摘要：本文認(rèn)真分析了當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展遇到的主要問題，并以有效的解決、應(yīng)對這些問題為目的，設(shè)計了云計算平臺建設(shè)應(yīng)用方案。在虛擬化的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲等基礎(chǔ)設(shè)施資源，作為云計算服務(wù)資源發(fā)布。通過實(shí)踐，進(jìn)一步檢驗(yàn)了云計算平臺解決當(dāng)前數(shù)據(jù)中心遇到的主要問題、增強(qiáng)高校數(shù)據(jù)中心服務(wù)和保障教學(xué)的能力。

       當(dāng)前軍隊(duì)院校信息化建設(shè)的應(yīng)用發(fā)展，對于進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺服務(wù)保障教學(xué)的能力提出了新的需求。相對于傳統(tǒng)的IT架構(gòu)，“云計算”代表著未來網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式的發(fā)展方向，她的獨(dú)特優(yōu)勢在于高性價比、易于擴(kuò)展、高可靠性、模塊化、管理方便快捷，能夠更好地滿足軍隊(duì)院校信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，是未來軍隊(duì)院校信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)模式一個較好的選擇。但同時我們應(yīng)該看到，軍隊(duì)院校的云計算應(yīng)用建設(shè)，必須結(jié)合自身實(shí)際，準(zhǔn)確把握自身需求，能夠解決當(dāng)前院校教育信息化發(fā)展建設(shè)過程中遇到的實(shí)際問題，使得云計算應(yīng)用真正的“落地”，才能去實(shí)現(xiàn)更好的效益。

　　一、云計算數(shù)據(jù)中心建設(shè)的目的

　　解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心在服務(wù)保障教學(xué)過程中遇到的實(shí)際問題，突破傳統(tǒng)計算中心的瓶頸，是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展迫切的需求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)主要采用分散式架構(gòu)，即各應(yīng)用使用獨(dú)立的服務(wù)器，Web、Mail、OA系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份等各個應(yīng)用間相互獨(dú)立。隨著信息化建設(shè)規(guī)模的發(fā)展壯大，數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、服務(wù)器、存儲等設(shè)備越來越多，一些問題也開始顯現(xiàn)，主要集中在四個方面：硬件資源效率低、總體擁有成本高;空間環(huán)境、能源消耗等運(yùn)維管理成本高;業(yè)務(wù)部署流程環(huán)節(jié)多、上線周期長，靈活性差;業(yè)務(wù)連續(xù)性保障差、數(shù)據(jù)可靠性弱。

　　1.硬件資源效率問題低、總體擁有成本高

　　對我院數(shù)據(jù)中心主要服務(wù)器的使用效能評估的結(jié)果顯示，大部分服務(wù)器的效能不高。以CPU使用率為例，選取具有代表性的學(xué)院門戶網(wǎng)站、數(shù)字校園門戶、學(xué)科專業(yè)網(wǎng)站等服務(wù)器進(jìn)行評估，在工作時間每5分鐘進(jìn)行一次采樣，數(shù)據(jù)連續(xù)采集5個工作日，對數(shù)據(jù)采集結(jié)果進(jìn)行匯總分析，得出CPU資源消耗平均值為3.739%，平均CPU使用率最高位9.916%，最低僅為0.339%。結(jié)果如表1所示。　　

由統(tǒng)計分析結(jié)果可知，在現(xiàn)有條件下，單個服務(wù)器的資源利用率較低，通常在10%以下，各應(yīng)用系統(tǒng)煙囪式發(fā)展，未能實(shí)現(xiàn)資源有效利用。

　　2.空間環(huán)境、能源消耗等運(yùn)維管理成本高

　　學(xué)院信息管理中心通過機(jī)房動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到，目前中心機(jī)房服務(wù)器、存儲等80余臺IT設(shè)備用電功率約為20千瓦，峰值接近26千瓦，日平均耗電約為480度。中心機(jī)房目前部署的大多是傳統(tǒng)的2至4英寸的機(jī)架式服務(wù)器，整體散熱量較大，夏季需3臺30千瓦精密空調(diào)同時工作才能滿足需要。加上UPS、新風(fēng)系統(tǒng)以及人力資源消耗等，數(shù)據(jù)中心維護(hù)整體開銷比較大。目前中心機(jī)房有各部、系托管設(shè)備35臺，已經(jīng)占到機(jī)房內(nèi)全部設(shè)備的43%左右，而且托管設(shè)備規(guī)模有不斷擴(kuò)大趨勢。隨著設(shè)備數(shù)量的不斷增加，對機(jī)房條件和運(yùn)維人員都提出了更高的要求，節(jié)能、環(huán)保、易管理將是下一階段數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展必須關(guān)注的問題，傳統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)維模式必須做出改變。

