電力云存儲池的管理系統的研究與實現

尚楓，董愛強，張劍，王國霞，張宏閣

（1.北京大學城市治理研究院，北京 100871；2.北京中電普華信息技術有限公司，北京 100192；3.北京科技大學自動化學院，北京 100083；4.北京德瑞恒安能源科技研究院有限公司，北京 100191）

1 引言

在智能電網的建設和“十二五”規劃提出的“三集五大”發展戰略的推動下，國家電網公司對云計算進行深入研究[1-4]，并于 2010年跨出了電力云建設的第一步——資源池的規劃和建設[5-9]。存儲資源池作為資源池數據存儲和數據備份的重要部分，在2013年資源池建設的版本上，提出了“兩級三類”的存儲池建設規劃和實施方法。即為滿足不同主機和不同業務數據的存儲需求，對整個存儲池進行了分級和分類規劃，形成了集中部署的一級存儲、滿足虛擬化存儲的二級存儲和分布式存儲的兩級三類的存儲池。

對電力企業的兩級三類的存儲池而言，它含有不同類別和不同性能的存儲資源，是一個規模龐大、資產歸屬多層組織架構、設備種類復雜且異構現象突出的儲蓄池，所以必須有一個“大腦”對上實現資源服務的統一封裝和服務化供應，對下實現對存儲資源的統一管理和調度，它保障存儲池的有效管理和可持續性運營，同時為企業業務應用的簡單使用提供有力保障[10,11]，這一“大腦”就是存儲池的管理系統。

本文在明確了電力云中兩級三類存儲池總體架構的基礎上，提出了針對該存儲池的管理系統應具備的功能特性，并根據兩級三類存儲池的特點，對管理系統的工作結構進行了設計分析，進而對存儲管理系統的總體架構進行了設計，并對總體架構中的各個功能模塊的實現進行了詳細的闡述。該管理系統不僅可以對電力云中存儲池的管理發揮了積極作用，還對其他企業乃至云計算系統的管理起到拋磚引玉的實踐作用。

2 存儲池管理系統的功能框架

2.1 電力云存儲池的總體架構

電力云存儲池總體架構具有“兩級三類”的存儲結構，即集中部署的一級存儲、滿足虛擬化存儲的二級存儲和分布式存儲的兩級三類的存儲池，如圖1所示。其中，一級存儲包括用于支撐業務應用系統所需要的存儲資源，主要滿足各類物理機池或小型機虛擬池對存儲的需求，由于這些主機規模較大、并發數高、數據類型復雜，因此選用高端集中式存儲；二級存儲包括用于支撐服務器虛擬化鏡像文件所需要的存儲資源，主要為滿足 x86虛擬化池虛擬映像對存儲資源的需求。

圖1 資源池存儲池的存儲結構

在兩級三類的存儲池中，存儲虛擬化池根據存儲資源的性能、可靠性，分為高端存儲資源池和中端存儲資源池，其中，高端存儲資源池主要用于高性能、高可靠需求的業務應用，中端存儲資源池主要用于高性能、高可靠需求和中等性能、高可靠需求的應用；分布式存儲池按照 I/O處理能力劃分為高I/O處理能力和普通I/O處理能力，其中，高 I/O處理能力的分布式存儲池主要用于高性能、中等可靠性需求和中等性能、中等可靠性需求的應用，普通 I/O處理能力的分布式存儲池則用于一般性能、中等可靠性需求的應用。

2.2 存儲池管理系統的功能框架

存儲池由存儲虛擬化池和分布式存儲池構成，對存儲池的管理可以分為存儲虛擬化池管理、分布式存儲池管理以及基于這兩種存儲池管理的統一存儲池管理，存儲池管理系統的功能框架主要包括如下內容。

（1）支持存儲的異構

存儲設備種類繁多，主流的國外存儲廠商有IBM、HP、EMC、HDS、NetApp等，國內有華為、浪潮等，存儲異構現象突出。在存儲管理領域中，由國際存儲工業聯合會（SNIA）制定的存儲管理主動性規范（SMI-S）是一個事實的標準，主流廠商參與了該規范的制定，并提供了相關的接口軟件。存儲管理模塊應當支持SMI-S協議，實現對異構存儲設備的支持。

（2）實現主動運維

在云計算環境中大量使用了存儲陣列和分布式存儲系統，設備節點很多，導致人工運維和被動運維都無法適用于云計算環境中。存儲管理系統應當變被動運維為主動運維，簡化運維管理難度，提升云計算服務水平。如在存儲虛擬化環境中，應當發現光纖鏈路潛在問題，主動預警潛在的故障點；在分布式存儲系統中，應當發現各個節點的潛在問題，及時發起數據的重新分布，避免服務級別降低甚至數據丟失。

（3）存儲池的統一管理

對存儲虛擬池和分布式存儲池進行統一管理，對池中的資源進行統一分配、使用和回收。如支持對存儲虛擬化設備的卷分配、映射和收回操作，支持對分布式存儲系統的文件系統、塊存儲和對象存儲的分配和回收操作。

