面向電力系統(tǒng)的混合云業(yè)務(wù)架構(gòu)研究

◆權(quán)鵬宇耿貞偉李少華

（1.昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院 云南 650504; 2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心 云南 650217）

面向電力系統(tǒng)的混合云業(yè)務(wù)架構(gòu)研究

◆權(quán)鵬宇1耿貞偉2李少華1

（1.昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院 云南 650504; 2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心 云南 650217）

本文在研究了混合云資源管理基礎(chǔ)上提出了混合云的資源配給、業(yè)務(wù)容災(zāi)和運(yùn)維理研究，首先介紹了混合云在電力系統(tǒng)應(yīng)用的整體架構(gòu)，其次對(duì)業(yè)務(wù)遷移的判定提出業(yè)務(wù)資源分配方法，通過(guò)確定業(yè)務(wù)QoS權(quán)重值判定業(yè)務(wù)遷移情況，提出了對(duì)混合云的運(yùn)維管理的一些建議和方案，通過(guò)統(tǒng)一的混合云管理平臺(tái)和API接口的彈性調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)云平臺(tái)管理，在混合云運(yùn)維上以SLA約束為基礎(chǔ)制定資源調(diào)度的方法以及保證云平臺(tái)的運(yùn)維效率。

混合云; 資源分配; 云災(zāi)備; 運(yùn)維管理

0 前言

隨著信息技術(shù)和智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)和信息量的不斷增長(zhǎng)，云計(jì)算與云存儲(chǔ)技術(shù)在電力系統(tǒng)內(nèi)部也得以獲得廣泛應(yīng)用，在快速構(gòu)建不同計(jì)算環(huán)境和存儲(chǔ)環(huán)境下，使得滿足不同用戶對(duì)于不斷變化的業(yè)務(wù)需求成為了可能，為智能電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展無(wú)疑提供了長(zhǎng)久的發(fā)展前景。云服務(wù)模式遠(yuǎn)期需要全面實(shí)現(xiàn)混合云建設(shè)及運(yùn)營(yíng)，在確保企業(yè)級(jí)應(yīng)用安全、可靠運(yùn)行前提下，充分利用公司私有云資源、社會(huì)公有云資源進(jìn)行企業(yè)級(jí)應(yīng)用部署，實(shí)現(xiàn)由私有云逐步向混合云轉(zhuǎn)變。

混合云是數(shù)據(jù)中心的新IT形態(tài)，混合云與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)目標(biāo)是一致的，都是為企業(yè)提供IT服務(wù)。運(yùn)維人員的職責(zé)保障IT服務(wù)的質(zhì)量，圍繞服務(wù)等級(jí)協(xié)議SLA展開(kāi)各種運(yùn)維活動(dòng)。然而在運(yùn)維技術(shù)、管理模式、財(cái)務(wù)流程、服務(wù)分級(jí)、業(yè)務(wù)要求、運(yùn)維職責(zé)劃分等方面兩者又有所不同。

1 混合云架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 混合云總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在管理混合云方面，目前業(yè)界有著較為成熟的技術(shù)和框架，通過(guò)基于OpenStack技術(shù)并結(jié)合系統(tǒng)/應(yīng)用監(jiān)控、流程管理、服務(wù)體系等傳統(tǒng)技術(shù)和管理領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建混合云計(jì)算管理平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心IaaS云計(jì)算環(huán)境的中央管理控制，總體上該平臺(tái)包括了如下三層：

資源層：按照“計(jì)算+存儲(chǔ)+網(wǎng)絡(luò)+虛擬化軟件”,通過(guò)面向云計(jì)算的服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等集中搭建一套基礎(chǔ)資源池環(huán)境，支持業(yè)務(wù)系統(tǒng)快速部署與應(yīng)用遷移。通過(guò)云管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與資源的精確匹配，滿足各租戶的組織管理與業(yè)務(wù)流審批，及對(duì)租戶申請(qǐng)的資源進(jìn)行自動(dòng)化編排與交付。即實(shí)現(xiàn)IaaS基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)。

