基于IT資源池智能優化配置系統構建電力企業“云端”IT資源服務

杭聰

一、引言

近幾年，作為虛擬化技術的延伸——云計算技術日益成熟，國內電力企業通過構建私有云滿足企業級應用在 IT資源管理、資源服務提供、計算性能優化、發布效率提升等方面的迫切需求。2015年前，公司利用虛擬化技術實現IT資源（計算資源、存儲資源）的“池化”，構建了基于X86架構服務器及統一存儲的虛擬化資源池，但在“云化”方面尚處空白。 隨著企業級關鍵應用系統規模和業務功能持續擴充、用戶規模的急劇增長，應用所配套的軟硬件環境日趨復雜。如何利用先進的云計算技術支撐并推動業務創新和發展，成為一個急需解決的問題。公司的IT資源管理和服務模式存在以下問題：

（1）各業務域的應用系統數量眾多，新業務不斷涌現，需要更多的軟硬件資源來支撐，因此對IT資源分配合理性、敏捷性、資源管理的靈活性等方面提出了更高要求。傳統的IT應用建設模式越來越難以支撐業務的迅猛發展。

（2）應用系統建設周期長、業務需求響應慢。IT項目建設所需的基礎設施，從立項、采購、實施到上線投運整個周期長達半年以上，難以在短期內滿足業務上線的要求。

（3）虛擬化資源池數量眾多，并且可能采用不同的虛擬化技術，每個資源池處于不同的安全子域并有各自的管理控制平臺，日常運維采用手工方式進行增量發布與運維管理時需切換不同的管理界面，運維效率低下。

（4）IT資源創建、變更、回收須通過公司IT運維管理系統中的工單審批流程實現，資源管理者受理后，由人工完成相應的資源分配，處理周期較長且需開設專職人員完成，時間緊迫的情況下可能還會有錯漏現象。

（5）IT資源利用率不高，存在浪費的現象。項目建設階段用戶為求穩妥，通常要求資源高配化，一旦分配并投運后，就難以根據實際消耗情況釋放這些資源，從而導致資源的大量浪費。

（6）應用系統集成階段主要依靠人工方式安裝平臺軟件，完成復雜的配置、安全加固及優化，不僅效率低下，耗時長，且存在人為誤操作的風險，集成工作的正確性和規范性難以得到保證。

為解決上述問題，IT資源池智能優化配置系統應運而生，旨在實現計算資源池的動態調配，提高資源利用率；實現跨地域多站點計算資源池管理；實現虛擬服務器、操作系統、平臺軟件的自動化“一鍵式”部署，為企業級應用提供PAAS級云服務；實現靈活編排復雜應用的部署流程；與IT服務管理系統聯動，為計算資源請求者提供私有云自助服務。

二、系統設計與實現

（一）架構設計

IT資源池智能優化配置系統通過三層技術架構實現，分別是基礎架構層、資源服務層和操作層。

基礎架構層：指計算資源、存儲資源、網絡資源組成的虛擬化資源池；

資源服務層：由OpenStack多個服務組件組成，分別是：負責計算服務的Nova組件、負責存儲服務的Cinder組件、負責鏡像服務的Glance組件、負責網絡服務的Neutron組件、負責監控服務的Ceilometer組件以及負責安全認證服務的Keystone組件。

操作層：操作層包含兩個核心組件——Horizon組件和Heat引擎，Horizon組件負責提供可視化界面服務，方便用戶使用；而Heat引擎則提供編排服務，當Heat 引擎接收到服務請求后，會把請求解析為各種類型的資源，每種資源都對應OpenStack 各類服務（如計算服務、網絡服務、存儲服務、鏡像服務），通過REST請求實現與各類服務組件的交互，由各類服務組件完成請求的響應，通過上述解析和協作，最終完成請求的處理。基于OpenStack的Heat編排服務，IT資源池智能優化配置系統開發實現了對虛擬機、中間件（含集群）、數據庫。

