大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移關(guān)鍵技術(shù)研究

眭建新　陳毅波　胡其輝

[摘 要] 圍繞大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移過(guò)程的需求和難題，科學(xué)合理地制定了系統(tǒng)分級(jí)分類(lèi)遷移方案，幫助企業(yè)完成大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移工作。文章主要技術(shù)內(nèi)容和創(chuàng)新之處在于：1）提出了基于軟硬件資源池的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的分批快速整體遷移方法；2）提出了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移中的設(shè)備利舊決策方法；3）提出了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移過(guò)程中分級(jí)分類(lèi)分批次的時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法；4）提出數(shù)據(jù)中心服務(wù)連續(xù)性無(wú)縫遷移方法。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)據(jù)中心；遷移；技術(shù)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 19. 061

[中圖分類(lèi)號(hào)] TP308 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）19- 0142- 03

1 背景及問(wèn)題

大規(guī)模數(shù)據(jù)中心承載了營(yíng)銷(xiāo)、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)管控等百余套信息系統(tǒng)，對(duì)于企業(yè)業(yè)務(wù)的正常開(kāi)展和穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。隨著公司信息化建設(shè)的深入開(kāi)展，原有數(shù)據(jù)中心在空間布局、電氣消防、空調(diào)以及安防等方面均不能適應(yīng)信息化建設(shè)的需求。新老數(shù)據(jù)中心遷移工作將面臨諸多問(wèn)題，需要進(jìn)行統(tǒng)籌考慮和協(xié)調(diào)，管控和保障該項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移的信息系統(tǒng)不僅數(shù)量多、范圍廣，而且工作任務(wù)重、時(shí)間緊、難度大。

通常，新數(shù)據(jù)中心通過(guò)綜合利用資源池和云計(jì)算技術(shù)，以軟硬件資源池形式實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源的集中管理、按需分配，從而提高資源利用效率，降低信息化建設(shè)成本，提升運(yùn)維管理水平，為集中式數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供安全、穩(wěn)定、柔性的硬件基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。數(shù)據(jù)中心遷移工作涉及軟硬件資源、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控配置和安全保障等各方面的配合，涉及大量與業(yè)務(wù)部門(mén)和上下級(jí)單位之間的協(xié)調(diào)工作，這些專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員跨多個(gè)部門(mén)，來(lái)自多個(gè)不同的供應(yīng)商。另外，信息通信系統(tǒng)搬遷過(guò)渡技術(shù)復(fù)雜、工作量大，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。因此需要研究并制定一套科學(xué)的搬遷方案，研究快速且平穩(wěn)可靠的遷移方法，保證數(shù)據(jù)中心安全平穩(wěn)地過(guò)渡到新數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)總體管控和協(xié)調(diào)。

2 總體思路

數(shù)據(jù)中心承載了營(yíng)銷(xiāo)、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)管控等百余套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，原有數(shù)據(jù)中心在計(jì)算機(jī)軟硬件資源、空間布局、電氣消防、能耗、安防等方面均不能適應(yīng)信息化建設(shè)的需求。公司新數(shù)據(jù)中心建成后，需要實(shí)施數(shù)據(jù)中心整體遷移，但數(shù)據(jù)中心遷移工作面臨的挑戰(zhàn)包括：（1）本次遷移的信息系統(tǒng)超100套，涉及虛擬機(jī)超400臺(tái)，物理設(shè)備超1 200臺(tái)，信息系統(tǒng)之間集成關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，如此大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)包含大量未虛擬化的應(yīng)用和數(shù)據(jù)，且包含大量商品化套裝軟件，只能采用數(shù)據(jù)中心整體遷移的方式；（2）搬遷過(guò)程面臨如何高效利用資源、縮短時(shí)間、降低成本的挑戰(zhàn)，在遷移過(guò)程中，還要采用充分利舊減少購(gòu)置和租賃的方式進(jìn)行成本控制；（3）數(shù)據(jù)中心承載了公司的核心業(yè)務(wù)，為了保障業(yè)務(wù)的正常開(kāi)展和穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心遷移還需快速和盡量保障業(yè)務(wù)連續(xù)，搬遷過(guò)程涉及多部門(mén)、多供應(yīng)商的協(xié)調(diào)調(diào)度與管控難題；（4）搬遷過(guò)程存在風(fēng)險(xiǎn)，特別是系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)和數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)中心遷移對(duì)于安全性、風(fēng)險(xiǎn)控制和架構(gòu)優(yōu)化與調(diào)整也提出了更高的需求。

