數(shù)據(jù)中心全生命周期理論分析及實(shí)踐

董江波

【摘 要】由于近年來國土資源信息化飛速發(fā)展，利用科學(xué)理論進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理成為目前保障和支撐信息化系統(tǒng)安全運(yùn)行的必要手段，本文依據(jù)數(shù)據(jù)中心全生命周期理論，回顧了河南省國土資源數(shù)據(jù)中心多年來在建設(shè)、運(yùn)維、優(yōu)化等方面的體會(huì)。

【關(guān)鍵字】數(shù)據(jù)中心；生命周期；七個(gè)階段；應(yīng)用實(shí)例

中圖分類號(hào)： TP308；F426.61；F426.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）27-0253-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.27.117

0 引言

依據(jù)《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《國土資源信息化“十三五”規(guī)劃》和《河南省國土資源信息化“十三五”規(guī)劃》的要求，我省國土資源信息化的發(fā)展要在十三五期間實(shí)現(xiàn)6個(gè)覆蓋，即國土云端全覆蓋、智能審批全覆蓋、監(jiān)管決策全覆蓋、數(shù)據(jù)共享全覆蓋、智慧服務(wù)全覆蓋和安全保障全覆蓋，這就要求我們從技術(shù)和運(yùn)維保障方面全時(shí)全域的支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展及安全運(yùn)行。我們已經(jīng)步入了國土資源云時(shí)代，本地?cái)?shù)據(jù)中心正從固化的服務(wù)器和應(yīng)用系統(tǒng)的集合進(jìn)化為彈性的智慧云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，對于省級國土資源部門來說，作為全省國土資源信息系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)之一，本地?cái)?shù)據(jù)中心的改造與升級也日趨迫切，而數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與維護(hù)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的信息系統(tǒng)工程，我們可以依據(jù)數(shù)據(jù)中心全生命周期理論進(jìn)行更高效的管理，本文就河南省國土資源數(shù)據(jù)中心的建設(shè)及運(yùn)維現(xiàn)狀結(jié)合數(shù)據(jù)中心生命周期理論提出建設(shè)與管理方面的改進(jìn)建議，詳細(xì)闡述了如何利用目前的主流技術(shù)解決當(dāng)前建設(shè)及運(yùn)維過程中出現(xiàn)的問題。

1 數(shù)據(jù)中心全生命周期理論簡述及實(shí)踐

數(shù)據(jù)中心全生命周期共分為七個(gè)階段，其中的閉環(huán)管理過程包括六個(gè)階段，通過這六個(gè)階段可以提升數(shù)據(jù)中心的持續(xù)可用性及性能。

（1）規(guī)劃階段：首先要確定容量、關(guān)鍵程度、功率密度、效率、發(fā)展規(guī)劃與預(yù)算等重要的項(xiàng)目參數(shù)，這些都是決定整個(gè)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目成敗與否的關(guān)鍵。2013年開始籌備建設(shè)的廳第二機(jī)房在規(guī)劃階段就對這些關(guān)鍵因素進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，一切從實(shí)際出發(fā)進(jìn)行規(guī)劃，這些因素的第一項(xiàng)就是發(fā)展規(guī)劃，要滿足未來5年信息化建設(shè)對機(jī)房空間的需求，而這一要求也同《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《國土資源信息化“十三五”規(guī)劃》和《河南省國土資源信息化“十三五”規(guī)劃》是一致的，所以廳第二機(jī)房自建成至今完全滿足了實(shí)際使用需求，建成后沒有對基礎(chǔ)設(shè)施追加任何投資，達(dá)到了規(guī)劃目標(biāo)。