平臺(tái)層：向各級(jí)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一的應(yīng)用開(kāi)發(fā)測(cè)試環(huán)境和應(yīng)用運(yùn)行部署環(huán)境，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的認(rèn)證授權(quán)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)與跨平臺(tái)的開(kāi)發(fā)及運(yùn)行環(huán)境，保證未來(lái)業(yè)務(wù)應(yīng)用后臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)一、架構(gòu)統(tǒng)一，為跨平臺(tái)部署及電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享提供基礎(chǔ)。即實(shí)現(xiàn)PaaS平臺(tái)云服務(wù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：對(duì)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一開(kāi)發(fā)和部署，基于系統(tǒng)平臺(tái)提供應(yīng)用服務(wù)。

2 業(yè)務(wù)資源分配

混合云資源利用與分配的評(píng)估方法，是通過(guò)采集業(yè)務(wù)所屬物理資源與虛擬資源的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)建模的方法來(lái)分析歷史數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)所需QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）建模定性，依據(jù)所得數(shù)值評(píng)估公有云/專有云服務(wù)提供商所提供的云服務(wù)，當(dāng)公有云/專有云所提供云服務(wù)評(píng)估資源環(huán)境QoS＜私有云資源環(huán)境QoS時(shí)，則業(yè)務(wù)不適合遷移至公有云，仍保留在私有云內(nèi)部; 在兩端所得值相等的情況下，再評(píng)估私有云業(yè)務(wù)所需資源的使用費(fèi)用與公有云云服務(wù)租賃費(fèi)用，當(dāng)公有云云服務(wù)租賃費(fèi)用≥私有云業(yè)務(wù)資源使用費(fèi)用時(shí)，則業(yè)務(wù)仍不適合遷移至公有云，建議保留在私有云內(nèi)部; 只有當(dāng)公有云云服務(wù)租賃費(fèi)用＜私有云業(yè)務(wù)資源使用費(fèi)用時(shí)，且業(yè)務(wù)所需資源QoS在私有云資源環(huán)境≤公有云資源環(huán)境時(shí)，業(yè)務(wù)混合云架構(gòu)部署可行性成立，建議業(yè)務(wù)遷移至公有云/專有云。

2.1 定義業(yè)務(wù)QoS

業(yè)務(wù)的資源需求是多樣的，有可能是多種QoS參數(shù)的集合，可以由企業(yè)按實(shí)際業(yè)務(wù)情況自己定義。資源參數(shù)也可以由多個(gè)參數(shù)來(lái)表述，這些參數(shù)包括性能特征如CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)空間、帶寬、IO存儲(chǔ)率、故障、資源費(fèi)用等，本文中以主機(jī)資源的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、帶寬、費(fèi)用五個(gè)特征（實(shí)際上可以選取多于五個(gè)特征）為例。業(yè)務(wù)QoS需求與虛擬機(jī)性能之間的映射是多樣的，這種映射可以通過(guò)人工來(lái)完成,也可以通過(guò)給定的算法自動(dòng)完成。

2.2 效益資源對(duì)比權(quán)重

結(jié)合業(yè)務(wù)歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)需求QoS與資源參數(shù)的映射可得到私有云業(yè)務(wù)健康運(yùn)行所必須的資源（比如多個(gè)Core的CPU和多個(gè)G的內(nèi)存），建立業(yè)務(wù)健康運(yùn)營(yíng)基線。

計(jì)算私有云業(yè)務(wù)健康度基線值S=[S1+S2+S3+S4]，其中S1～ S4仍以CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、帶寬四個(gè)特征為例。

相同資源規(guī)格考察公有云/專有云服務(wù)提供商的軟件件資源環(huán)境，計(jì)算公有云業(yè)務(wù)健康度基線值G=[G1+ G2+G3+G4]。

在相同數(shù)量/不同資源規(guī)格配置下，公有云業(yè)務(wù)健康基線值低于私有云業(yè)務(wù)健康度基線值時(shí)，需要增加購(gòu)賣公有云資源數(shù)量，直至雙方業(yè)務(wù)健康度基線值趨于相等; 如公有云資源規(guī)格無(wú)法通過(guò)增加數(shù)量滿足私有云資源規(guī)格時(shí)，則業(yè)務(wù)判定不能遷移至混合云架構(gòu)。

