基于云计算的政务应用数据中心基础平台的设计
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摘 要
针对实际工作中政务应用需求与信息资源无法合理配置的现实问题，提出基于云计算的新型数据中心的技术设想，并对其基础平台进行设计，实现对计算、网络、存储、安全的统一整合、按需分配，提高了设备资源使用效率，减少了硬件投资规模，为业务工作开展提供灵活扩展和安全稳定的应用支撑平台。
近年来，云计算等信息技术服务新模式、新业态的迅猛发展，虚拟化等技术在数据中心建设中应用更加深入。云计算是分布式技术和网络技术融合发展的产物，这种模式不通过本地计算机或远程服务器，而是在大量分布式部署的计算机上实现计算，这使得数据中心服务与互联网极为相似。
从架构的角度来看，云计算通过一种更合理更有效的手段实现了资源调度，这种调度方式是面向业务需求的服务方式，而非传统的面向复杂多样的物理设施。这种方式对于解决实际工作中存在的政务应用需求与信息基础设施无法合理配置的现实问题，具有很好的借鉴意义和应用前景。在云计算架构中交互服务层是基于服务调用的关键环节，而数据中心基础平台就是交互服务层的具体实现，他是底层的物理设备通过智能服务功能，使得其上的业务层面看不到底层复杂的结构，不用担心资源的物理调度，从而最大化实现资源的共享、复用和合理调度。本文中我们将利用现有成熟的云计算、虚拟化技术，结合工作实践，提出新一代政务应用数据中心基础平台的设计方案。
1 传统政务应用数据中心存在的问题
随着信息化技术在各行业领域的深入应用，各地区各部门对于政务信息化逐步重视，投入逐步加大，随着政务信息化的深入推进，大量应用系统上线运行，这些系统都需要服务器、存储、网络及机房等硬件基础设施的支撑，传统的硬件设备统一托管、维护的数据中心应运而生。而这种以传统模式建设的数据中心存在以下问题：
1.1 资源利用率低下，业务需求增加迅速
为保证政务业务系统的可用性，系统设计中均按照业务繁忙期的峰值来采购服务器及相关设备，各业务系统繁忙期又不尽相同，因此大部分时间大量服务器的资源利用率均在10%以下，大部分计算、存储资源没有得到有效利用。与此同时，随着业务的推进、数据大集中等需求，计算及存储的需求增长迅速，若闲置资源无法利用，又需要通过新增设备方式满足，从而造成投入增加、资金浪费。
1.2 运维成本高，管理日益复杂
传统数据中心的运维方式繁琐复杂，现有服务器出现问题时，运维人员往往要先重新安装操作系统，接着还要安装程序服务软件，最后再测试运行。这些步骤往往不是一、两个运维人员就可以解决的，过程持续数天，时间成本和人员投入较大，管理不便。
1.3 扩展性、业务灵活性差
传统数据中心的一个服务器系统中往往杂糅运行数个甚至数十个政务应用系统，各个应用系统之间存在相同中间件应用时调配起来混乱，不能灵活的相互调整资源或者灵活的相互切换。
1.4 系统分散、安全性可用性差
政务系统之间相互独立，不能进行统一的管控，各自需要的安全配置无法在一个服务器上实现，导致无法确保应用系统的病毒防护网络安全。
2 新一代数据中心基础平台的设计
2.1 设计思路
新的政务数据中心采用云计算的设计思想，通过使用虚拟化技术将数据中心按照“池”的概念重新设计，并将这些“资源池”进行整合，采用该设计思路可以实现资源动态调整，提高数据中心的灵活性。
2.2 结构
目前云计算数据中心资源池主要分为计算资源池、存储资源池和网络资源池，同时也包括软件和数据等内容资源池。在服务提供方面主要以计算资源、存储资源提供为主，如为业务信息系统分配虚拟服务器、有储空间，提供应用服务器、数据库管理系统等应用系统运行环境。
按照政务工作实际，我们将云数据中心基础平台划分为四个资源池，分别为计算资源池、网络资源池、储存资源池和安全资源池。
2.2.1 计算资源池
计算资源池是基础平台中最核心的部分，从硬件上来看，日常接触的机架刀片式服务器均可作为计算资源池的一部分，软件上，核心则是云操作系统。目前常用的有Vmware公司的Vsphere和浪潮公司的Xen系列产品等，Vsphere专门为工作负载不足20台服务器的it环境设计，且系统技术比较成熟，目前使用该系统较为合适。
虚拟化软件中的HA和Vmotion技术可以确保应用的高可用性，避免异常开关机造成的影响。
Vmotion可以使运行中的虚拟机从一台物理服务器实时迁移到另一台物理服务器，它实现了零停机时间和连续可用的服务，并能全面保证事务的完整性。Vmotion是一种用户创建动态、自动化、自我优化的数据中心的关键促成技术。如图1所示。
2.2.2 网络资源池
网络资源池的主要作用是将SAN、LAN、Infiniband等整合为一个统一的网络架构，以降低网络配置的复杂性和成本，并从技术上带来高带宽、低延迟和可管理性。
2.2.3 储存资源池
储存资源池本质上是一个可支持基于文件或数据块的NAS网络附加储存的网络化储存架构，这些多协议系统将通过串口甚至是光纤网络接入服务器。
在云计算平台的存储中，磁盘数据的读写速度是一个更重要的问题，因此需要对多个磁盘进行同时读写.这种方式要求将数据分配到多个节点的多个磁盘当中。为达到这一目的，存储技术有两个选择，一个是使用类似于Google File System的集群文件系统，另一个是基于块设备的存储区域网络SAN系统。
统一储存系统的使用可以提高储存设备的利用率并增强储存资源池的灵活性。
2.2.4 安全资源池
新一代的数据中心对安全问题更为关注，新数据中心在设计时就对整个虚拟化的软硬件进行统一考虑，在确保信息不泄密不损失的同时也保证数据的不被破坏。杀毒软件通过统一的配置保证系统不被攻击，通过远程数据备份方案保证数据永不丢失。如图2所示。
2.3 资源池的组合
如图3所示。
3 应用效果与未来展望
新一代数据中心与传统数据中心相比有如下显著进步：
3.1 可用性和灵活性大幅度增强
经过比较，采用传统数据中心新增一台服务器所用时间要经过1-3周，使用新的数据中心则将时间缩短至5分钟，管理员仅仅通过登陆后台管理界面进行虚拟机的分发即可实现。
3.2 运维复杂度大大降低
我们对比了两种数据中心上为某一政务应用添加内存的速度，在新的数据中心上，管理员一人在后台管理中用数分钟即可实现内存的扩充。
作者单位
文化部信息中心 北京市 100020