（2）設(shè)計(jì)階段：這個(gè)階段的核心內(nèi)容是將規(guī)劃結(jié)果轉(zhuǎn)化成圖表和施工文件。廳第二機(jī)房在規(guī)劃方面要求大容量，高機(jī)架功率密度，在關(guān)鍵程度方面要求高可用性等級，在效率與環(huán)保方面要求節(jié)能環(huán)保，這些規(guī)劃結(jié)果都需要在設(shè)計(jì)中來實(shí)現(xiàn)。廳第二機(jī)房面積為90平方米，而且房間內(nèi)可使用空間不規(guī)則，如何實(shí)現(xiàn)大容量就成為一個(gè)亟待解決的設(shè)計(jì)問題，按照傳統(tǒng)的機(jī)房設(shè)計(jì)根本無法實(shí)現(xiàn)，因此采用了封閉冷通道系統(tǒng)，不僅解決了容量問題，還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能要求；高機(jī)架功率密度主要是針對配電系統(tǒng)的要求，廳第二機(jī)房采用的是每機(jī)柜6KW的用電標(biāo)準(zhǔn)，主配電柜采用雙路供電，UPS采用雙機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的模式，每個(gè)機(jī)柜都有兩個(gè)獨(dú)立供電的PDU，這樣使單點(diǎn)故障的幾率降到50%，提高了整個(gè)系統(tǒng)的高可用性；在環(huán)保節(jié)能方面，主要是采用了環(huán)保的裝修材料，對精密空調(diào)的選擇提出采用ECC風(fēng)機(jī)及使用綠色制冷劑的節(jié)能環(huán)保機(jī)型。

（3）建設(shè)階段：數(shù)據(jù)中心所有者及管理者必須關(guān)注項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量性能并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，數(shù)據(jù)中心建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及基礎(chǔ)裝修、消防系統(tǒng)、承重、供配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、布線系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)以及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等方方面面的內(nèi)容，要確保每項(xiàng)、每個(gè)具體細(xì)節(jié)施工工藝的高標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)規(guī)范性，是數(shù)據(jù)中心建設(shè)工程高質(zhì)量的重要體現(xiàn)。一是充分發(fā)揮項(xiàng)目監(jiān)理方的作用，通過合同明確目標(biāo)責(zé)任、工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范施工程序及流程，細(xì)化量化其監(jiān)理職責(zé)和范圍，督促其搞好建材質(zhì)量、施工程序、設(shè)備質(zhì)量等方面的施工過程監(jiān)理。二是堅(jiān)持單項(xiàng)工程完工檢驗(yàn)制度，對單項(xiàng)工程完工檢驗(yàn)，按工程設(shè)計(jì)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)真逐項(xiàng)審核和初步驗(yàn)收，對初驗(yàn)不合格工程按初驗(yàn)意見進(jìn)行整改，對初驗(yàn)合格工程留待整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)竣工后再一并進(jìn)行整體驗(yàn)收。三是擬定機(jī)房建設(shè)項(xiàng)目分項(xiàng)驗(yàn)收表，細(xì)化工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，做到有章可循，并采取三方檢查驗(yàn)收及實(shí)行共同簽字制度。

（4）評估階段：機(jī)房電氣設(shè)備的檢測是數(shù)據(jù)中心建設(shè)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，作為數(shù)據(jù)中心的首要要求就是數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營安全與高可用性。當(dāng)數(shù)據(jù)中心新建成時(shí)，所有的電氣設(shè)備、暖通、制冷和備用電源，都是以單組件組合的方式建成。整體的運(yùn)行檢驗(yàn)，也僅僅是通電、啟動(dòng)、關(guān)閉。作為空載機(jī)房，它的實(shí)際運(yùn)行情況與空載差距甚遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)中心驗(yàn)證測試的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明新建機(jī)房經(jīng)第三方驗(yàn)證測試質(zhì)量問題可降低60%，在機(jī)房定期檢測評估后，風(fēng)險(xiǎn)率降低50%。由于數(shù)據(jù)中心必須滿足計(jì)算機(jī)等各種電子設(shè)備和工作人員對溫度、濕度、潔凈度、電磁場強(qiáng)度、噪音干擾、防漏水、電源質(zhì)量、防雷和接地等條件的要求。所以一個(gè)合格的數(shù)據(jù)中心應(yīng)該是一個(gè)安全可靠、節(jié)能高效和具有可擴(kuò)充性的機(jī)房，因?yàn)橐粋€(gè)承載關(guān)鍵負(fù)載的設(shè)備一旦投入運(yùn)行就很難停下來進(jìn)行維護(hù)。

