移動互聯(lián)時代統(tǒng)一信息平臺建設的研究

移動互聯(lián)時代統(tǒng)一信息平臺建設的研究

現(xiàn)在，移動互聯(lián)網(wǎng)時代的應用優(yōu)先于傳播的趨勢越來越明顯。隨著用戶和業(yè)務的不斷擴大，各種數(shù)據(jù)服務的類型和平臺的增加，運營商內(nèi)部的罪（信息技術）系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大。如果傳統(tǒng)的硬件和應用程序之間的獨立導入方法仍然遵循下面的步驟：運營商的采購、導入和維護面臨著越來越大的壓力。傳統(tǒng)模式下每個系統(tǒng)都要考慮到自身系統(tǒng)的冗余,各類IT設備的資源將無法得到有效利用,資源設備利用率低,成本投入浪費嚴重。近年來,云計算及相關理念從提出到規(guī)模商用都已經(jīng)得到驗證,通過大規(guī)模集中采購、建設和維護IT基礎設施,建立運營商內(nèi)部云計算資源池,實現(xiàn)服務器資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源的統(tǒng)一化、集中化、智能化調(diào)度和管理,同時考慮系統(tǒng)安全、負載均衡、數(shù)據(jù)備份、整體IT系統(tǒng)業(yè)務平臺的平滑割接和彈性擴展等需求,可逐步降低整體IT系統(tǒng)的建設和運營成本,提高設備資源利用率。通過加快IT系統(tǒng)的部署速度推動業(yè)務系統(tǒng)的系統(tǒng)部署速度。1云計算cs服務對象云計算從服務層次上分為三層:a)IaaS(基礎設施即服務)。IaaS注重計算資源的共享,消費者通過Internet可以從完善的計算機基礎設施獲得服務(網(wǎng)絡能力、計算能力、存儲能力)。b)PaaS(平臺即服務)。PaaS側重于服務,通過服務器平臺或者開發(fā)環(huán)境提供服務(應用服務器、應用框架、編程語言)。c)SaaS(軟件即服務)。SaaS側重于服務,通過網(wǎng)絡提供軟件程序服務(應用)。云計算從服務對象上也分為三層:a)公共云:為公眾提供服務,面向外部用戶需求,通過開放網(wǎng)絡提供云計算服務。b)私有云:企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)使用,企業(yè)按照云計算架構搭建平臺,面向內(nèi)部需求提供云計算服務。c)混合云:兼顧外部和內(nèi)部用戶的云計算服務。自從谷歌天才工程師克里斯托夫·比希利亞于2006年提出云計算概念以來,云計算一直受到了IT企業(yè)和研究機構的青睞,在商業(yè)層面也成為國內(nèi)企業(yè)轉型的契機。目前許多知名企業(yè)已經(jīng)部署了大規(guī)模的云計算平臺,業(yè)界云計算部署的標桿分別為亞馬遜的AWS(I層)、谷歌(P層)和Salesforce。云計算是一種商業(yè)模式的創(chuàng)新,它秉承的核心理念是“按需服務”,可以像使用水、電、煤氣那樣方便地使用各種資源。可以使用戶以按需、易擴展的方式獲得所需要的硬件、軟件和平臺資源。提供資源的網(wǎng)絡被稱為“云”,它涉及到的技術較多,主要包括虛擬化技術、分布式計算技術、彈性擴展技術、分布式存儲技術、云計算平臺管理技術等。1.1應用目的和意義云計算將是下一代計算模式演變的方向,而虛擬化則是這種轉變最為重要的基石。通過虛擬化技術可實現(xiàn)軟件與硬件隔離,它包括將單個物理資源劃分成多個虛擬資源的裂分模式(“大分小”),也包括將多個資源整合成一個虛擬資源的聚合模式(“小聚大”),前者為目前主流應用需求,后者則屬于并行計算,商用程度不高。虛擬化技術根據(jù)對象可分成計算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化等。計算虛擬化又分為系統(tǒng)級虛擬化、應用級虛擬化和桌面虛擬化。虛擬化最主要的意義是減少運營商的CAPEX(資本性支出)和OPEX(運營成本),提高設備利用率,減低維護成本?，F(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)的部署模式中,對計算資源的使用粒度只能到單臺物理服務器,在計算云中引入虛擬化技術,將一臺物理服務器虛擬化成幾個小的“虛擬服務器”,這樣能在較少的服務器上運行更多的應用,同時對部署在云計算上所應用到的各種資源進行彈性調(diào)度。