(shù)據(jù)的核心，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，建立經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高可用性數(shù)據(jù)中心是高職院校必須面對和解決的一個(gè)問題。通過對高職院校數(shù)據(jù)中心調(diào)研，分析數(shù)據(jù)中心可用性關(guān)鍵因素和高職院?，F(xiàn)狀，并結(jié)合高職院校特點(diǎn)，探索出適合高職院校高可用性數(shù)據(jù)中心建設(shè)的方式。

高可用性；數(shù)據(jù)中心；建設(shè)工程；高職院校

信息化應(yīng)用已經(jīng)滲透到高職院校教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)等多個(gè)方面，新業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)不斷上線，用戶對信息系統(tǒng)的可用性和便捷性需求越來越高。數(shù)據(jù)中心作為系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，數(shù)據(jù)中心建設(shè)的可靠性和可用性直接決定了信息系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。很多高職院校開始新建或改建數(shù)據(jù)中心，并將數(shù)據(jù)中心的高可用性，作為建設(shè)的目標(biāo)和質(zhì)量衡量標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于多方面的原因，高職院校數(shù)據(jù)中心建設(shè)質(zhì)量與運(yùn)維質(zhì)量不盡相同，學(xué)校信息化服務(wù)質(zhì)量與水平也差異明顯，數(shù)據(jù)中心的可用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性難以找到合理的平衡點(diǎn)。

1 高職院校數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀及問題

高職院?；谛畔⒒芾?、信息化教學(xué)以及移動應(yīng)用的需求增強(qiáng)，學(xué)校信息化建設(shè)也逐步全面開展，數(shù)據(jù)中心建設(shè)作為學(xué)校信息化建設(shè)的重點(diǎn)也得到學(xué)校支持，高職院校紛紛投入資金開展數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，由于高職院校的特殊性，數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運(yùn)營仍存在如下典型的問題。

1.1 體系結(jié)構(gòu)分散

隨著信息化應(yīng)用深入，高職院校數(shù)據(jù)中心建設(shè)實(shí)現(xiàn)了從無至有，從沒有系統(tǒng)到形成了一定的體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)中心的管理機(jī)構(gòu)也逐步健全。一些高職院校數(shù)據(jù)中心逐步建立了環(huán)境支撐系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)平臺、業(yè)務(wù)管理平臺、數(shù)據(jù)交換中心、數(shù)據(jù)備份系統(tǒng),但一些學(xué)校沒有形成系統(tǒng)化的體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)中心各層次系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)間聯(lián)動及資源調(diào)度不靈活，當(dāng)單層次或單系統(tǒng)故障時(shí)可能出現(xiàn)一系列問題，導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)訪問受限，如果出現(xiàn)重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)故障，甚至?xí)?yán)重影響學(xué)校的正常運(yùn)行。

1.2 資源效率低下

信息化建設(shè)逐步得到高職院校領(lǐng)導(dǎo)層重視與支持，信息化建設(shè)相關(guān)機(jī)制與資金保障進(jìn)一步加強(qiáng)。然而，如果沒有系統(tǒng)化規(guī)劃與設(shè)計(jì)，沒有合理地分步推進(jìn)建設(shè)，很容易出現(xiàn)“重建設(shè)、輕應(yīng)用”的現(xiàn)象，硬件建設(shè)投入大，軟件建設(shè)跟不上節(jié)奏的情況，造成資源建設(shè)重復(fù)、資源調(diào)配不合理、資源利用率低下以及資源閑置的情況，不少高職院校業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用所占用的服務(wù)器CPU、MEM利用率僅有5%-10%，但在高并發(fā)的情況下，資源又無法滿足業(yè)務(wù)需求。

