“互聯網+”背景下云計算基礎設施平臺建設的探索與實踐

鄭海勇

本文以省級單位數據中心建設云計算基礎設施平臺的探索實踐為例，探討云計算基礎設施平臺的建設思路，以期探索出一條特色的節能高效硬件管理現代化之路，為落實“互聯網+”行動及大數據應用提供重要基礎保障。

一、平臺搭建背景

隨著經濟的發展，現代數據中心規模不斷擴大，數據量隨之急速增長，計算存儲設備數量與規模呈幾何級別的增長，數據中心的維護與管理開始出現以下問題：

1.1服務器增長對機房容量消耗快

短短幾年間，服務器由原來的幾十臺迅速增長到了幾百臺，呈現出幾何級的增長速度，其他外設、存儲、網絡設備也快速增長，對機房空間和電力的消耗非常大。

1.2服務器部署管理難度大

應用系統往往要求在極短的時間內甚至需求當天完成計算機環境準備和部署，對服務器資源調撥提出了極高的管理要求，操作系統、軟件、應用、配置的重復安裝浪費了大量時間精力，使日常維護變得更為復雜繁瑣。

1.3服務器資源利用率低

據統計，目前數據中心小型機的利用率一般在10%到20%，服務器普遍低于3%。即便是在每月、每年的業務高峰期、高峰時段，業務的壓力主要在數據庫、小型機，而前端應用服務器CPU利用率一般也不高于10%，造成原本就不充足的服務器資源大量浪費虛置。

1.4硬件故障恢復時間長

目前大部分數據中心除了采取雙機熱備的少部分服務器和小型機外，設備一旦有任何硬件故障，都必須停機檢查、更換零件，耗費的時間少則半個小時，多則一兩天，直接影響到應用系統的可持續服務。

二、平臺搭建與管理的具體實踐

經過前期的摸索和測試，通過采取新、老結合的方式，對傳統基礎設施體系進行改造，積極探索搭建云計算基礎設施平臺，推動高效率、低能耗的綠色數據中心建設。

2.1前期調研籌備

在這個階段主要明確三點：平臺能做什么、需要做什么、該怎么建設。經過充分調研，確定了云計算基礎設施平臺的架構圖，如圖1所示，并決定先搭建底層的虛擬化平臺，為云計算基礎設施平臺奠定重要基礎。

2.2虛擬化平臺的搭建

虛擬化平臺按功能定位，細分為“測試應用集群”“核心內網應用集群…‘核心外網應用集群”，每個集群（cluster）由若干臺物理服務器組成。如圖2所示：

2.3虛擬化平臺的使用與管理

1.虛擬化平臺的使用。虛擬化平臺投入使用后，第一步是對舊平臺資源進行整合，淘汰老舊物理主機，將較重要的應用系統遷入到核心內網集群中，保障其性能與穩定性。第二步則從兩方面著手，一方面根據新應用系統的上線需求，將符合“準入標準”的新應用系統部署到虛擬化平臺中，另一方面對年代久遠、不能下線又無法重新部署的舊應用系統進行虛擬化遷移，下架故障率高的舊物理服務器，降低對機房的資源消耗和空間占用。2.虛擬化平臺的管理。當前采取的管理措施包括：一是虛擬機管理。登記每臺虛擬機的資源配置、運載應用系統、使用部門和使用人等資料，并及時升級操作系統的虛擬機模板，安裝漏洞補丁。二是硬件資源管理。跟蹤分析現有硬件資源消耗情況，提前增加硬件資源，并對物理服務器進行定期巡檢、修復故障。此外，監控虛擬機資源實際使用情況并動態調整每臺虛擬機的資源配置，提高資源使用效率。三是制度流程管理。建立虛擬化平臺巡檢制度、虛擬機增刪改流程、故障應急處理流程、性能監控分析報告制度，使虛擬化工作管理有據可依。

2.4虛擬化平臺成效初步凸顯

1.提高資源利用率，省電省錢省空間。目前物理服務器與虛擬機達到1：10的使用比例，即平均每臺物理服務器上能運行10個應用系統，直接節約物理服務器資源達90%，服務器數量的大幅減少，一方面節約了大量的服務器購置費用，另一方面有效降低了電耗和機房空間占有率。以100臺服務器的數據中心為例，使用云平臺后可節約39%的電力，節省約203平方米的空間。隨著虛擬化和云計算技術的進一步推廣使用，經費、電力和空間的節省效果將會更加明顯，利于推進節能省電綠色可持續發展。

2.提高系統可用性，稅收業務不間斷。除了完善的VDP數據備份保護外，平臺還實現了對應用系統的HA故障保護。經上百次的測試結果表明，故障服務器上的虛擬機能全部自動轉移到正常的服務器上，以保證應用系統不間斷。目前未出現因物理服務器故障而導致虛擬機服務中斷的情況。

3.資源優化再配置，系統提速又增效。據監測數據分析，調整后，以100臺虛擬機為例，可節約了18%的資源，物理服務器有效利用率從原來的61%提高到73%以上，各應用系統的運行效率也有了明顯提高。

4.延長軟件生命期，應用安全更穩定。利用虛擬機的熱遷移功能，將已使用較久、應用系統暫時又無法下線的舊服務器進行完整克隆、生成虛擬機，大大提高了信息應用的安全性和穩定性。

三、深化虛擬化和云計算應用探索的思考

1、完善優化“集群化”的構成模式。基于虛擬化平臺每個集群內的物理服務器型號配置相同，因此若配置不同時，可能導致大型虛擬機占用的資源可能是小型虛擬機的數倍，導致小型虛擬機的請求無法實時響應的情況，造成“性能下降”的假象。此外，越是多路多核的CPU、空間越大的內存，尋址時間偏長，影響小型虛擬機，并隨著虛擬機數量增加，矛盾隨之加劇。為此，需要進一步合理優化硬件資源，提高虛擬機實際性能。

2、合理部署“一對多”的業務模式。在設計虛擬化平臺時，必須考慮性能優化的問題，具體又分為兩種情況：功能相同性，即是幾個應用終端虛擬機的功能是相同的，就必須盡量將它們分散到不同的物理服務器上，分散風險，避免相互搶占資源。另一種情況是，功能連續性，即同一個業務系統的幾個應用終端相互之間要頻繁交流數據，應將它們都放到一個物理服務器上，避免占用物理網絡資源，提高數據交換效率。為此，在大型應用系統上線之前，系統管理員要加強對應用的了解，合理部署終端虛擬機，提高系統性能。

3、深入挖掘“可還原”的備份模式。基于虛擬機的熱遷移技術（VMotion）、HA技術、VDP備份技術、克隆和快照、Replication技術的技術缺陷，在未來需通過反復細致的研究和試驗，綜合運用虛擬化平臺的各種還原功能，使特殊應用系統的故障還原時間、數據丟失風險與資源占用達到最佳平衡點。

4、搭建應用“虛擬化”的開發環境。在未來逐步搭建起一個“虛擬化開發環境”平臺，安裝開發人員需要使用的所有開發工具，使應用系統從開發起就在虛擬化的環境中進行，降低應用系統在虛擬機環境中出錯的概率。

5、打造全新“云計算”的基礎環境。繼續深入探索存儲虛擬化、網絡虛擬化、物理設備與虛擬設備互融組合、計算資源規模化部署等，積極利用先進技術，對傳統IT基礎環境進行完善，為大數據時代創造一套基礎設備資源優化、互融、規模化部署管理的新模式，以技術革新開創“互聯網+”行動的新局面。