1.2分布式計算系統(tǒng)的原理分布式計算技術是指由多臺同構或異構的計算機連接起來協(xié)同完成特定任務的計算機群。在這樣的工作環(huán)境下構成了計算的分布性,任務采用分布式的架構被劃為多個模塊分布在各個計算機上運行,各個計算機之間相互關聯(lián)、協(xié)同工作,如果其中一個模塊出現(xiàn)故障,必定會影響其他的模塊,至于整體的運行效率就要依賴于分布式計算系統(tǒng)了。1.3系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行分布式存儲也稱為云存儲,是在云計算概念上延伸和發(fā)展而來的,它是將網(wǎng)絡中大量的各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來,協(xié)同工作,共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問功能的系統(tǒng)。分布式存儲的核心是應用軟件與存儲設備相結合,通過應用軟件實現(xiàn)存儲設備向存儲服務的轉變。分布式存儲的目標是利用云環(huán)境中多臺服務器的存儲資源來滿足單臺服務器無法滿足的存儲需求,其特征是存儲資源能被抽象表示和統(tǒng)一管理,并能保證數(shù)據(jù)讀寫與操作的安全性和可靠性。1.4動態(tài)縮縮性測試云計算使用戶可以隨時隨地根據(jù)應用的需求動態(tài)增減IT資源。云計算提供了一個巨大的資源池,而應用的使用又有不同的負載周期,根據(jù)負載對應用的資源進行動態(tài)伸縮(高負載時動態(tài)擴展資源,低負載時釋放多余的資源),可以顯著提高資源的利用率。該技術為不同的應用架構設定不同的集群類型,每種集群類型都有特定的擴展方式,然后通過監(jiān)控負載的動態(tài)變化,自動為應用集群增加或減少資源。1.5硬件設備管理問題云計算資源規(guī)模龐大,服務器、存儲和網(wǎng)絡等數(shù)量眾多,并可能分布在不同的地點,同時運行著各種應用,如何有效管理這些硬件設備,保證整個系統(tǒng)提供不間斷的服務是巨大的挑戰(zhàn)。云計算管理平臺是整個云計算部署中的大腦,負責整個資源池的管理和調(diào)度,云計算系統(tǒng)的平臺管理技術能使大量的服務器資源、存儲和網(wǎng)絡資源協(xié)同工作,方便地進行業(yè)務部署和開通,快速發(fā)現(xiàn)和排除系統(tǒng)故障,通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運營。2建設信息平臺的統(tǒng)一需求分析2.1信息平臺的建設模式隨著3G和移動互聯(lián)網(wǎng)的普及發(fā)展,業(yè)務/應用已經(jīng)成為運營商經(jīng)營的重點。近年來各類新增業(yè)務不斷出現(xiàn),業(yè)務種類和數(shù)量呈持續(xù)增長趨勢,但新業(yè)務往往有突發(fā)性強、市場機會窗短、建設周期需求短的特點。目前,業(yè)務平臺傳統(tǒng)的建設模式已無法適應市場需求的發(fā)展步伐,亟需建立統(tǒng)一信息平臺滿足新業(yè)務平臺的建設需求。傳統(tǒng)的新業(yè)務平臺建設模式存在許多問題:a)煙囪式架構。所有平臺無論規(guī)模大小,均需考慮從底層硬件資源到上層應用軟件和管理軟件的全面部署,相互獨立,資源利用率很低。b)資源獨立,無法共享。新業(yè)務平臺之間無法共享硬件、軟件、外部接口等資源。c)CAPEX和OPEX較高。設備數(shù)量較多,占用大量的機房、電源等資源,投資和運維成本均較高。d)業(yè)務部署周期長。按通信項目工程流程處理,啟動、匯報、立項、采購、實施、上線最短也需要約半年時間,周期太長,很難適應市場需求。e)管理維護成本高,維護力量弱。采用包機方式,維護人員必須熟悉平臺所涉及的所有軟硬件資源,維護效率不高。通過建設統(tǒng)一信息平臺,實現(xiàn)硬件資源的虛擬化和池化,業(yè)務平臺看到的是個硬件資源無限大的邏輯設備,從而解決新業(yè)務平臺中IT資源的后顧之憂,將精力聚焦在業(yè)務邏輯上。