1.3 管理維護(hù)困難

隨著高職院校業(yè)務(wù)系統(tǒng)的增多，用戶對系統(tǒng)的功能需求增強(qiáng)，數(shù)據(jù)中心部署的設(shè)備越來越多，分散的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，冗余度不高的系統(tǒng)支撐環(huán)境，易發(fā)的單點(diǎn)故障，沒有構(gòu)建的故障預(yù)警機(jī)制，使整個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理人員管理的任務(wù)越來越多，管理難度越來越大。此外，如果數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的體系沒有良好的擴(kuò)展性，當(dāng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的拓展時(shí)，部署的新軟硬件均會給管理人員帶來不小的工作量和難度。

1.4 安全保障乏力

當(dāng)前國際形勢日趨復(fù)雜，近年來，高校信息安全事件時(shí)有發(fā)生，高職院校應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)信息安全挑戰(zhàn)日趨嚴(yán)峻。國家近期出臺的《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》，表明國家對信息安全的重視。高職院校受制于資金、技術(shù)及管理機(jī)制方面的原因，信息安全意識認(rèn)識不足、信息安全技術(shù)支持不力、信息安全設(shè)備配置不到位、信息安全管理機(jī)制不健全、信息安全資金保障不充實(shí)等導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心信息安全體系不完善，容易引發(fā)數(shù)據(jù)中心安全事故，給高職院校管理與運(yùn)行帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。

2 數(shù)據(jù)中心高可用性關(guān)鍵因素

建立高可用性數(shù)據(jù)中心，需要各方面進(jìn)行全方位的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，一旦建設(shè)完成，將在數(shù)年、甚至更長時(shí)間內(nèi)承載學(xué)校信息系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.1 環(huán)境支撐穩(wěn)定性

數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行安全直接關(guān)系到學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行安全，安全可靠的運(yùn)行環(huán)境是數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。數(shù)據(jù)中心的選址、建設(shè)面積、電力供應(yīng)、空調(diào)系統(tǒng)、防水、防火、防雷要素等均會影響數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的穩(wěn)定性。

高職院校數(shù)據(jù)中心的選址一般選擇對學(xué)校整體網(wǎng)絡(luò)布局有利的地方，并避開食堂、實(shí)驗(yàn)室、宿舍等場所，且要求樓宇為抗震等級較高的場所且地勢相對較高，考慮到空調(diào)、電池、電力線路等要素，樓層不宜太高，但不宜選擇在一樓。數(shù)據(jù)中心建設(shè)面積應(yīng)能夠滿足十年至二十年的應(yīng)用拓展。

數(shù)據(jù)中心采用雙路市電供應(yīng)及2N UPS供電系統(tǒng)，并配置 N+1發(fā)電機(jī)組，保障數(shù)據(jù)中心的電力供應(yīng)，且線路及單臺發(fā)電機(jī)組的負(fù)載應(yīng)用為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)負(fù)載的120%以上?？照{(diào)采用1+1冗余配置，按照《數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》B級數(shù)據(jù)中心機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并建立防水、防雷、防火系統(tǒng)。

2.2 體系結(jié)構(gòu)可靠性

按資源使用角度，可以將數(shù)據(jù)中心分成基礎(chǔ)資源層、資源配置層、運(yùn)維管理層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層等幾個(gè)層次。高可用性數(shù)據(jù)中心各層次須安全穩(wěn)定、調(diào)配合理、應(yīng)用便捷、拓展方便。每個(gè)層次的可維護(hù)性和可靠性指標(biāo)較高，分別以平均檢修時(shí)間（Mean Time To Repair，MTTR）和以平均無故障時(shí)間（Mean Time To Failure，MTTF）進(jìn)行評價(jià)，并以MTTF/(MTTF+MTTR)×100%量化百分比數(shù)值評估系統(tǒng)的高可用性級別，比值越高表明系統(tǒng)的可用性越高。