（4）對資源的管理

首先對不同池中的異構存儲資源進行適配和控制，如容量管理、配置管理、性能管理等。然后提供標準化的資源管理接口，以方便對資源進行配置和控制。

（5）服務管理功能

針對不同的用戶，提供有針對性的服務管理，如報表管理等。

（6）應用展示功能

對存儲池中各個業務模塊進行統一封裝，針對不同用戶提供存儲資源的使用情況，提供普適、直觀、簡單、易用的使用接口。

3 存儲池管理系統的總體架構

3.1 存儲池管理系統的部署結構

根據電力云資源池中存儲池的架構分析和存儲管理系統的功能分析，存儲池管理系統的典型部署架構如圖2所示。

存儲管理系統需要把存儲陣列和光纖交換機的控制口接入網絡，出于安全考慮，可建立專有的存儲管理子網，將存儲管理所需的服務器放入存儲管理域。其中，若干臺作為數據庫服務器，若干臺作為存儲設備的接口機，存儲管理系統通過核心交換機連接到業務網絡。

在存儲的虛擬化中，由虛擬化設備（如國網現有環境中的HP/HDS高端虛擬化存儲）向下統一管理后端的中高端存儲，向上提供存儲虛擬化池，存儲管理模塊通過存儲管理協議對虛擬化存儲池進行管理。

在分布式存儲池中，由分布式存儲系統向下管理x86存儲服務器集群，部分存儲設備掛在x86集群中提供存儲空間；向上提供分布式存儲池。分布式存儲系統提供標準的存儲管理協議（如云數據管理接口或者Web services）等訪問接口，由存儲管理模塊進行管理。

存儲管理模塊整合存儲虛擬化和分布式的存儲接口，向云資源管理平臺提供統一的存儲池管理接口，該接口基于Web services協議，存儲池管理系統的管理架構如圖3所示。

圖3 存儲池管理接口架構

3.2 存儲池管理系統的邏輯架構

存儲池管理從邏輯上分為3個層次，從上到下依次為展現層、數據處理層和適配器，其邏輯架構如圖4所示。

（1）展現層

展現層提供了Web展現界面，包含存儲監控和運維管理兩個主要模塊。其中，存儲監控模塊包含告警管理、配置管理、拓撲管理、性能管理、容量管理、資產管理、報表管理、權限管理和系統管理。在系統功能中已經對告警管理、配置管理、拓撲管理、性能管理、容量管理、資產管理、報表管理分別進行了描述。

展現層也提供了數據訪問層的接口，可以對外提供頁面集成、單點登錄和Web services數據訪問。展現層對從數據庫獲取的數據進行展示，數據庫的內容完全由數據處理層進行管理。

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（2）數據處理層

數據處理層包含數據服務器和事件服務器，主要完成對 agent端發送的數據的采集和各個設備轉發的SNMP trap以及內部轉發的策略告警。事件服務器在接受告警的同時，也承擔了對告警事件的轉發和事件外部處理程序調用等功能。數據處理層從agent拿到數據后，經過數據處理，最終進入數據庫。

（3）適配器

適配器由各種各樣的agent組成，包含SMI-S agent、DS agent、SNMP agent、host agent、VM agent等組件，用于與存儲設備進行通信。存儲管理模塊提供了Web services接口與云資源管理平臺集成，并把收集的存儲設備告警、系統產生的預警轉發到云資源管理平臺進行統一處理。

4 存儲池管理系統的實現舉例

從以下幾個方面的實例闡述存儲池管理系統的實現情況，分別是基于業務的存儲管理及應用展示、基于資源的存儲管理及應用展示、報表及分析展示。

4.1 基于業務的存儲管理及應用展示

提供基于業務為視角的存儲管理方式，結合實際的業務分配和使用情況，提供多層次、多維度的基于業務的存儲管理。基于業務的存儲管理及應用展示見表1。

圖4 存儲池管理系統的邏輯架構

表1 基于業務的存儲管理及應用展示

其中，基于用戶實際業務需求的存儲管理模塊，用戶可以基于硬件將業務系統分組，分組后的邏輯關系交由程序自動運算并生成完整的業務邏輯拓撲，用戶可以在此基礎上進行修改和完善，并進行布局的保存，從而完成業務拓撲的創建工作。為了幫助用戶逐級深入地分析業務性能，該模塊提供了盡可能細化的分類，從服務器、內置磁盤、卷組、文件系統、HBA卡，到交換機、端口、存儲、存儲卷，所有信息都展示在頁面上并支持實時跳轉的性能分析，協助用戶快速定位瓶頸所在。該功能的展示接口如圖5所示。

圖5 基于業務熱點的存儲管理應用展示

4.2 基于資源的存儲管理及應用展示

該部分功能主要包括存儲配置管理、存儲性能管理、存儲告警管理、存儲拓撲管理、存儲管理門戶，基于資源的存儲管理及應用展示功能見表2。

4.3 報表和報表分析

表2 基于資源的存儲管理及應用展示功能

表3 報表和報表分析功能

5 結束語

繼2013版電力云資源池建設之后，國家電網公司建設了自有的兩級三類存儲池，本文針對該存儲池的情況，對存儲池的管理系統進行研究，對管理系統的結構部署進行設計，并提出了分層的管理系統總架構設計，詳細介紹架構中各層功能。本文還詳細闡述了管理系統的各種功能實現及各功能模塊的詳細作用。該存儲池管理系統的研究和實現不僅極大地推動了電力企業云計算的發展，還可以為其他企業云計算技術的應用和實施提供很好的借鑒。

存儲池是電力云資源池的一部分，資源池向電力企業提供多功能、系統更加復雜的資源，研究和實現針對整個資源池的管理系統是本文進一步的目標。

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