　　3.業(yè)務(wù)部署流程環(huán)節(jié)多、上線周期長，靈活性差

　　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式，按照“應(yīng)用隔離”的原則每增加一項(xiàng)應(yīng)用就需要增加一臺設(shè)備，業(yè)務(wù)應(yīng)用上線周期長，這種做法逐漸不能適應(yīng)院校當(dāng)前快速增長的信息化應(yīng)用需要。主要原因是，近幾年，隨著教育信息化應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)了許多周期短、工作節(jié)奏比較緊湊的應(yīng)用系統(tǒng)保障任務(wù)。例如，“2110工程”項(xiàng)目申報系統(tǒng)，我院承辦的天津市國防生政治理論基礎(chǔ)考試相關(guān)在線考試系統(tǒng)的部署保障，總后優(yōu)秀軍事訓(xùn)練數(shù)字媒體資源評選獎勵活動等。經(jīng)常是從任務(wù)下達(dá)，到系統(tǒng)部署完成運(yùn)行只有數(shù)周、不到一個月準(zhǔn)備時間。在現(xiàn)有模式下，須申請經(jīng)費(fèi)、按規(guī)定進(jìn)行招標(biāo)采購、系統(tǒng)部署安裝調(diào)試，時間是非常緊張的。并且某些系統(tǒng)，如國防生政治理論基礎(chǔ)考試系統(tǒng)，對于服務(wù)器的配置要求比較高，但系統(tǒng)使用時間只有2天，保障任務(wù)完成后，一年中的大部分時間都處于閑置狀態(tài)。以現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心環(huán)境，應(yīng)對起來比較困難。

　　4.業(yè)務(wù)應(yīng)用保障連續(xù)性差、數(shù)據(jù)可靠性弱

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心備份方式，存在恢復(fù)時間長，失敗風(fēng)險高，不保護(hù)硬設(shè)備、數(shù)據(jù)損失時間太長等缺陷。根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)查，信息系統(tǒng)可能遭遇的各類災(zāi)難中，有47%是硬件級別的故障，例如：主板、RAID控制器、網(wǎng)卡、內(nèi)置/外置存儲等設(shè)施出現(xiàn)問題，還有高達(dá)53%的災(zāi)難成因是“軟”錯誤，例如：數(shù)據(jù)誤刪除、黑客/病毒攻擊、系統(tǒng)崩潰、打補(bǔ)丁造成不穩(wěn)定等等。磁帶備份、基于磁盤的備份、Cluster/HA等傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制對于上述災(zāi)難都只能提供有限的保護(hù)。相對于OA、MAIL等系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用的組織安排時間固定、時間長短有限制，課程安排對于業(yè)務(wù)應(yīng)用的連續(xù)性、一旦發(fā)生故障的數(shù)據(jù)恢復(fù)時間有著一定要求。業(yè)務(wù)應(yīng)用保障連續(xù)性差、數(shù)據(jù)可靠性弱在一定程度上限制著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的全面發(fā)展，目前還主要應(yīng)用于自學(xué)。為了促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，需要能夠全面覆蓋所有“軟”錯誤和“硬”故障的資源使用、調(diào)度和備份機(jī)制。

　　解決上述四個問題是下一步學(xué)院云計算平臺建設(shè)的首要任務(wù)，在此基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了自助服務(wù)和資源的池化，能夠做到資源靈活調(diào)度，更好地保障學(xué)院各項(xiàng)信息化建設(shè)不同的需要。

　　二、云計算平臺建設(shè)方案設(shè)計

　　1.云計算平臺物理資源建設(shè)

　　采用高端刀片服務(wù)器作為云計算平臺的計算基礎(chǔ)。刀片服務(wù)器計算密度更高、機(jī)房要求降低、功耗散熱低、布線簡單、可靠性較高、管理方便、擴(kuò)展靈活，更加符合于虛擬化、云計算的管理服務(wù)理念。

　　考慮部分老舊服務(wù)器更新?lián)Q代的需要，結(jié)合未來新應(yīng)用的需要，對云計算平臺的計算資源規(guī)模進(jìn)行預(yù)測。以一般應(yīng)用CPU主頻2GHz、內(nèi)存4GB標(biāo)準(zhǔn)計算，特殊應(yīng)用CPU主頻8GHz，內(nèi)存64GB計算，并預(yù)留20%峰值爆發(fā)計算能力，預(yù)估今后五年計算能力需求翻一番。計劃采用一組10片高性能刀片式服務(wù)器，作為云計算硬件計算平臺的核心，單臺刀片服務(wù)器配置為：2顆CPU，8核，每核心主頻2.6GHz以上，內(nèi)存256GB。每服務(wù)器配置雙萬兆網(wǎng)卡、雙8G HBA卡。刀片機(jī)箱內(nèi)所有部件均要求實(shí)現(xiàn)冗余，所有模塊均可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理配置。預(yù)計建成后可支撐虛擬應(yīng)用100個以上。

