大連氣象云平臺設計

李永超， 程 航， 周麗麗， 張 悅

(1.遼寧省大連市氣象信息中心，遼寧大連 116001；2.遼寧省大連市氣象臺，遼寧大連 116001)

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大連氣象云平臺設計

李永超1， 程 航2， 周麗麗1， 張 悅1

(1.遼寧省大連市氣象信息中心，遼寧大連 116001；2.遼寧省大連市氣象臺，遼寧大連 116001)

摘要立足解決大連市氣象局數據中心面臨的IT運維管理難題，結合大連市氣象局的實際業務應用情況，討論了構建氣象云平臺的必要性和實際意義。通過分析云平臺的整體設計部分分層討論了各部分功能及特點，并對比分析傳統數據中心服務器及存儲管理方式，發現氣象云平臺能夠極大地降低IT中心TCO(總體擁有成本)、提高運營效率和提高服務水平，且實現了對舊硬件和操作系統的投資保護。

關鍵詞云計算；服務器虛擬化；氣象云平臺；設計

隨著國內氣象業務的不斷發展，越來越多的氣象業務系統依賴于數據中心的支撐，其中包括門戶網站系統和各類其他便民系統以及各類測試系統等，這些業務迅速發展給IT帶來很大壓力，服務器需求不斷增多，機房空間、電力成為瓶頸，導致應用所需服務器資源緊張，正常項目開展受到限制。在數據中心的建設過程中，隨著各種業務系統的建設和更新換代，每個業務系統均占用了大量的新舊服務器，其硬件利用率低下、管理復雜、運行成本居高不下等問題正逐漸顯現。由于傳統服務器的硬件和操作系統的綁定，使得服務器之間無法復用計算資源，只能通過為不同業務單元分別堆加服務器來滿足業務要求，隨著企業規模發展，顯然傳統模式的數據中心無法在快速響應和節省成本之間找到平衡點。為了應對這些壓力，人們開始尋求新的技術和管理解決方案[1]。

大連市氣象局數據中心作為數據資料密集型事業單位，信息化建設不斷發展，目前信息化網絡以信息中心為運營維護單位，覆蓋自動站采集、數值預報計算等多套業務系統，服務器資源龐大[2]。雖然大連市氣象局完成了對其數據中心的服務器虛擬化改造，大幅度提高云計算系統中資源和應用程序的效率和可用性，但僅僅完成服務器的虛擬化已經遠遠不能滿足各種業務對其數據中心的新需求，盡快地完成云計算建設是一件勢在必行的大事。在這種模式下，從管理和資源使用方面來講均存在諸多問題，如不斷增加的服務器數量導致耗能、制冷，甚至空間占用都十分巨大；資源共享困難，使得服務器利用率很低；氣象數據資料的迅猛增加，存儲資源成為一大難題。為此，筆者提出氣象云平臺的研究與設計，嘗試從根本上改變氣象業務系統的傳統部署方式，解決目前存在的種種問題。

1現狀分析

1.1需求分析目前大連市氣象局的磁盤陣列劃分孤立、分散，造成了磁盤陣列的浪費以及數據的高風險性，且十分不易于維護。隨著之后系統和數據量的不斷增加，這一現象將會持續加劇。服務器中，除了視頻服務器和下載服務器外，其他服務器的負載均非常小，遠沒有達到充分利用的狀態。雖然視頻服務器和下載服務器的負載相對較高，但也沒有充分發揮硬件平臺的資源效率。另外還有一些運行邊緣業務的服務器，由于設備老舊以及所在位置等原因，此次尚未統計在內。在存儲陣列方面，大連市氣象局數據中心的主要存儲設備及其相應系統的容量與使用率情況如下：①IBM DS4700陣列上，網管系統可使用的總容量為1 400 G，現已使用了800 G，使用率為57%；郵件系統可使用的總容量為1 950 G，現統計分析系統已使用了900 G，使用率為67%。人力資源系統可使用的容量已全部分配完畢。②IBM FastT600陣列上，庫存管理系統可使用的總容量為1 340 G，現已使用了1 340 G，使用率為100%；身份認證系統可使用的總容量為340 G，現已使用了170 G，使用率為50%。③IBM DS5020陣列上，視頻服務器可使用的總容量為1 540 G，現已使用了1 530 G，使用率為97%；防病毒系統可使用的總容量為270 G，現已使用了206 G，使用率為76%。④EMC CX3-40陣列上，財務系統可用總容量為941 G，現已使用了325 G，使用率為32%；移動站業務管理系統可用總容量為800 G，現已使用了270 G，使用率為34%；安全評估系統可用總容量為600 G，現已使用了305 G，使用率為51%。