2.2提高資源利用率構建統(tǒng)一信息平臺的IT基礎設施資源池,通過大規(guī)模集中采購、建設和維護IT基礎設施,做好統(tǒng)一信息平臺的規(guī)劃,實現(xiàn)服務器、存儲、網(wǎng)絡等資源的虛擬化和統(tǒng)一部署和管理,滿足新業(yè)務平臺在硬件資源層面建設的水平式架構,逐步降低整體IT系統(tǒng)的建設和運營成本,以期達到提高資源利用率,加快應用部署速度的目標。1)集中按需提供基礎IT資源根據(jù)各類業(yè)務系統(tǒng)的需要,以提供基礎設施服務的方式,為新業(yè)務平臺的部署集中提供所需基礎IT資源。后繼隨著業(yè)務系統(tǒng)業(yè)務量變化,動態(tài)改變資源分配的規(guī)模,以快速適應業(yè)務系統(tǒng)的擴容需求,實現(xiàn)“彈性”資源分配能力。2)實現(xiàn)對IT資源的統(tǒng)一管理、調(diào)度和維護通過引入彈性規(guī)模擴展等技術,實現(xiàn)對各類IT資源的集中統(tǒng)一管理、調(diào)度和維護,提升IT運營維護質(zhì)量,縮短各類業(yè)務平臺的系統(tǒng)上線時間。3)提高IT系統(tǒng)整體分布密度,提高資源利用率,降低能耗通過引入虛擬化等技術,細化物理資源分配單元,提高系統(tǒng)分布密度,提高資源使用效率,降低對物理設備的需求,進一步降低IT設備投入,降低能耗。4)在基礎設施層面提高系統(tǒng)可靠性通過虛擬機離線/在線遷移、快照、專業(yè)備份等技術在基礎設施層面提高系統(tǒng)可靠性,為各類業(yè)務系統(tǒng)提供高可用、連續(xù)服務的基礎設施平臺。3資源動態(tài)部署采用云計算的解決方案,構建運營商內(nèi)部新業(yè)務基礎能力統(tǒng)一信息平臺云資源池系統(tǒng),特別是對服務器、網(wǎng)絡、存儲等資源的虛擬管理,實現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)與未來系統(tǒng)的資源化動態(tài)部署,并借助云計算相關技術帶來的優(yōu)勢,提高應用部署速度和設備的利用率,達到“量化供給”的運營目標。基于云計算的統(tǒng)一信息平臺系統(tǒng)架構分為:I-aaS、PaaS、SaaS和云計算管理平臺,這種架構采用模塊化、扁平化、層次化結構,清晰定義和區(qū)分不同的資源池區(qū)域,將網(wǎng)絡基礎設施劃分為不同的功能區(qū)域,提供不同的應用,該架構具有可擴展性、靈活性、高可用性和高安全性?；谠朴嬎愕慕y(tǒng)一信息平臺系統(tǒng)架構如圖1所示。1資源池和云計算資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度云計算管理平臺是整個系統(tǒng)的核心模擬,負責整個資源池資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度,有效監(jiān)控資源的使用情況和負載情況,還負責未來業(yè)務/應用和云計算資源的運營支撐,確保云計算資源的靈活調(diào)度。2硬件資源統(tǒng)一接口的標準化負責IT基礎設施集中化和虛擬化,對內(nèi)實現(xiàn)硬件資源的統(tǒng)一,對外以服務的形式實現(xiàn)標準化接口的對外呈現(xiàn),包括計算服務、存儲服務和網(wǎng)絡服務。3基礎設施服務層為業(yè)務平臺開發(fā)者提供端到端的應用支撐體系,屏蔽各種業(yè)務能力的差異化,同時結合基礎設施服務層的資源擴展能力,幫助開發(fā)者實現(xiàn)應用托管,降低應用商用化門檻。4提供服務者利用基礎設施服務和平臺服務層提供的服務能力開發(fā)部署應用,并對最終用戶提供服務。相對于傳統(tǒng)應用的使用方式和運營模式,這是一種創(chuàng)新,對于最終用戶而言是業(yè)務體驗的提升,對于運營商而言是按需付費的新商業(yè)模式。4基于云計算的統(tǒng)一信息平臺規(guī)劃和設計4.1資源池管理平臺基于云計算統(tǒng)一信息平臺網(wǎng)絡規(guī)劃如圖2所示。