3 混合云運(yùn)維管理

3.1 混合云管理原則

3.1.1 統(tǒng)一的混合云管理平臺(tái)

統(tǒng)一集成私有云與公有云的管理，能夠做到在一個(gè)平臺(tái)上對(duì)混合云資源統(tǒng)一申請(qǐng)、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一監(jiān)控。

3.1.2 按應(yīng)用角度管理云資源

在公有IaaS服務(wù)提供商的控制臺(tái)中，資源都是以類型，地域?yàn)榫S度進(jìn)行管理，如果應(yīng)用類型多、使用資源復(fù)雜，那么管理起來(lái)很不方便。混合云管理平臺(tái)提供以應(yīng)用維度進(jìn)行資源管理的視圖，方便用戶從業(yè)務(wù)應(yīng)用的角度組織所有用到的云資源。

3.1.3 自動(dòng)彈性資源伸縮

通過(guò)云API實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速橫向擴(kuò)張及收縮，無(wú)需人工干預(yù)，從容應(yīng)對(duì)峰值。

3.2 混合云運(yùn)維應(yīng)用

云服務(wù)商在規(guī)劃運(yùn)維架構(gòu)時(shí)需關(guān)注如下幾個(gè)主要因素。

3.2.1 云用戶的服務(wù)需求

對(duì)未來(lái)云業(yè)務(wù)運(yùn)行過(guò)程中云用戶可能產(chǎn)生的服務(wù)需求進(jìn)行分析，并進(jìn)行業(yè)務(wù)分類，確保后續(xù)架構(gòu)的流程能快速響應(yīng)，并有對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)責(zé)任人對(duì)此類業(yè)務(wù)的最終結(jié)果負(fù)責(zé)。

3.2.2 云服務(wù)SLA與運(yùn)維SLA

通過(guò)對(duì)云服務(wù)的SLA進(jìn)行分析制定運(yùn)維SLA，再與受理的各服務(wù)需求相匹配，確保各組織和流程的設(shè)置可以確保云服務(wù)SLA的落地。

3.2.3 現(xiàn)在運(yùn)維資源和運(yùn)維流程體系

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有運(yùn)維資源和運(yùn)維流程體系分析，找出能力差距和優(yōu)勢(shì)，充分利用自身資源和周邊資源，確定可承受的運(yùn)維投入，快速進(jìn)行組織變革。運(yùn)維組織架構(gòu)可分為L(zhǎng)1/L2/L3三級(jí)，按照業(yè)務(wù)類型分為云服務(wù)業(yè)務(wù)、云基礎(chǔ)架構(gòu)和云運(yùn)維質(zhì)量三種不同的業(yè)務(wù)流。

4 結(jié)語(yǔ)

混合云結(jié)合了私有云安全、穩(wěn)定以及公有云靈活、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)云計(jì)算的研究熱點(diǎn)。混合云讓用戶既可以通過(guò)已有IT資源和流程確保數(shù)據(jù)庫(kù)性能和穩(wěn)定性，同時(shí)能經(jīng)濟(jì)高效地滿足新應(yīng)用的高并發(fā)處理能力、海量查詢、激增流量需求。混合云能減少測(cè)試開(kāi)發(fā)IT投資管理開(kāi)支，并同時(shí)提高開(kāi)發(fā)效率，滿足開(kāi)發(fā)者的對(duì)開(kāi)發(fā)測(cè)試應(yīng)用環(huán)境的靈活、動(dòng)態(tài)的需求。相對(duì)于傳統(tǒng)應(yīng)用，新應(yīng)用更多部署在云計(jì)算環(huán)境，通過(guò)混合云，不僅可以大幅度降低測(cè)試環(huán)境所需要的高并發(fā)、激增流量、高可擴(kuò)展性的需求，還能提高應(yīng)用的生命周期管理效率，并能大幅度減少閑置持有資源，降低總IT 成本。