（二） 特色功能

1. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端數據庫（含集群）“一鍵”部署

基于Openstack Heat服務編排云端數據庫（含集群）的“一鍵式”自動部署功能，可代替傳統人工部署數據庫（集群）。以云端Oracle RAC集群一鍵部署為例，做法說明：首先利用操作系統腳本語言（shell或batch）編寫成“一鍵式”自動部署腳本，該腳本可以按照預設的步驟自動執行安裝，全程無需人工介入。預設步驟為： 推送構成集群的兩臺（或多臺）虛擬機，配置虛擬機參數（如主機名、IP等）→各虛擬機運行Oracle對應的操作系統依賴包安裝腳本→各虛擬機執行單機預安裝腳本后關閉→在各虛擬機上掛接共享磁盤，并啟動各虛擬機→在任一臺虛擬機上運行Oracle RAC一鍵部署腳本→其他虛擬機自動完成集群安裝及配置。相比于傳統安裝部署方式，Oracle集群安裝部署效率可提高60%以上，如圖1-2所示。

2. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端中間件（含集群）的“一鍵”部署

基于Openstack Heat服務編排云端中間件（含集群）的“一鍵式”自動部署功能，可代替傳統人工部署復雜中間件。以云端Weblogic中間件集群“一鍵式”自動部署方法為例，做法說明：獲取Weblogic安裝壓縮包→創建Weblogic安裝目錄；解壓Weblogic安裝壓縮包，獲取Weblogic安裝包→運行auto_install.sh子腳本→在主機上配置集群相關信息。相比于傳統，無需人工手動參與，提升安裝部署效率，規避人為誤操作，具體流程如圖1-3所示。

3. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端應用的“一鍵式”部署

基于Openstack Heat服務編排云端應用的“一鍵式”自動部署功能，可代替傳統人為部署復雜應用。成果建立了一套成熟的應用部署流程管理模型，將應用部署所涉及的中間件安裝、數據庫安裝過程以可復用組件的形式進行固化并整合到部署流程中。用戶在部署應用時，只需選擇數據庫類型和版本、中間件類型和版本并提供數據源文件和應用程序包，系統即可自動完成數據庫和中間件的包裝，數據文件導入，應用程序發布和數據源配置等一系列應用部署步驟。基于Openstack Heat服務編排云端應用的“一鍵式”自動部署流程如圖4所示。

4. 基于Openstack Rest API接口標準和企業級IT服務管理系統實現計算資源自助服務

基于Openstack Rest API接口和公司IT服務管理系統（簡稱ITSM）實現IT計算資源自助服務功能，可代替傳統人工分配計算資源。做法說明：ITSM通過Webservice或HttpClient方式將審批后的資源申請單信息傳遞至中間接口程序→中間接口程序對有效信息進行封裝→調用Rest API接口，將信息傳遞至服務流程組件，執行一鍵部署，發布資源→將處理結果反饋中間接口程序，中間接口程序反饋給ITSM。

5. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端安全主機的“一鍵式”發布

主機安全加固是企業信息安全防護重要手段之一，新的主機在投運前，需按照企業發布的安全基線要求進行加固，包括防火墻設置、操作系統賬號權限、密碼復雜度、服務項開啟或禁用等，安全加固工作量大且容易出現誤操作或遺漏。基于Openstack Heat服務編排云端安全主機的“一鍵式”自動部署的功能，可代替傳統人工對主機進行安全加固，具體做法是：利用操作系統腳本語言（shell、batch），根據公司安全基線要求逐條編寫安全配置腳本，形成一套加固腳本程序包。在發布虛擬機時，通過Openstack Heat服務編排功能調用該程序包，從而實現發布虛擬機時自動完成主機安全加固。

6. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端數據庫（含集群）的安全加固

數據庫安全加固是信息安全防護的重要手段之一，隨著企業對數據庫安全要求日益增加，其安全加固的工作量和難度也隨之增加。以Oracle11g的安全加固為例，其安全配置要求多達22項，包括賬號密碼驗證、數據字典配置、遠程訪問權限、敏感標簽設置等，這些配置工作難度大，對操作員的技能要求較高，而且容易出現誤操作。基于Openstack Heat服務編排云端數據庫（含集群）的安全加固功能，可代替傳統人工對數據庫進行安全加固，利用操作系統腳本語言（shell、batch），根據公司安全基線要求逐條編寫安全配置腳本，生成一個加固腳本程序包，在執行Oracle一鍵式部署腳本后，通過Openstack Heat服務編排功能調用該程序包，從而實現部署Oracle時自動完成安全加固，如圖6所示。

7. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端數據庫（含集群）的性能優化

數據庫性能優化是提升數據庫運行穩定性及效率的重要手段，對數據庫進行基礎性能參數配置優化，能更好的支撐企業級應用。以Oracle單機版為例，需優化的性能參數配置項達15條以上，Oracle集群的會更多。因此存在較大的工作量，而且對操作員的技能要求較高，也容易出現誤操作。基于Openstack Heat服務編排云端數據庫（含集群）的性能優化功能，可代替傳統人工對數據庫進行性能優化，做法說明：利用操作系統腳本語言（shell、batch），結合Oracle性能優化要求，逐條編寫性能優化配置腳本，生成一個性能優化腳本程序包。在執行Oracle一鍵式部署腳本后通過Openstack Heat服務編排功能調用該程序包，從而實現一鍵部署Oracle后自動完成性能優化，如圖7所示。

8. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端中間件（含集群）的安全加固

中間件安全加固是信息安全防護的重要手段之一，隨著企業對中間件安全要求日益增加，其安全加固的工作量和難度也隨之增加。以Tomcat安全加固為例，其安全配置要求多達14項，包括賬號密碼驗證、管理后臺端口配置、Web訪問協議、錯誤文件配置等，這些配置工作難度大，對操作員的技能要求較高，且容易出現誤操作。基于Openstack Heat服務編排云端中間件（含集群）的安全加固功能，可代替傳統人工對中間件進行安全加固，做法說明：利用操作系統腳本語言（shell、batch），在執行Tomcat一鍵式部署腳本后，通過Openstack Heat服務編排功能調用該程序包，從而實現部署 Tomcat時自動完成安全加固。

9. 基于Openstack Heat服務編排技術實現云端中間件（含集群）的性能優化功能

中間件性能優化是提升中間件運行穩定性的重要手段之一，對中間件進行基礎性能參數配置優化，能更好的滿足企業對中間件的性能要求。以tomcat單機版為例，其性能參數優化配置項超過10條，包括應用會話數配置、響應超時時間、運行內存等，tomcat集群版會更多，因此存在較大工作量，對操作員的技能要求更高，且容易出現誤操作。基于Openstack Heat服務編排云端中間件（含集群）的性能優化功能，可代替傳統人工對中間件進行性能優化，具體做法為：利用操作系統腳本語言（shell、 batch），根據公司安全基線要求逐條編寫性能優化配置腳本，生成一個性能優化腳本程序包，在執行tomcat一鍵式部署腳本后，通過Openstack Heat服務編排調用該程序包，從而實現部署tomcat時自動完成性能優化。

三、技術創新性

（一） 異構、跨域虛擬化資源池統一管理

目前，業界主流虛擬化技術主要包括VMware Exsi、KVM、IBM PowerVM/PowerVC、Citrix XenServer等，而電力系統常見虛擬化平臺包括VMware Exsi以及IBM的PowerVM ，存在不同虛擬化平臺采用不同的管理工具的問題，無法實現統一管理，給日常維護造成不必須要的麻煩，運維效率難以得到有效提升。IT資源池智能優化配置系統通過異構虛擬化管理引擎，實現上層虛擬化資源和服務管理平臺對虛擬化VMWare Exsi、Citrix XenServer、IBM小型機虛擬化PowerVC、XEN等多種虛擬化底層架構的統一管理，技術原理圖如2-1所示。