　　應(yīng)用虛擬化技術(shù)，建設(shè)集中的存儲系統(tǒng)。按照服務(wù)對象劃分，存儲資源劃分為兩部分：一部分主要是服務(wù)于業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的高速存儲，這部分存儲應(yīng)能夠滿足部署操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等較高的性能要求，為所有刀片服務(wù)器共享，是實(shí)現(xiàn)冗余熱備、負(fù)載均衡，虛擬機(jī)遷移的基礎(chǔ)。以每刀片2TB計算，預(yù)估高速存儲需求容量為20TB。另外一部分在虛擬化基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)存儲空間擴(kuò)展，主要功能是提供面向業(yè)務(wù)應(yīng)用和普通用戶的資源存儲服務(wù)。以每用戶10GB實(shí)際可用網(wǎng)絡(luò)存儲空間，未來滿足5000用戶需求計算，預(yù)計需要存儲空間50TB。預(yù)留30%冗余擴(kuò)展，預(yù)計需建設(shè)集中存儲容量約為100TB。為了與虛擬化軟件配合，達(dá)到最佳應(yīng)用效果，配置接口類型為8G FC接口的光纖存儲陣列產(chǎn)品，組成標(biāo)準(zhǔn)的SAN集中存儲架構(gòu)。通過共享的SAN存儲架構(gòu)，可以最大化的實(shí)現(xiàn)云計算解決方案的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)在線遷移正在運(yùn)行的虛擬機(jī)、動態(tài)的資源管理、基于快照技術(shù)的備份等，為云計算平臺提供優(yōu)良的存儲資源保障。

　　2.虛擬化及云服務(wù)軟件資源建設(shè)

　　在基礎(chǔ)架構(gòu)部分，采用VMware VSphere 5實(shí)現(xiàn)虛擬化，并通過虛擬化對現(xiàn)有部分物理服務(wù)器實(shí)施整合。主要是通過vMotion功能實(shí)現(xiàn)在線地遷移正在運(yùn)行的虛擬機(jī)、應(yīng)用到不同的物理服務(wù)器;對整個數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用資源構(gòu)建資源池分配，確保平臺運(yùn)行各應(yīng)用尤其是核心應(yīng)用的計算資源和IO資源得到有效的保障;通過DRS功能實(shí)現(xiàn)資源池的動態(tài)負(fù)載均衡、在線自動管理，以及數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的彈性擴(kuò)展;DRS HA功能實(shí)現(xiàn)高可用環(huán)境;vStorage實(shí)現(xiàn)集中式虛擬機(jī)整合備份。

　　通過vCenter Server實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)集群環(huán)境的集中統(tǒng)一管理和監(jiān)控。

　　通過云計算管理平臺VMware vCloud Director，將基礎(chǔ)架構(gòu)作為服務(wù)提供給學(xué)院用戶。云計算管理平臺門戶，提供統(tǒng)一界面對虛擬機(jī)進(jìn)行分配、管理，實(shí)現(xiàn)互動式管理功能，供部門或分支機(jī)構(gòu)自行登錄創(chuàng)建、管理、配置、使用虛擬服務(wù)器及應(yīng)用，監(jiān)視虛擬數(shù)據(jù)中心資源使用狀況。信息應(yīng)用程序和網(wǎng)站建設(shè)單位管理人員，可以利用自助門戶來訪問自己的虛擬數(shù)據(jù)中心，自由組織自己需要的虛擬機(jī)和應(yīng)用資源。授權(quán)部門可通過基于策略的資源調(diào)配和部署實(shí)現(xiàn)輕松訪問。每一個用戶單位都有各自獨(dú)立的虛擬資源、獨(dú)立的LDAP身份驗(yàn)證機(jī)制、特定的策略控制機(jī)制以及獨(dú)有的目錄。

　　信息管理中心通過云計算管理平臺，可向云計算平臺中虛擬機(jī)在非停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行熱添加，包括虛擬機(jī)的虛擬CPU、虛擬內(nèi)存、虛擬網(wǎng)卡、虛擬存儲容量等，使虛擬服務(wù)器在線動態(tài)擴(kuò)展而不會造成用戶業(yè)務(wù)中斷。并可通過云計算管理平臺管理多個虛擬化數(shù)據(jù)中心，并可按性能、可靠性劃分為高、中、低不同級別資源池進(jìn)行管理，以適應(yīng)不同級別應(yīng)用服務(wù)器要求。