本文圍繞公司大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移過(guò)程中的成本控制、架構(gòu)調(diào)優(yōu)，以及業(yè)務(wù)連續(xù)性、數(shù)據(jù)一致性、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)管控等難題，科學(xué)合理地制定了系統(tǒng)分級(jí)分類(lèi)遷移方案，圓滿(mǎn)完成了遷移工作，總體設(shè)計(jì)思路與技術(shù)路線(xiàn)如圖1所示。

3 技術(shù)方案

3.1 大規(guī)模數(shù)據(jù)中心整體遷移方法

本文遷移研究采用了一種基于虛擬化技術(shù)和兩階段重新部署技術(shù)的方法，對(duì)公司的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行了分批快速的整體遷移。這種方法的基本思想，是將待遷移的數(shù)據(jù)中心設(shè)備、應(yīng)用與數(shù)據(jù)等，首先分為進(jìn)入虛擬資源池的資源和系統(tǒng)，以及進(jìn)入物理資源池的資源和系統(tǒng)[1]。對(duì)于進(jìn)入虛擬資源池的系統(tǒng)，采取虛擬化技術(shù)，在新數(shù)據(jù)中心構(gòu)建虛擬資源池環(huán)境后，將原數(shù)據(jù)中心中由物理服務(wù)器承載的信息系統(tǒng)或原資源池承載的信息系統(tǒng)，分別通過(guò)P2V（Physical to Virtual）和V2V（Virtual to Virtual）遷移技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)至新數(shù)據(jù)中心虛擬資源池的遷移。物理資源池采用了兩階段重新部署的方式，租用了兩臺(tái)小型機(jī)作為過(guò)渡介質(zhì)，首先將原數(shù)據(jù)中心中需要利舊，但又不能中斷服務(wù)的服務(wù)器上的應(yīng)用和數(shù)據(jù)分別通過(guò)重新部署和存儲(chǔ)復(fù)制，遷移到過(guò)渡介質(zhì)上，然后過(guò)渡介質(zhì)作為一個(gè)冗余系統(tǒng)，與原系統(tǒng)一同上線(xiàn)運(yùn)行；然后將原系統(tǒng)停機(jī)，進(jìn)行物理搬遷，在新信息中心重新運(yùn)行后，將過(guò)渡介質(zhì)上的數(shù)據(jù)再進(jìn)行存儲(chǔ)復(fù)制，回到原來(lái)所在的物理服務(wù)器上。當(dāng)所有利舊設(shè)備及其上的應(yīng)用和數(shù)據(jù)都以這種方式遷移完畢后，再將過(guò)渡用的小型機(jī)返還。由于租用的開(kāi)銷(xiāo)遠(yuǎn)少于新購(gòu)的開(kāi)銷(xiāo)，因此這種方法可有效地降低遷移成本。對(duì)于遷移過(guò)程中可短時(shí)中斷服務(wù)而不影響業(yè)務(wù)連續(xù)性的設(shè)備、應(yīng)用和數(shù)據(jù)，則采用停機(jī)搬遷后重新部署的方式，完成其遷移。

