鈾礦冶云計算雙活數據中心設計

發布時間：2019-04-27所屬分類：科技論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：針對數據中心現狀，利用虛擬化云計算、存儲雙活、數據庫分布式集群等技術，通過建設計算、存儲、網絡、桌面、安全等資源池，實現測試云、桌面云、生產云、災備云和安全云等云計算應用。設計數據恢復點目標RPO=0，復原時間目標RTO接近于0的鈾礦冶云計算

　　摘要：針對數據中心現狀，利用虛擬化云計算、存儲雙活、數據庫分布式集群等技術，通過建設計算、存儲、網絡、桌面、安全等資源池，實現測試云、桌面云、生產云、災備云和安全云等云計算應用。設計數據恢復點目標RPO=0，復原時間目標RTO接近于0的鈾礦冶云計算雙活數據中心，實現了數據中心管理操作便捷、數據實時容災備份、資源池利用率最大化，降低了信息化基礎設施投資和運行成本。

　　關鍵詞：鈾礦冶信息化,虛擬化,云計算,資源池,雙活數據中心

　　隨著鈾礦冶產業的持續發展，為了使投入的人力、物力、財力的信息化基礎設施發揮出更好的效益，保障整個鈾礦冶信息系統平穩連續運行，需要對網絡基礎設施綜合管理開展技術革新。云計算作為“互聯網+”的新基礎設施構成要素之一，已經被國家作為戰略發展重點明確提出，通過將云計算技術融入企業現有的信息化系統中，提升各個行業及產業的信息化水平及能力，促進國民經濟提質增效升級。

　　鈾礦冶云計算雙活數據中心的建設，是實現鈾礦冶信息資源整合和業務一體化、數字核工業發展的基礎設施保障，是實現數字化核工業的創新模式，是信息化發展的關鍵節點，是鈾礦冶信息化建設的核心內容。

　　1技術現狀及問題分析

　　1.1鈾礦冶數據中心現狀

　　原數據中心建設較早，設計服務于簡單數據應用，主要有機房、應用服務器與存儲設備。原數據中心將應用系統服務均部署在獨立的物理服務器中，如綜合辦公系統、郵件系統、財務系統、人事系統、電子簽章系統、試驗管理系統、病毒查殺系統等;在存儲架構方面，采用雙存儲冗余備份方式，即使用2臺存儲，1臺用于應用系統本地存儲，另1臺用于數據備份，每1套系統運行需要2臺物理服務器來支撐，系統部署越多，物理服務器成倍增加，資源利用率極低，且不能實現實時備份存儲。當應用系統運行的存儲設備發生故障時，另1臺系統備份的存儲設備無法完全保證應用系統正常啟動或數據能夠正常使用，是屬于傳統意義上的數據中心。

　　1.2問題分析

　　1.2.1數據中心運行管理復雜

　　原數據中心是以硬件設備為中心，全部業務應用系統均運行在單獨的物理服務器中，如果需要上線新的業務系統，必須大量采購物理服務器，一方面會導致機房使用面積不足，機房功耗和環境溫度居高不下;另一方面數量龐大的服務器購置成本及管理維護成本，最終導致數據中心運行管理日趨復雜化。

　　1.2.2資源利用率低

　　原數據中心中資源利用率極低。按照傳統模式數據中心架構，所有重要業務系統均設置了雙機熱備與雙存儲冗余，即一個正在運行的業務系統使用了2臺服務器與2臺存儲設備，當1臺服務器和1臺存儲設備運行時，另1臺服務器和另1臺存儲設備一直處于備用狀態，均不是滿負荷運行，資源浪費嚴重。

　　1.2.3項目孤島

　　原數據中心部件緊密耦合，內部均基于單個項目需要建成的單個業務系統，“項目孤島”越建越多，但服務器、網絡和存儲所有資源都與單個項目靜態綁定在一起，成為“孤島架構”系統。另外，原數據中心采用以物理設備管理為核心的管理模型，各種設備管理工具之間不易融合，很難滿足未來數據中心靈活易變的業務配置模型和管理需求。

　　1.2.4數據安全

　　原數據中心采用獨立物理服務器雙機熱備數據容災設計方案，保障硬盤數據同步，如果人為誤操作刪除了系統核心文件，硬盤數據即使同步，因核心文件丟失將導致系統無法正常啟動，數據安全難以完全保障;另一方面因服務器、安全、網絡、存儲等設備增多，外線電力增容困難，滿負荷用電容易造成機房斷電;機房室內溫度也隨服務器、交換機和存儲設備增多而增高，空調溫控冗余能力明顯下降。

　　鈾礦冶科研人員因長期在偏遠地區從事科研工作，現場工作用便攜式計算機容易丟失或損壞導致數據丟失或不可用;偏遠地區工作用臺式計算機系統出現故障，現場無法及時運維;現場試驗數據與單位辦公室數據無法實時安全交互。

　　2鈾礦冶云計算雙活數據中心設計

　　鈾礦冶數據中心承載著各種鈾礦業務信息系統，服務于未來“一帶一路”沿線國家鈾資源合作大戰略發展及兩化融合需要，數據中心不允許出現業務信息中斷，因此建設一個高效而穩定的鈾礦冶數據中心迫在眉睫。以云計算技術架構，新建數據中心B，和原數據中心(以下簡稱數據中心A)一起將所有物理服務器資源和網絡資源及存儲資源進行靈活調配，按系統應用需求采用云計算虛擬化技術分解成若干個虛擬的資源池，在虛擬資源池中建立多個虛擬化集群平臺，數據中心A和數據中心B互為主備，構建動態的綠色環保鈾礦冶云計算雙活數據中心。

