高校私有云雙活數據中心建設模式研究

周云霞 盧清 寇世宇

摘 要：為了滿足高校信息系統業(yè)務連續(xù)性需求，消除信息“孤島”問題，保證數據的容災備份，實現資源最大利用率。針對高校數據中心建設現狀，結合云計算、虛擬化、存儲雙活、數據庫集群等技術，堅持“六個統一”的原則，研究具有指導作用的 “雙活”數據中心建設模式。本文通過分析現有“雙活”數據中心關鍵技術，從應用雙活、網絡雙活及數據雙活三個方面實現高校“雙活”數據中心服務模式建設研究。

關鍵詞：私有云;雙活;數據中心;

一.概述

被譽為第四次IT產業(yè)革命的云計算技術已經為我們的工作方式和服務模式帶來了根本性的改變。教育行業(yè)也順勢而為，利用虛擬化、效應計算、Saas、SOA等技術的不斷融合與發(fā)展，部署了高校私有云平臺，并將各種軟件服務和系統應用遷移到云環(huán)境中，通過虛擬化、自動化、并行計算、安全策略以及能源管理等新技術，實現業(yè)務服務的敏捷響應。

“雙活”數據中心以云計算技術架構為核心思想，使用“池”的概念，高度整合并充分利用高校信息資源。即區(qū)別于一個數據中心和一個災備中心的模式，“雙活”在兩個數據中心之間無明確的主-備之分，兩個數據中心（同機房或校園內不同機房間） 均為數據生產中心且互為備份，同時運行為用戶提供業(yè)務服務，包括主機和存儲均可分擔業(yè)務負載，因此稱為“雙活”[1]。

二.高校數據中心現狀分析

（1） 管理層重視程度參差不齊。云數據中心建設作為教育行業(yè)信息化建設的重要組成部分，涉及到高校各級管理部門，無論是建設初期還是后續(xù)數據更新，都必須得到高級管理者高度重視，并且對各級部門執(zhí)行情況嚴格把控。沒有高級管理層的統籌安排，就會因為管理者的重視程度不足，導致行政命令在上傳下達的過程中執(zhí)行力有所減弱，最終影響數據中心的建設效果。

（2） 傳統數據中心管理復雜，自動化程度低。按照傳統模式，所有業(yè)務系統均運行于獨立的物理服務器，如果增加新的業(yè)務則必須要購置新的物理服務器，則會出現機房空間短缺、服務器管理復雜及資費成本增加等問題。數據資源配置常需要人工方式，無法自動部署，大量的人力物力浪費在重復性的工作中。

（3） 資源利用率低。在傳統數據中心中，許多數據中心資源利用率都非常低。相關調查顯示，我國很多學校的數據服務器利用率低于15%。關鍵業(yè)務都設置了雙機熱備和雙存儲冗余，即只有一臺服務器和存儲在工作，而另一臺服務器和存儲一直在備用中，使得資源嚴重浪費。

（4） 信息“孤島”嚴重。沒有統一有效，安全穩(wěn)定的數據中心做支撐，系統整體架構就會形成信息“孤島”，導致業(yè)務系統不能橫向擴展。所有業(yè)務系統在物理上被隔離，在邏輯上也缺乏關聯，導致業(yè)務系統間缺乏信息互通。

（5） 數據安全級別低，容災能力弱。傳統數據中心大多采用集中布置方法，這種方法對于管理有一定益處，但是一旦發(fā)生災害會使得整個中心數據無法使用。在發(fā)生災害之后，由于許多數據中心沒有容災備份機制，很可能會使得數據永久性損失，帶來極其嚴重后的果。

三.數據中心建設原則

基于以上分析，高校在進行數據中心建設的過程中，必須滿足“六個統一原則”：即統一規(guī)劃、統一投資、統一標準、統一平臺、統一建設、統一管理。統一規(guī)劃可以避免重復建設;統一投資可以實現資金利用率;統一標準能避免因技術標準不同帶來的擴展困難;統一管理使同一崗位的技術人員技術儲備可以更專一，效率可以最大化。

以“六個統一原則”為前提，部署高校私有云中的雙活數據中心，確保一個數據中心出現故障，另外一個數據中心還能夠對外提供服務，此時業(yè)務的實時切換對用戶而言是無感知，業(yè)務幾乎不受任何影響。除此之外，兩個數據中心同時對外提供業(yè)務生產和災備服務，運行在“active-active”狀態(tài)，其服務能力是雙倍的，所有的資源都得到了有效利用，也在一定程度上節(jié)省了資金。