2.3 資源調(diào)度靈活性

高可用性數(shù)據(jù)中心必須建立良好的資源調(diào)度機(jī)制，充足的硬軟件資源是滿足數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)高可用性需求的前提，配置高效地網(wǎng)絡(luò)交換、轉(zhuǎn)發(fā)資源，快速的計(jì)算資源，充實(shí)的存儲資源可以為數(shù)據(jù)中心高可用性提供保障。但如果沒有建立良好的資源調(diào)度機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源、存儲資源利用率相對低下，勢必造成資源浪費(fèi)。在通常情況下，資源調(diào)度必須保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源或存儲資源出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)該能夠快速配置出保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的資源，以 MTTR進(jìn)行衡量，該值越趨近于零，系統(tǒng)的資源調(diào)度就越可靠、靈活。

當(dāng)前，采用資源池化、虛擬化是提升資源調(diào)度效率的有效手段，通過將有效的資源先進(jìn)行池化，建立資源池，利用虛擬化技術(shù)針對業(yè)務(wù)應(yīng)用配置所需的資源，并設(shè)置冗余度，可以有效地提高資源利用率，同時(shí)降低數(shù)據(jù)中心資源的 MTTR值，提升池化后資源的MTTF值。

2.4 數(shù)據(jù)維護(hù)安全性

數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)中心的生命，數(shù)據(jù)中心如果沒有安全的數(shù)據(jù)維護(hù)機(jī)制，數(shù)據(jù)中心的高可用性就成為空談。業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷地拓展，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不斷地膨脹，數(shù)據(jù)重要度不斷體現(xiàn)，數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致的代價(jià)越來越沉重。數(shù)據(jù)維護(hù)安全性涉及到網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源、存儲資源和數(shù)據(jù)系統(tǒng)的 HA（High Available）。雙活或多活的網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源及存儲資源為數(shù)據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行提供了良好的保障。采用數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)或數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫讀寫分離，建立安全可靠的數(shù)據(jù)庫層，通過雙活或熱備方式進(jìn)行數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)容災(zāi)。

3 數(shù)據(jù)中心高可用性成本分析

高職院校數(shù)據(jù)中心主要為校內(nèi)用戶及相關(guān)區(qū)域用戶提供信息系統(tǒng)支撐服務(wù)，數(shù)據(jù)中心可按照B級數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與建設(shè)，服務(wù)的用戶量級及并發(fā)性需求沒有 A級數(shù)據(jù)中心大，故在進(jìn)行高可用性數(shù)據(jù)中心建設(shè)的同時(shí)需要考慮建設(shè)與運(yùn)營成本。當(dāng)前，建立綠色數(shù)據(jù)中心成為行業(yè)追求的新目標(biāo)，如北京市禁止新建或擴(kuò)建PUE（Power Usage Effectiveness 消耗的所有能源與 IT負(fù)載使用的能源之比）值大于1.5的數(shù)據(jù)中心，高職院校由于資源的限制性更應(yīng)秉承“綠色發(fā)展”的理念，進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與運(yùn)營。

3.1 建設(shè)成本

高職院校數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本主要包括場地建設(shè)、環(huán)境建設(shè)、監(jiān)控體系、IT基礎(chǔ)硬件、軟件系統(tǒng)、安全保障等方面建設(shè)成本。通過調(diào)查，高可用性數(shù)據(jù)中心場地、環(huán)境及監(jiān)控成本約需要資金2～3萬元/平方米，IT計(jì)算資源＞4萬元/GHZ,IT存儲資源＞2萬元/TB,IT交換資源1萬元/Tbps，良好的安全保障建設(shè)成本50萬元以上，軟件系統(tǒng)則根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定制，很多高職院校一期數(shù)據(jù)中心建設(shè)投入資金達(dá)1-2千萬元。