通過對大連市氣象局服務器和存儲現狀的分析，目前IT基礎架構有以下幾個問題亟待解決：①資源孤立且利用率低下。現有數據中心中，計算、存儲以及網絡資源均是緊耦合的，也就是說數據中心內的IT建設是煙囪式的，根據客戶需求一個項目建設一套系統，這樣便形成了一個個的“項目孤島” 。這種系統牽一發而動全身，很難做任何改變，擴展起來要對系統進行重新設計。在這種環境下，系統之間無法相互通信，資源不能在整個數據中心里實時、動態調度與共享，這樣便使服務器與存儲以及網絡資源得不到充分利用，各種資源的利用效率全面低下。②服務器和存儲購置成本高，維護成本遞增。隨著應用的不斷增加，服務器數量也隨之增加，每年要支出高額購置費用，還有部分服務器已經過保修期，部件逐漸進入老化期，維護、維修預算費用也逐年增加[3]。③可用性低下。首先，幾乎每個應用服務器均是單機，如果某臺服務器出現故障，相對應的業務也將中斷。其次是當硬件需要維護、升級或出現硬件故障時，上層業務系統均會出現較長時間的中斷，影響業務的連續性，其中包括一些重要業務系統，一旦中斷服務影響很大，未來數據中心搬遷時會更加麻煩。④兼容性差。業務系統和應用遷移到其他服務器上時，需要考慮與舊系統關聯的兼容性。新的軟件包括操作系統和應用軟件無法運行在老的硬件平臺，而老的代碼有時候也很難移植到新的硬件平臺上。如由于各種資源數據庫不同公司分別開發，需要運行的軟硬平臺很多時候不能保證兼容。為節省時間、物力和保持系統部署的順利，只能用增加服務器單獨部署的方法來解決。

1.2云平臺創建的必要性虛擬化技術在一定程度上緩解了上述問題帶來的影響，如服務器虛擬化可以幫助數據中心減少物理服務器的數量，進而使企業在電源、散熱以及機房面積上節省巨大的成本。此外，它還可以減少數據中心UPS和網絡設備的費用以及所占用的空間，同時還可以大幅減少管理物理服務器的寶貴時間，提高部署服務器的效率。當前的企業環境中，IT的運營管理存在浪費、低效率等通病，傳統的管理模式無法滿足動態變化的虛擬化和云環境。傳統的垂直豎井式管理把特定應用和基礎架構捆綁在一起，這種方式脆弱且不便管理。為了增加業務敏捷性，許多企業希望縮短由豎井式的手動操作導致的冗長的服務響應時間，由于操作的不靈活，IT專家經常需要數天甚至數周來交付急需的資源和應用[4]。此外，業務系統應用的開發較以往任何時期都要發展迅速，功能每日都會更新，規模每小時都在改變，因此，用戶需求帶來的持續壓力使得業務應用系統面臨著變更不及時的問題。云平臺的業務應用系統需要實時訪問云基礎架構，而構建應用程序仍需管理員在各個虛擬機上分別安裝和配置應用程序組件，以便插入到應用體系結構中。在當下的云計算時代中，企業和組織需要更高效的應用部署方法。

2氣象云平臺整體設計

2.1整體架構

2.1.1服務器虛擬化層。由vCloud Suite所構建的云計算數據中心的整體概念架構(圖1)最底層是最基礎的服務器和網絡與安全虛擬化，該層是整個云計算數據中心的基石，用來實現對物理服務器以及相關聯的網絡與安全組件的虛擬化功能，對應的vCloud Suite產品組件是vSphere。