（5）運(yùn)行階段：運(yùn)營及維護(hù)管理是數(shù)據(jù)中心的全生命周期中最長的一個(gè)階段，也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，第一機(jī)房自2006年12月投入使用以來已經(jīng)運(yùn)行12年，第二機(jī)房自2015年3月投入使用以來已運(yùn)行了3年。長時(shí)期的運(yùn)行中出現(xiàn)的問題也最多，特別是精密空調(diào)和UPS這些關(guān)鍵設(shè)備，一般IT設(shè)備的使用年限為5年，而這些關(guān)鍵設(shè)備的使用年限是一般IT設(shè)備使用年限的2到3倍，所以如何在關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)問題后及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決就顯得尤為重要，而這就需要運(yùn)維階段嚴(yán)格按照設(shè)備的維護(hù)周期進(jìn)行檢查并維護(hù)，同時(shí)通過機(jī)房環(huán)境監(jiān)控軟件及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)房的異常情況以減少設(shè)備故障所帶來的損失。

（6）優(yōu)化階段：隨著應(yīng)用系統(tǒng)的不斷增加，對數(shù)據(jù)中心的需求也與日俱增，必須通過優(yōu)化數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)來滿足性能的提升、設(shè)備密度的增加和高水準(zhǔn)的服務(wù)。而這就需要優(yōu)質(zhì)的運(yùn)維工具、完備的管理經(jīng)驗(yàn)及大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確切的知道物理系統(tǒng)上正在運(yùn)行著什么，分析出當(dāng)前和未來的潛在需求，從而更好的主動(dòng)分配系統(tǒng)資源，讓數(shù)據(jù)中心未來支撐更多的信息系統(tǒng)。

（7）老化階段：數(shù)據(jù)中心老化的標(biāo)準(zhǔn)是已經(jīng)無法支撐不斷增長的需求、能源效率低、運(yùn)營成本高，這就需要我們對數(shù)據(jù)中心重新規(guī)劃，并依據(jù)出現(xiàn)的新標(biāo)準(zhǔn)，采用新技術(shù)對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行重建或重塑，而如何有條不紊的讓新舊數(shù)據(jù)中心進(jìn)行平滑的過渡將成為一項(xiàng)重要的工作。

2 河南省國土資源數(shù)據(jù)中心的建設(shè)及優(yōu)化

河南省國土資源數(shù)據(jù)中心包括兩個(gè)機(jī)房，分別建于2006年和2015年（下文分別稱“第一機(jī)房”和“第二機(jī)房”），其運(yùn)營也符合上述生命周期規(guī)律。

2.1 第一機(jī)房

第一機(jī)房是2006年建設(shè)的，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、評估都是按照當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的，滿足了當(dāng)時(shí)的使用需求，而在第五階段即運(yùn)維階段出現(xiàn)了很多問題：一是不能滿足信息化發(fā)展的需求，不斷增加的應(yīng)用也使設(shè)備數(shù)量猛增，而設(shè)備的增加導(dǎo)致強(qiáng)電系統(tǒng)無法滿足數(shù)據(jù)中心安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，機(jī)房內(nèi)新增的大量設(shè)備又使溫濕度失控成為機(jī)房的突出問題；二是維護(hù)成本增加，由于目前關(guān)鍵設(shè)備廠商已停止了該型號(hào)設(shè)備的生產(chǎn)，所以后期維護(hù)成本不斷增加；三是環(huán)保節(jié)能問題，由于機(jī)房空間沒有按照節(jié)能的方式進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，所以機(jī)房中50%以上的電力主要用于精密空調(diào)的運(yùn)行，從而浪費(fèi)了大量的能源。

為了解決這些問題，第一機(jī)房進(jìn)入了優(yōu)化階段：2009年進(jìn)行了強(qiáng)電系統(tǒng)改造，滿足了設(shè)備的增加需求，并在原有的40KVA UPS的基礎(chǔ)上逐步增加了2臺(tái)5KVA UPS、2臺(tái)10KVA UPS和3臺(tái)20KVA UPS，這些UPS增加的另一個(gè)目的是為了實(shí)現(xiàn)電源的冗余；2012年增加一臺(tái)精密空調(diào)，由于第一機(jī)房建設(shè)之初采用下走線方式，線槽阻擋了送風(fēng)的風(fēng)道，所以老空調(diào)一直處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)高壓報(bào)警，特別是在高溫天氣，機(jī)房內(nèi)可達(dá)到40多度，新空調(diào)的使用使這一問題得到了緩解，但是用電量則不斷攀升。不斷出現(xiàn)的問題在解決后又帶來新的問題，所以第一機(jī)房已進(jìn)入老化階段，從而進(jìn)入新的生命周期，以滿足國土資源云建設(shè)的需要。