　　三、實(shí)際應(yīng)用效果

　　通過實(shí)踐檢驗(yàn)，云計算平臺，是當(dāng)前學(xué)院網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與教學(xué)服務(wù)保障過程中遇到的若干問題一個切實(shí)有效的解決方案。結(jié)合老舊服務(wù)器的升級換代工作，在云計算平臺的建設(shè)過程中，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)的整合與優(yōu)化。在性能提升的同時，提高設(shè)備的利用率，將多個應(yīng)用的資源負(fù)載合并到一臺服務(wù)器之上，減少設(shè)備數(shù)量規(guī)模的同時，大幅減少能源消耗，降低管理運(yùn)維成本，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了云服務(wù)器的風(fēng)險管理，增強(qiáng)了可靠性，可用性。

　　1.極大地改善數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用管理

　　我們對部分信息應(yīng)用系統(tǒng)資源實(shí)施了數(shù)據(jù)遷移，調(diào)整部署到云計算平臺，包括新版網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的各應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。云計算平臺內(nèi)，單臺服務(wù)器的平均CPU使用比率提升到了23%左右，并且隨著平臺的應(yīng)用的增加，應(yīng)用范圍的推廣，這個比率還將進(jìn)一步增加，遠(yuǎn)高于舊模式下3.7%的CPU平均使用率。硬件資源的效率得到了顯著的提高。

　　采用虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了計算平臺資源標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一架構(gòu)。通過建立資源池，對計算資源進(jìn)行按需動態(tài)調(diào)配，以統(tǒng)一的管理手段，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用部署、權(quán)限管理、升級維護(hù)、性能分析、診斷預(yù)警、數(shù)據(jù)備份/恢復(fù)、數(shù)據(jù)同步與容災(zāi)。使得整個數(shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)專業(yè)，流程規(guī)范。實(shí)現(xiàn)了發(fā)生硬件故障時自動的數(shù)據(jù)遷移，以較小的代價保障網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不受單一硬件故障影響。

　　對于試運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，支撐同等規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，采用現(xiàn)有云計算平臺服務(wù)保障方式，比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心運(yùn)行模式維護(hù)成本降低50%以上、能耗降低40%以上、節(jié)省空間60%以上。

　　2.促進(jìn)教育信息化水平提升，滿足個性化的信息應(yīng)用需求

　　通過信息管理中心云平臺的建立，為教員、學(xué)員提供更好的信息化教學(xué)環(huán)境，增強(qiáng)服務(wù)教學(xué)、保障教學(xué)、輔助教學(xué)的能力，滿足信息化教學(xué)日益增長的需要。

　　一是通過有針對性的設(shè)置，靈活的提供通過多種信息環(huán)境，更好的保障教學(xué)資源建設(shè)個性化的需要。實(shí)現(xiàn)用戶在線自助按需申請?zhí)摂M服務(wù)器及存儲空間，突破了在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺下，由于資源、技術(shù)條件有限，只能是提供一個統(tǒng)一技術(shù)框架的平臺，對于用戶個性化的發(fā)展的限制。

　　二是有力于合理調(diào)配資源，提高硬件基礎(chǔ)資源使用效率，突出精品信息資源建設(shè)，保障重點(diǎn)教學(xué)應(yīng)用。云計算通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了自助服務(wù)和資源的池化，以及服務(wù)器CPU、內(nèi)存資源耗費(fèi)狀況實(shí)時監(jiān)控，并且能夠做到動態(tài)的資源調(diào)配。通過合理調(diào)配資源，可以提高硬件基礎(chǔ)資源使用效率，突出精品，保障重點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)IT網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺軟硬件資源配置固定的限制。

　　三是易于擴(kuò)展，縮短新應(yīng)用系統(tǒng)部署投入使用時間，靈活應(yīng)對各類突發(fā)保障任務(wù)，更加適應(yīng)軍隊(duì)院校教育信息化建設(shè)快速發(fā)展，各類教學(xué)保障快節(jié)奏的需要。利用云計算服務(wù)平臺，高效地保障了“天津市國防生政治理論基礎(chǔ)考試”、“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)測試”等活動，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)計算資源應(yīng)急調(diào)度、系統(tǒng)快速部署以及資源的回收再利用，取得了令人滿意的實(shí)踐應(yīng)用效果。

　　四、總結(jié)

　　基礎(chǔ)設(shè)施云計算平臺，較好地解決了當(dāng)前我院數(shù)據(jù)中心遇到的主要問題，極大地改善數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用管理，是未來IT資源服務(wù)模式及應(yīng)用的發(fā)展趨勢，隨著云計算技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用普及，必將極大地促進(jìn)教育信息化水平的提升和發(fā)展。

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