3.2 運(yùn)營成本

TCO (Total cost of ownership)是現(xiàn)行評價(jià)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本的方式之一，數(shù)據(jù)中心TCO成本也是一項(xiàng)不小的開支，不少用戶認(rèn)為物理基礎(chǔ)設(shè)施的TCO成本可能與其支持的IT設(shè)備相當(dāng)，甚至更高。數(shù)據(jù)中心的容量利用率是影響數(shù)據(jù)中心TCO成本的重要因素。對于高職院校而言，適度的數(shù)據(jù)中心容量率是最經(jīng)濟(jì)、有效的方案，設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)中心容量率在初期階段應(yīng)為 60%-70%，過高導(dǎo)致過度規(guī)劃讓高職院校無法承受TCO成本，過低則無法滿足一定期限內(nèi)的應(yīng)用拓展。

3.3 升級成本

數(shù)據(jù)中心升級成本是指進(jìn)行數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)拓展時(shí)產(chǎn)生的成本，良好的數(shù)據(jù)中心應(yīng)該具有良好的擴(kuò)展性，對于業(yè)務(wù)服務(wù)數(shù)量和服務(wù)質(zhì)量的提升無需對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改造，只需要進(jìn)行設(shè)備的增加和調(diào)度策略微調(diào)。單次升級成本應(yīng)該控制在建設(shè)成本的10%以內(nèi)，否則，需要對數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃和設(shè)計(jì)進(jìn)行重新評估，論證數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)的合理性。

4 高職院校高可用性數(shù)據(jù)中心建設(shè)與部署

高職院校數(shù)據(jù)中心建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，涉及到資金、規(guī)劃、技術(shù)、機(jī)制、人員等多個(gè)方面，數(shù)據(jù)中心建設(shè)的效果直接決定高職院校未來信息系統(tǒng)運(yùn)行的效果。

4.1 建立機(jī)制完善保障

高職院校數(shù)據(jù)中心建設(shè)既是一項(xiàng)工程也是一項(xiàng)長期任務(wù)，需要建立完善的機(jī)制進(jìn)行保障。其一是要建立良好的資金保障制度，保障專項(xiàng)資金支持，將一定比例的資金納入每年的專項(xiàng)預(yù)算，以便運(yùn)維部門依據(jù)資金安排進(jìn)行運(yùn)營管理及功能拓展；其二要建立可靠的安全保障制度，制度需要明確數(shù)據(jù)中心外部資源支持、場地監(jiān)控、技術(shù)防護(hù)、人員管理、預(yù)警機(jī)制、責(zé)任處罰等方面，為數(shù)據(jù)中心建立物防+人防保障體系。其三建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)操作流程，流程需要明確數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源頭并保證源頭唯一性，規(guī)范數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)方式、操作權(quán)限、備份方式。

4.2 系統(tǒng)規(guī)劃分層建設(shè)

為保障數(shù)據(jù)中心建成后達(dá)到預(yù)期效率，數(shù)據(jù)中心建設(shè)需要做好規(guī)劃設(shè)計(jì)、分層建設(shè)。首先學(xué)校需要做好用戶需求的調(diào)研，對于用戶量、業(yè)務(wù)類型、響應(yīng)速度要求、規(guī)劃設(shè)計(jì)的級別、發(fā)展空間等進(jìn)行調(diào)研和可行性分析，從而確定數(shù)據(jù)中心的容積率和中心機(jī)房的面積，機(jī)柜的數(shù)量。通過對當(dāng)前高職院校的調(diào)查，100平方米/1萬人規(guī)模的數(shù)據(jù)中心能夠滿足當(dāng)前信息需求。