四.“雙活”數據中心網絡服務模式建設研究

“雙活”數據中心的建設首先要滿足三個條件，第一個是應用雙活，也就是說數據庫一定要實現雙活，第二個是網絡要雙活，業(yè)務網絡要保證能夠同時聯通兩個數據中心，第三個是數據要雙活，兩邊的數據要能夠實現被獨立使用[2]。

“雙活”數據中心以其更高的可靠性、服務能力和資源利用率，成為目前高校私有云數據中心結構下的最理想運行方式。實現了應用在兩個數據中心的“雙活”，在網絡層面，前端網絡對業(yè)務的感知能力和對應用流量的牽引是技術重點。要實現應用在兩個數據中心的“雙活”，應用系統對外的IP地址或DNS域名必須唯一?；诮】德酚勺⑷耄≧HI）的IP雙活模型和基于智能DNS 的全局負載均衡（GSLB）模型是最主要的兩種雙活模型[3]。

基于智能DNS 的全局負載均衡（GSLB）模型具有管理便捷、負載調度靈活、客戶端體驗效果佳、部署規(guī)模大、收斂時間設定方便等優(yōu)勢。采用智能DNS的GSLB方案，網絡拓撲、網絡路由、IP地址基本不需要改造。要求應用環(huán)境基于域名發(fā)布業(yè)務，同一應用可使用不同IP地址。

在基礎設施層，利用虛擬機監(jiān)視器或虛擬化平臺對服務器、存儲設備與網絡設備等硬件資源進行虛擬化，屏蔽各個網省公司和直屬單位千差萬別的硬件資源，以虛擬機為單位進行統一的自動化管理[4]，包括資源抽象、資源監(jiān)控、資源部署、負載管理與安全管理等，一方面可以提高資源利用率，另一方面使管理維護人員擺脫對服務器等硬件資源、操作系統與中間件的繁重管理工作，專注于虛擬機與業(yè)務系統的維護，從而簡化數據中心的管理與維護工作。

在云計算平臺層，以虛擬機為單位構建web服務器集群、應用服務器集群與數據庫服務器集群，作為數據中心的運行環(huán)境[5]。采用云計算的分布式文件系統、分布式數據庫管理系統、分布式數據處理系統、數據倉庫與數據分析工具實現智能電網海量數據的大規(guī)模存儲，為數據挖掘與輔助決策等高級應用提供高性能的分布式計算環(huán)境[4]。利用現有的企業(yè)服務總線實現安全生產、營銷管理、空間地理、狀態(tài)監(jiān)測以及新能源等智能電網業(yè)務系統的數據共享與應用集成。

五.結束語

利用高校私有云環(huán)境構建“雙活”數據中心，充分運用云計算、服務器虛擬化、存儲雙活及數據庫云平臺等技術和方法，在滿足業(yè)務連續(xù)性需求的前提下，最大限度地實現了資源的充分利用，保障了各應用系統在雙活環(huán)境中無感知切換，實現了數據的統一，業(yè)務系統的高可用性。隨著信息技術的不斷成熟以及用戶對信息安全的高度重視，未來“雙活”數據中心將會在各個行業(yè)發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1]涂暢，王海濱，鄭寶銘，師威.基于多活中心模式的存儲虛擬化和文件系統高可用平臺研究及建設[J].科技創(chuàng)新與應用，2018（03）：189-190+192.

[2]李鐵.云計算環(huán)境下企業(yè)私有云平臺安全架構的機理和實現[J].電子技術與軟件工程，2017，（2）：232-233.

[3]程東亮.基于GSLB的數據中心多活技術在銀行業(yè)的應用研究[J].互聯網天地，2018（02）：26-30.

[4]張學亮，等.基于VMware 軟件的虛擬環(huán)境及虛擬網絡[J].計算機與網絡，2014， 3.

[5]何錫點，馬桂勤.基于云平臺的數據中心改造架構設計及關鍵技術[J].網絡安全技術與應用，2018（12）：73-75.

作者簡介：

周云霞（1979-）女，漢，黑龍江省，助理研究員，碩士，研究方向：數據挖掘，信息安全，圖像識別，學情分析

資助項目：黑龍江省省屬本科高校東北石油大學引導性創(chuàng)新基金（2020YDL-21）;黑龍江省教育科學規(guī)劃重點課題（GJB1320041）;黑龍江省教育科學規(guī)劃2019年度校級規(guī)劃課題;黑龍江省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202010220113）