2.2 第二機(jī)房

在第二機(jī)房建設(shè)的規(guī)劃階段堅(jiān)持科學(xué)性的同時(shí)，力求機(jī)房建設(shè)的先進(jìn)性，適應(yīng)綠色、節(jié)能、環(huán)保的數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)理念，適應(yīng)未來虛擬化建設(shè)的需要，兼顧當(dāng)前與長遠(yuǎn)，通過機(jī)柜系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的藕合對接，為我廳提供一個(gè)節(jié)能、高效和可靠的模塊化數(shù)據(jù)中心。相比第一機(jī)房，第二機(jī)房建設(shè)有以下幾個(gè)新特點(diǎn)。一是采用封閉冷通道架構(gòu)，冷通道和熱通道分離，使得組織氣流井然有序，提高了空調(diào)的制冷效率，適應(yīng)了當(dāng)前倡導(dǎo)的綠色節(jié)能的機(jī)房建設(shè)要求。二是采用了可隨需擴(kuò)展的全模塊化設(shè)計(jì)的UPS系統(tǒng)；我們在設(shè)計(jì)UPS時(shí)秉承標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、冗余化的設(shè)計(jì)理念，能夠在不影響業(yè)務(wù)的前提下在線擴(kuò)容，采用兩臺(tái)最大配置200KVA模塊化UPS主機(jī)組成雙總線的供電架構(gòu)，目前每臺(tái)UPS主機(jī)端配置4個(gè)40KVA功率模塊，形成3+1冗余，并可在低負(fù)載運(yùn)行時(shí)模塊自動(dòng)輪值休眠，保障可靠性的同時(shí)提升低載高效的性能。三是配置了兩臺(tái)高可用的精密空調(diào)，該空調(diào)具備紅外加濕功能，免去了頻繁清洗的維護(hù)工作，滿足簡單運(yùn)維和高效管理的需求。四是采用遠(yuǎn)程KVM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器的遠(yuǎn)程管理和操作。五是采用機(jī)柜頂部弱電布線方式，由核心交換機(jī)通過光纖與各個(gè)機(jī)柜的接入交換機(jī)相連，這樣既滿足了高密度的設(shè)備安裝，也大大減少了弱電線纜的數(shù)量，提高了設(shè)備安裝的靈活性。六是總控中心實(shí)現(xiàn)集中運(yùn)維管理、機(jī)房環(huán)境和關(guān)鍵設(shè)施的集中監(jiān)控。

第二機(jī)房在運(yùn)行階段也不可避免的出現(xiàn)了一些問題：一是后備電源不足，可供電時(shí)間短，特別是在夏季用電高峰期間，如果出現(xiàn)意外停電，而供電時(shí)間又不確定的的條件下，就不可避免的會(huì)出現(xiàn)宕機(jī)現(xiàn)象；二是精密空調(diào)可更加節(jié)能，目前兩臺(tái)空調(diào)是聯(lián)機(jī)使用，但是采用的是回風(fēng)口溫度控制，溫度設(shè)置在機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)溫度的情況下，冷風(fēng)道內(nèi)的溫度一般低于機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)溫度，這就增加了空調(diào)的壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)的使用時(shí)間，如果采用送風(fēng)口溫度控制，不僅能夠使機(jī)房溫濕度符合機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)，也能夠減少能源消耗；三是沒有進(jìn)行定期檢測評估，而第一機(jī)房也缺少這個(gè)管理環(huán)節(jié)，所以才會(huì)不斷的增加問題，而不是在問題出現(xiàn)之前消除隱患。

3 結(jié)語

河南省國土資源數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理過程是數(shù)據(jù)中心生命周期理論的具體實(shí)踐，事實(shí)證明，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理不是一勞永逸的事情，需要與時(shí)俱進(jìn)，不斷擴(kuò)容、不斷增添新功能，以更好地支撐河南省國土資源信息化業(yè)務(wù)的發(fā)展。

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