本文通過(guò)云間網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸功能的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，構(gòu)建企業(yè)私有云與公有云之間的資源調(diào)度通道，進(jìn)行混合云模式下的云基礎(chǔ)環(huán)境構(gòu)建和未來(lái)運(yùn)維方式研究，同時(shí)提出了一種業(yè)務(wù)資源分配方法，判定業(yè)務(wù)是否能遷移到混合云，同時(shí)支持公有云的運(yùn)行環(huán)境可以回遷至私有云，保持相關(guān)配置不會(huì)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)在混合云模式下的兩種服務(wù)模式間的資源動(dòng)態(tài)調(diào)度，并結(jié)合IT服務(wù)管理流程，構(gòu)建了電力系統(tǒng)混合云資源池運(yùn)維管理流程，為云計(jì)算平臺(tái)的運(yùn)維提供了管理實(shí)踐案例。

[1]王棟，芮平亮.云霧環(huán)繞的數(shù)據(jù)中心全景剖析[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2011.

[2]康東明，吳建國(guó)，于微偉.面向服務(wù)災(zāi)備平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2011.

[3]嚴(yán)金瑤.基于虛擬化技術(shù)的云計(jì)算框架設(shè)計(jì)研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2013.

[4]劉軍.基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)災(zāi)備關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2011.

[5]Sun.Xin.et a1.Muhi—dimensional Resource Integrated Scheduling in a Shared Data Center[C]. Distributed Computing Systems Workshops（ICDCSW）,2011 31stInternational Conference on IEEE,2011.

[6]Falkenauer E.A hybrid grouping genetic algorithm for bin packing[J].Journal of Heuristics,2010.

[7]耿貞偉，白楓.電力企業(yè)私有云實(shí)踐研究和運(yùn)營(yíng)模式探索[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015.

[8]劉楊.云計(jì)算與數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2015.

表1 幾種安全機(jī)制對(duì)比

通過(guò)Navicat for MySQL客戶端分別以常規(guī)（SHA-1）、SSL和SSH方式連接MySQL服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)同步和查詢操作。記錄了10組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，見(jiàn)表格2。從平均連接時(shí)間來(lái)看，相對(duì)SHA-1而言，SSL次之，SSH

表2 Naviact for MySQL連接MySQL服務(wù)器平均時(shí)間比較（單位s）

下降比較嚴(yán)重。

4 結(jié)語(yǔ)

MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的安全涉及到方方面面。從內(nèi)部機(jī)制來(lái)看，數(shù)據(jù)庫(kù)文件、身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)傳輸?shù)劝踩@得尤為關(guān)鍵，相應(yīng)地要分析文件層、密碼加密和通訊協(xié)議層等方面的安全策略。引入SSL安全協(xié)議或SSH通道，安全性方面較常規(guī)SHA-1有提升。但由于身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密等方面的機(jī)制不同，性能上也有差異。SSL可能更適合于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的MySQL連接比較少的那些應(yīng)用，而SSH隧道可能更適合于高度動(dòng)態(tài)短時(shí)間MySQL連接環(huán)境。MySQL服務(wù)器雖然內(nèi)置了SSL功能但還是要編譯openssl，而SSH隧道需要單獨(dú)安裝安全層，都有各自的維護(hù)開(kāi)銷成本，而且性能上會(huì)有所下降。因此，要結(jié)合實(shí)際情況，合理地選擇合適的安全機(jī)制，在安全和性能方面取得平衡。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮登國(guó)，張敏，李昊.大數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2014.

[2] Harrington A，et al.Cryptographic access control in a distributed file system[A].Proceedings of the Eighth ACM Sym posium on Access Control Models and Technologies[C].Com o，Italy，2003.

[3]袁春，文振焜，張基宏，鐘玉琢.基于密碼學(xué)的訪問(wèn)控制和加密安全數(shù)據(jù)庫(kù)[J].電子學(xué)報(bào)，2006.

[4]楊樹(shù)國(guó)，薛凱.關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)登錄密碼的安全性研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2010.

[5]楊曦，賈古麗，羅平.云時(shí)代下的大數(shù)據(jù)安全技術(shù)[J].中興通訊技術(shù)，2016.

[6]馮勤群.大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)庫(kù)安全保障體系研究[J].軟件導(dǎo)刊，2013.