3.2 大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移中的設(shè)備利舊決策方法

針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中大量硬件設(shè)備利舊的決策問(wèn)題，提出了一種基于專(zhuān)家系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)健康狀況評(píng)價(jià)和設(shè)備利舊決策的方法[2]。該方法的主要步驟如下：（1）自動(dòng)收集各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的日志文件；（2）利用程序?qū)θ罩疚募M(jìn)行自動(dòng)處理和分析，從中提取與計(jì)算機(jī)性能密切相關(guān)的指標(biāo)，包括系統(tǒng)錯(cuò)誤信息、給定時(shí)期內(nèi)系統(tǒng)的內(nèi)存和CPU利用情況的數(shù)據(jù)、給定時(shí)期內(nèi)系統(tǒng)的硬盤(pán)空間使用情況等；（3）根據(jù)各計(jì)算機(jī)所屬的系統(tǒng)對(duì)其賦予不同的重要性等級(jí)。一共分為三個(gè)重要性等級(jí)：“非常重要”、“重要”、“普通”；（4）根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建設(shè)備健康狀況評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)，采用IF-THEN規(guī)則式專(zhuān)家系統(tǒng)，且評(píng)價(jià)針對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行開(kāi)展，評(píng)定等級(jí)為“良好”、“一般”、“較差”。例如專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中可能包含類(lèi)似“CPU利用率<12% -> CPU處理能力=良好”、“近一年發(fā)生過(guò)重大故障 -> 可靠性=較差”這樣的規(guī)則；（5）利用設(shè)備健康狀況評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)，對(duì)各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)單項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)評(píng)定；（6）根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建設(shè)備利舊決策專(zhuān)家系統(tǒng)，同樣采用IF-THEN規(guī)則作為知識(shí)表示方式。利舊決策中的決策規(guī)則通常都是根據(jù)多項(xiàng)性能指標(biāo)的等級(jí)綜合評(píng)定得到可利舊等級(jí)，可利舊等級(jí)指明了該設(shè)備可被使用的最高重要性等級(jí)。例如，決策規(guī)則“NUM（=較差）=0 AND NUM（=一般） < 2 AND 可靠性=良好 -> 非常重要”表示，若設(shè)備的健康狀況被評(píng)價(jià)為較差的指標(biāo)數(shù)量為0（即沒(méi)有任何指標(biāo)被評(píng)價(jià)為較差），且被評(píng)價(jià)為一般的指標(biāo)數(shù)量小于2，則該設(shè)備可以被利舊用于非常重要的使用等級(jí)；（7）針對(duì)不同使用場(chǎng)合，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)賦以不同的優(yōu)先級(jí)別。如果對(duì)某個(gè)使用場(chǎng)合，有多臺(tái)設(shè)備可被利舊使用，則優(yōu)先使用在優(yōu)先級(jí)別較高的指標(biāo)上指標(biāo)值較高的設(shè)備。根據(jù)設(shè)備利舊決策專(zhuān)家系統(tǒng)和各使用場(chǎng)合的指標(biāo)優(yōu)先級(jí)別，即可最終確定可利舊設(shè)備的使用場(chǎng)合，并根據(jù)利舊前后使用場(chǎng)合的重要性等級(jí)的差異，可以判斷出設(shè)備是提高使用等級(jí)利舊，或維持使用等級(jí)利舊，還是降低使用等級(jí)利舊。

3.3 大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移過(guò)程中分級(jí)分類(lèi)分批次的時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法

系統(tǒng)無(wú)縫遷移是否及時(shí)、準(zhǔn)確，將會(huì)直接影響到新系統(tǒng)能否及時(shí)上線(xiàn)，也是影響新系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提和根本保證[3]。因此，該信息系統(tǒng)無(wú)縫遷移中涉及各類(lèi)要素不僅數(shù)量大，而且類(lèi)型多，既包括硬件設(shè)備與系統(tǒng)，也包括軟件系統(tǒng)與工具；既涉及硬件設(shè)備采購(gòu)、運(yùn)輸、安裝與調(diào)試，也設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的采購(gòu)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署；既需要滿(mǎn)足時(shí)限要求，又需要兼顧經(jīng)濟(jì)成本，還需要估計(jì)可能的風(fēng)險(xiǎn)[4]。為了在一個(gè)統(tǒng)一的模型框架下來(lái)研究和優(yōu)化信息系統(tǒng)的無(wú)縫遷移方案，需要對(duì)上述諸要素進(jìn)行適當(dāng)?shù)某橄笈c描述，以滿(mǎn)足普適性的模型的需求[5]。