（二）數據庫和中間件自動安裝部署融合安全加固、性能優化

常見數據庫和中間件的安裝部署，傳統做法多為手工執行，人工成本高且安裝部署效率較低，易發生誤操作。本系統基于OpenStack Heat編排技術，利用普適性較強的腳本語言（shell、batchshell）編制自動化部署腳本，實現數據庫和中間件（含集群）的自動安裝部署。此外，數據庫和中間件的安全加固及性能基礎優化也通過shell、batchshell腳本語言編程實現，OpenStack Heat編排服務通過多個腳本之間的自動調用實現數據庫安裝、加固和基礎調優“一體化”，節省大量人力成本。

（三） 支持多中間件多數據庫類型的應用一鍵式自動部署

將應用系統部署的多個操作環節固化成工作流，用自動化腳本代替人工操作，實現數據庫、中間件的一鍵式部署，自動識別數據庫服務器的IP地址并配置應用程序的數據源，并在中間件上發布應用程序，級大提升應用發布效率，杜絕人工誤操作的風險。并具有完善的兼容性，可支持主流數據庫（Oracle、SQLserver、Mysql、達夢）和主流中間件或web服務器（Tomcat、Weblogic、IIS）的隨意組合發布應用。

（四） 基于OpenStack Rest API接口標準的資源請求自動響應方法

IT資源池智能優化配置系統提供基于OpenStack Rest API的標準服務接口，通過該API服務接口實現了與外部工單系統如IT服務管理系統的集成，實現IT資源申請的自動識別與分配，具體原理如下圖所示。該創新功能包括獲取單元、解析單元和傳遞單元，這三個模塊協同工作，分別用于獲取用戶導入的附件、對附件進行解析獲取有效數據、對解析到的有效數據傳遞給云平臺進行虛擬機的資源配置。該模塊為IT服務管理系統和IT資源池智能優化配置系統提供了順暢的數據交換服務，為虛擬機的自動配置過程提供了便利。

四、應用效果

2016年，成果在公司“開發測試”安全子域試點運行，為用戶提供IAAS、PAAS級資源服務。2017年，該成果推廣至公司其他安全子域，接管多個虛擬化資源池，管理虛擬服務器超過500臺。通過“一鍵式”自動部署功能發布虛擬服務器、平臺軟件及應用，面向企業級應用提供IT資源服務，普遍提高信息系統部署效率，極大縮短新建系統的建設周期，大幅減少系統集成費用，降低信息化建設成本。此外，還能有效避免人為操作錯誤，充分體現了自動化信息運維的優勢。同時也體現公司IT資源池集約化管理理念——消除物理邊界，提高資源利用率，利用計算資源的彈性伸縮特性，有效規避資源消耗過高導致應用運行不穩定的風險。確保服務器資源利用率達到最大化，降低硬件采購成本。自成果投入使用，運行穩定，功能和性能表現滿足要求，相關使用部門反映良好，實用性強，在管理和經濟方面亦獲得明顯成效。

一鍵自動化部署技術為主流數據庫、中間件及應用提供了全自動化部署服務，安裝部署效率相較傳統人工方式提升50%以上，實用化過程中經實測得到數據，如表3-1所示。

五、結 語

項目成果的應用，不僅解決了電網企業IT資源池管理分散、管理自動化程度低、設備利用率低等問題，而且推動了國內電力企業云計算技術研究與應用，促進了電力企業在IT資源集約化管理與自動化信息運維領域的技術進步。 同時在很大程度上提升IT資源利用率，降低信息化建設成本，節省人力成本支出，在電力及其他能源行業的推廣前景十分廣闊。