根據(jù)資源分配的情況，數(shù)據(jù)中心建設(shè)可以分為環(huán)境基礎(chǔ)層、IT基礎(chǔ)資源層、資源配置層、運(yùn)維管理層和業(yè)務(wù)系統(tǒng)層幾個(gè)層次。環(huán)境基礎(chǔ)層需要設(shè)計(jì)2倍實(shí)際負(fù)載市電供電系統(tǒng)和UPS供電系統(tǒng)，市電采用雙回路，UPS至少采用1+1冗余，配置至少1+1水冷精密空調(diào)系統(tǒng)，中心機(jī)房靜電地板高度不小于 400mm，建立封閉的機(jī)柜組，增強(qiáng)機(jī)房冷熱風(fēng)的回流效率；IT基礎(chǔ)資源層需配置適度先進(jìn)、性能穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源和存儲資源，且資源均要求能夠支持當(dāng)前主流的虛擬化平臺，配置萬兆雙核心交換網(wǎng)絡(luò)、10G光纖數(shù)據(jù)通道、15000r/min磁盤、100TB的存儲空間、雙路或4路服務(wù)器成為當(dāng)前資源層基本要求；資源配置層通過對IT資源進(jìn)行基礎(chǔ)軟硬件配置、資源虛擬化管理以及分布式系統(tǒng)搭建，實(shí)現(xiàn)IT資源的整合、節(jié)點(diǎn)管理、檢索管理、遷移管理、冗余管理等，有效地提升資源的利用率。運(yùn)維管理層主要構(gòu)建資源調(diào)度、安全管理、節(jié)能管理、策略管理、用戶管理、統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)警系統(tǒng)等運(yùn)維支撐系統(tǒng)建設(shè)，良好的運(yùn)維管理能夠有效地降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本，建立事前預(yù)警機(jī)制，減少或避免信息系統(tǒng)安全事故發(fā)生，保障數(shù)據(jù)中心高可用性；業(yè)務(wù)系統(tǒng)層是體系中最高層，需要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)和用戶需求進(jìn)行功能和性能的定制，并適應(yīng)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應(yīng)用的形勢。

4.3 虛擬應(yīng)用提升效率

高職院校建設(shè)數(shù)據(jù)中心時(shí)，只是高性能資源的堆積并不能有效地提升信息服務(wù)質(zhì)量，甚至帶來資源浪費(fèi)。虛擬化技術(shù)在促進(jìn)云應(yīng)用方面發(fā)揮了重要的作用，推進(jìn)虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用，能夠有效地進(jìn)行資源池化，完成資源的分拆、整合、遷移、調(diào)度，增強(qiáng)資源服務(wù)能力，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以有效解決內(nèi)部數(shù)據(jù)同步傳送的大流量、備份大流量、虛擬機(jī)遷移大流量問題，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各層的橫向整合，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換架構(gòu)；通過服務(wù)器虛擬化可以按需獲得計(jì)算資源，并能夠解決突發(fā)的大并發(fā)計(jì)算資源需求，適用應(yīng)用變化快、高突發(fā)并發(fā)、快速部署需求，并在不停止系統(tǒng)的情況下進(jìn)行存儲資源的調(diào)整；通過存儲資源虛擬化，可以按用戶、按業(yè)務(wù)系統(tǒng)、按管理平臺、按VM等存儲資源的動態(tài)調(diào)度，借助存儲虛擬化重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)能夠有效地提高存儲效率。

結(jié)束語

高職院校數(shù)據(jù)中心建立后，部署了大量的基礎(chǔ)環(huán)境資源、硬件資源和軟件資源，為學(xué)校的教育信息化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，隨著云計(jì)算、虛擬化技術(shù)及管理自動化技術(shù)的不斷成熟，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)能力將不斷提升。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心還需適應(yīng)靈活調(diào)度、快速部署的需求，不斷加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用與管理水平，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與應(yīng)用的綠色發(fā)展。

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TP393.0921

A

1672-1047（2017）05-0118-04

10.3969/j.issn.1672-1047.2017.05.34

* 收搞日期：2017-09-20

黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題“高職院校高可用性數(shù)據(jù)中心應(yīng)用研究”(2014C2022125)

王佩楷，男，湖北麻城人，副教授，現(xiàn)代教育技術(shù)中心副主任。研究方向：信息化建設(shè)、信息化管理、信息教學(xué)。

[責(zé)任編輯：羅幼平]