構建基于云計算統(tǒng)一信息平臺需要從整體上考慮規(guī)劃網(wǎng)絡中的各個模塊,整個統(tǒng)一信息平臺主要可規(guī)劃為云計算資源池管理平臺(簡稱資源管理平臺)、主機資源池、存儲資源池和網(wǎng)絡資源池。資源池管理平臺作為統(tǒng)一信息平臺的管理模塊,負責整個資源池資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度。出于安全特性方面考慮,一般物理上與其他虛擬資源池設備分開,進行獨立物理機部署。主機資源池是統(tǒng)一信息平臺的計算資源,是各種業(yè)務平臺功能實現(xiàn)的核心,包括虛擬機資源和物理機資源。存儲資源池將網(wǎng)絡中各種不同類型的存儲設備統(tǒng)一封裝,屏蔽各種存儲形式和存儲位置的差異。網(wǎng)絡資源池是將網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡資源進行虛擬化,提供給各個業(yè)務平臺使用。4.2基于云計算的統(tǒng)一信息平臺設計1資源數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)管理云計算管理平臺提供對資源池的管理功能,為資源的動態(tài)部署提供依據(jù)。云計算通過監(jiān)視模塊監(jiān)控和管理資源池中的所有資源,資源監(jiān)控是實現(xiàn)云計算資源管理的一個重要環(huán)節(jié),通過在云中的各個服務器上部署代理程序,配置并監(jiān)視服務器資源,構建資源信息庫,根據(jù)資源分配、變更、回收以及資源狀態(tài)監(jiān)控的情況,對資源信息庫進行動態(tài)更新,并將資源池內(nèi)各類相關信息通過不同的方式展現(xiàn)出來,然后對信息資源進行分析,跟蹤資源的可用性,以便更好完成故障排除、均衡資源和系統(tǒng)資源的分配。在基于云計算統(tǒng)一信息平臺的網(wǎng)絡設計中,采用扁平化、層次化設計,各模塊之間采取松耦合方式,將業(yè)務平臺由原來垂直化煙囪式模式變?yōu)樗交ㄔO模式,通過底層公共資源互通和共享,實現(xiàn)業(yè)務平臺的集中管理,每個業(yè)務平臺只需關注自身業(yè)務邏輯。借助基礎設施服務層資源的彈性擴展能力,實現(xiàn)統(tǒng)一信息平臺的資源規(guī)模擴容,滿足業(yè)務長尾化和商業(yè)模式多樣化大趨勢下的運營商運營需求。2服務器基于主機的統(tǒng)一管理計算資源虛擬化又叫服務器資源虛擬化,是一種對服務器計算資源的抽象,是在物理服務器的基礎上構建一個或多個相互獨立的虛擬機,從而將CPU、內(nèi)存、I/O等服務器物理資源轉化為一組統(tǒng)一管理,可靈活調(diào)度、動態(tài)分配的邏輯資源。目前通用計算資源虛擬化主要是針對X86物理服務器硬件設備,分為完全虛擬化和半虛擬化等。3基于sa技術的異構化存儲資源主要包括塊存儲(SAN[存儲域網(wǎng)絡]存儲)和文件存儲(NAS[網(wǎng)絡附屬存儲]存儲)。塊存儲資源池通過存儲虛擬化引擎設備(如華為的VIS6000、IBM的SVC)支持不同廠家SAN設備的異構化,屏蔽各種設備類型硬件的差異。文件存儲通過業(yè)界成熟、流行的云存儲技術實現(xiàn),屏蔽存儲位置的差異,為業(yè)務平臺提供按需分配、可快速彈性擴展、可度量的存儲服務。4提供虛擬的局域網(wǎng)網(wǎng)絡資源包括虛擬網(wǎng)卡、虛擬交換機和VLAN(虛擬局域網(wǎng))等虛擬化的網(wǎng)絡資源,它為各個業(yè)務平臺提供外部接入、設備訪問、業(yè)務管理、網(wǎng)絡隔離等所需要的網(wǎng)絡連接服務。5主機安全和數(shù)據(jù)安全基于云計算的統(tǒng)一信息平臺需要為用戶提供一個安全的運行環(huán)境,安全的內(nèi)容包括主機安全、網(wǎng)絡安全和數(shù)據(jù)安全。主機安全是指虛擬機承載環(huán)境的安全,包括虛擬機系統(tǒng)的宿主機及虛擬機系統(tǒng)的管理模塊安全。網(wǎng)絡安全是指資源池中各種網(wǎng)絡設備及網(wǎng)絡端到端的安全。數(shù)據(jù)安全包括云計算資源池中存儲設備上數(shù)據(jù)的安全。提供全方位的安全解決方案,傳統(tǒng)安全技術手段一個都不能少,只是安全設備