基于上述分析，本文使用了一種時(shí)間最優(yōu)信息系統(tǒng)無(wú)縫遷移優(yōu)化模型（TOISM）。模型建立如下：

（1）機(jī)房集合：R={r1，r2，…，rm}，其中rj表示第j個(gè)機(jī)房，j=1，2，…，m；（2）信息系統(tǒng)集合：S={s1，s2，…，sn}，其中si表示第i個(gè)信息系統(tǒng)，i=1，2，…，m；（3）遷移系統(tǒng)序列集合：MS={ms1， ms2，…，msn}，其中msi={msi1， msi2，…，msik}表示系統(tǒng)si中各設(shè)備的遷移順序序列；（4）可搬遷機(jī)房集合：MSR={msi1， msi2，…，msik}，其中msi={msij1， msij2，…，msijk}表示系統(tǒng)si中各設(shè)備可遷移的機(jī)房；（5）搬遷時(shí)間矩陣：T，tij∈T表示第i個(gè)系統(tǒng)si搬遷至機(jī)房j的時(shí)間；（6）遷移時(shí)間：f（Wt）=∑mstjtij，即求出對(duì)應(yīng)無(wú)縫遷移優(yōu)化方案所需時(shí)間；（7）遷移目標(biāo)：min f（Wt），即找出時(shí)間最短的無(wú)縫遷移優(yōu)化方案。

3.4 數(shù)據(jù)中心服務(wù)連續(xù)性無(wú)縫遷移方法

本文的數(shù)據(jù)遷移采用磁盤(pán)陣列復(fù)制技術(shù)為主，數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制技術(shù)為輔的遷移過(guò)渡方式。在新數(shù)據(jù)中心部署一臺(tái)新購(gòu)置的陣列，將老大樓對(duì)應(yīng)陣列數(shù)據(jù)復(fù)制到新數(shù)據(jù)中心的陣列上，供新數(shù)據(jù)中心重新部署的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)使用。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)復(fù)制速度快。支持?jǐn)?shù)據(jù)的增量復(fù)制，能夠最大限度地減少業(yè)務(wù)停機(jī)時(shí)間，即先配置新老環(huán)境數(shù)據(jù)復(fù)制關(guān)系，完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)的同步工作，停機(jī)后僅需完成增量數(shù)據(jù)的同步，極大地減少了停機(jī)時(shí)間，保證了業(yè)務(wù)連續(xù)性，尤其是對(duì)營(yíng)銷(xiāo)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)，效果尤其明顯。同時(shí)，由于磁盤(pán)陣列復(fù)制技術(shù)還帶有數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，可檢測(cè)兩端數(shù)據(jù)是否同步完全，對(duì)遷移數(shù)據(jù)的有效性和完整性提供了有效保障。靈活使用主機(jī)復(fù)制技術(shù)在B機(jī)房同配置重構(gòu)一套與A機(jī)房A應(yīng)用服務(wù)集一致的B應(yīng)用服務(wù)集，通過(guò)應(yīng)用服務(wù)代理技術(shù)加入代理后臺(tái)服務(wù)池中。A、B應(yīng)用服務(wù)集同時(shí)對(duì)用戶(hù)提供應(yīng)用服務(wù)。待B應(yīng)用服務(wù)集運(yùn)行穩(wěn)定后，將A應(yīng)用集從代理后臺(tái)服務(wù)池中移除，完成系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)的無(wú)縫遷移。用戶(hù)通過(guò)域名訪(fǎng)問(wèn)代理應(yīng)用服務(wù)，整個(gè)應(yīng)用遷移對(duì)用戶(hù)業(yè)務(wù)應(yīng)用無(wú)影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出基于軟硬件資源池的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的分批快速整體遷移方法，解決了系統(tǒng)遷移中涉及業(yè)務(wù)連續(xù)性、安全性、物理隔離性等方面的高效調(diào)度、強(qiáng)制性約束難題，順利完成了大規(guī)模設(shè)備、海量數(shù)據(jù)的平穩(wěn)遷移。提出了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移中的設(shè)備利舊決策方法，突破了大規(guī)模信息系統(tǒng)決策遷移中大量硬件設(shè)備健康狀況的多維度評(píng)價(jià)和利舊決策的難題，實(shí)現(xiàn)了低成本遷移。提出大規(guī)模數(shù)據(jù)中心遷移過(guò)程中分級(jí)分類(lèi)分批次的時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法，最大限度地降低了因搬遷暫停服務(wù)造成的社會(huì)影響，提高了搬遷時(shí)效。建立了數(shù)據(jù)中心服務(wù)連續(xù)性無(wú)縫遷移技術(shù)，極大地減少了停機(jī)時(shí)間，做到了數(shù)據(jù)零差錯(cuò)，保證了業(yè)務(wù)連續(xù)性。能夠幫助大型企業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定、平滑、無(wú)縫遷移。

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