圖1　VMware vCloud Suite整體架構Fig.1　The overall framework of VMware vCloud Suite

2.1.2服務編排層。服務器虛擬化層之上是服務編排層，這一層可以對所支持的相關服務進行編排，協調多個系統以實現組合操作，從而避免在不同系統上執行多個單獨的操作。該層對應的產品組件是vRealize Orchestrator (vRO)，該組件目前打包在vCenter Server中，無需單獨購買。

2.1.3服務調配層。服務編排層之上是服務調配層，通過該層，客戶可以對通過自助式門戶和目錄向終端用戶提供的預定義基礎架構和桌面服務進行自動化調配，同時，它還可以調配和管理應用服務或部署用戶自己的PaaS。該層自身不具備虛擬化資源的能力，而是與底層虛擬化平臺協作，來提供調配和管理基礎架構、桌面和應用服務的能力。該層對應的產品組件是vRealize Automation (vRA)以及vRA企業版所包含的組件vRealize Automation Application Services。

2.1.4運維管理模塊。概念架構圖的右側是運維管理模塊，該模塊用來對整個云計算數據中心進行性能、容量以及應用依賴關系相關的管理。該模塊使 IT 部門可以獲得更好的可見性和可操作的智能信息，從而主動確保動態虛擬環境以及整個云計算數據中心中的服務級別、資源利用率優化和配置合規性。該模塊對應的產品組件是vRealize Operations。

圖 2　云平臺安裝流程Fig.2　The installation process of cloud platform

2.1.5可用性與災難恢復模塊。架構圖的最左側是可用性與災難恢復模塊，該模塊可以最大程度上提升云計算數據中心的可靠性、可用性和災難恢復的能力。該模塊對應的產品

組件包括vSphere的相關高可用機制，如vMotion、Storage vMotion、vSphere Replication以及災難恢復解決方案vCenter Site Recovery Manager。2.2簡單部署氣象云平臺的部署過程簡單來說分為4個步驟，首先是準備階段，需要整理軟件安裝包和數據等，接下來是安裝系統文件和數據庫，然后是安裝云管理平臺軟件(圖2)。

3小結

該研究立足解決大連市氣象局數據中心面臨的IT運維管理難題，結合大連市氣象局的實際業務應用情況，討論了構建氣象云平臺的必要性和實際意義。基于大連氣象云計算管理平臺的關鍵模塊展開研究，通過分析VMware vCloud Suite架構中服務器虛擬化、可用性與災難恢復、運維管理與服務調配等方面技術特點及優勢，并對比分析傳統數據中心服務器及存儲管理方式，發現氣象云平臺能夠極大地降低IT中心TCO(總體擁有成本)、提高運營效率和提高服務水平，且實現了對舊硬件和操作系統的投資保護。

參考文獻

[1] 王學芹.云計算安全問題研究與探討[J].科技與創新,2015(17)：41，45.

[2] 何明華.云計算環境下的信息處理技術[J].信息通信,2015,23(1):10-11．

[3] 臧勁松.基于云計算的實驗平臺設計[J].計算機時代,2015,18(12):80-81．

[4] 盧良進.基于云計算的電子商務服務模式研究[J].軟件導刊,2015,2(2):80-81．

作者簡介李永超(1982- )，男，河南原陽人，工程師，碩士，從事計算機應用技術研究。

收稿日期2016-04-29

中圖分類號S 16

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-196-02

Design of Dalian Meteorological Cloud Computing Platform

LI Yong-chao1, CHENG Hang2, ZHOU Li-li1et al

(1. Dalian Meteorological Information Center, Dalian, Liaoning 116001; 2. Dalian Meteorological Station, Dalian, Liaoning 116001)

AbstractBased on solving the problems of IT operation and maintenance faced by data center of Dalian Meteorological Bureau, combining with the actual situation, the necessity and practical significance for constructing meteorology cloud computing platform were discussed. Through analyzing the overall design of cloud computing platform, the functions and characteristics of each part were discussed. Traditional data center server and storage management mode were analyzed, it was found that meteorology cloud computing platform could significantly reduce TCO of IT center, improve operation efficiency and service level, realize the investment protection of old hardware and operating system.

Key wordsCloud computing; Server virtualization; Meteorological cloud platform; Design