　　2.1關鍵技術

　　2.1.1虛擬化技術

　　虛擬化基本原理是模擬一套指令集，每一個虛擬機用戶都可以訪問該指令集，虛擬機通過該指令集映射到計算機物理指令集，對硬分區、操作系統及硬件進行模擬。該技術對數據中心各種資源進行虛擬化，實現真實環境的全部功能，即服務器虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化、軟件虛擬化和桌面虛擬化等。

　　2.1.2大二層網絡技術

　　虛擬化技術從根本上改變了數據中心傳統網絡架構，虛擬機實時動態遷移技術要求網絡需要支持大范圍的二層東西橫向域，通常為了保證虛擬機承載業務的連續性，虛擬機在遷移前后IP地址不發生改變，虛擬機遷移地址范圍需要在同一個二層數據鏈路層虛擬局域網下，即二層數據鏈路層網絡規模大，虛擬機遷移范圍遠。大二層網絡主要使用虛擬交換機技術和隧道技術，不需要生成樹協議，在雙中心通過VPLS、OTV及EVI等實現三層網絡中的二層網絡互聯互通，不會阻斷鏈路，且不受環路影響。

　　2.1.3雙活存儲數據復制技術

　　雙活存儲原理是指數據中心能夠通過鏡像進行數據同步且數據不丟失，RPO=0;在存儲發生故障時能夠通過切換進行自動接管，保障業務數據不中斷，RTO=0。雙活的存儲數據復制技術是在原數據中心的基礎上通過建設數據中心B形成雙中心，進行遠程卷鏡像操作。2臺存儲用于雙活部分的配置必須一樣，即控制器型號、緩存大小和接口配置一樣;2個存儲引擎一定同時處于心跳工作狀態，故障產生時自動切換，虛擬主機可以通過互為主備的存儲引擎進行數據讀寫操作，2臺存儲承載不同的應用系統進行相互鏡像。

　　2.2總體架構設計

　　鈾礦冶云計算雙活數據中心建設主要內容是運用數據雙活架構，使用網絡虛擬化、服務器虛擬化、存儲虛擬化、存儲雙活、數據庫分布等技術建設數據中心A和數據中心B的云環境，實現業務系統在2個數據中心并行工作、負載均衡，且數據災后無感知恢復。

　　2.3資源池設計

　　2.3.1網絡資源池

　　網絡資源池采用VMwareNSX技術，在網絡4～7層構建虛擬化分布式防火墻，實現虛擬網絡訪問控制;構建虛擬化網關，實現虛擬化網絡連接和負載均衡。在數據中心A和數據中心B各部署2臺華為匯聚交換機CE8800，同時部署網絡大二層虛擬化集群。數據中心A虛擬化集群部署2臺華為S12712交換機作為網關;數據中心B虛擬化集群部署2臺華為S7712交換機作為網關。

　　2組網關通過VLAN劃分VRRP協議組，能夠讓數據中心A和數據中心B2組網關互為主、備身份。通過數據中心環網雙向轉發檢測和虛擬路由冗余協議快速檢測機制，檢測數據中心A和數據中心B的2組網關鏈路聯通工作狀態。當其中1個數據中心網關出現檢測故障時，網絡業務將進行故障切換，由另1個數據中心網關接替，為虛擬路由冗余協議網絡設備繼續工作，實現數據中心A和數據中心B網絡故障無感知自動切換。

　　2.3.2存儲資源池

　　存儲資源池由物理存儲設備和虛擬化分層存儲引擎組成。為解決數據分散保存在獨立服務器中，無法保障數據中斷導致的數據連續性問題，設計雙活“VMwarevSAN架構”虛擬存儲系統。雙活“VMwarevSAN架構”虛擬存儲系統分別采用2組vSAN集群部署在數據中心A和數據中心B，建立“心跳網絡機制”，當數據中心A或數據中心B數據存儲出現異常故障時，存儲數據由vSAN集群對數據中心A或數據中心B互為鏡像復制，還原數據中心A或數據中心B存儲數據。

　　3鈾礦冶云計算雙活數據中心應用效果

　　3.1管理簡單

　　采用了云計算虛擬化管理平臺實現了數據中心所有業務系統虛擬主機的在線統一管理和操作，不需關心服務器硬件差異即可實時生成配置虛擬主機供業務系統使用，業務系統實現實時在線快照、克隆和熱遷移。

　　3.2數據中心資源利用率高

　　在云計算數據中心虛擬化管理平臺能夠隨時檢查業務系統每個虛擬機的資源利用情況，如CPU占用率、硬盤使用大小、數據流量大小等，還可以查看系統發出的警告和建議;同時，平臺也可以自動調整資源利用率，起到負載均衡作用。

　　3.3消除了“項目孤島”現象

　　冶云計算雙活數據中心的應用，使得項目業務系統不再受單臺服務器硬件制約。資源池的應用讓所有項目的業務系統共享軟硬件分配和擴展。

　　3.4保障了數據安全

　　鈾礦冶云計算雙活數據中心采用互為災備策略，當系統因意外停機時，計算池中的應用系統備份根據無聯機響應策略接管意外停機的應用系統繼續運行，恢復點目標RPO=0，RTO接近于0，極大提高了運維能力和響應速度。

　　3.5社會及經濟效益分析

　　鈾礦冶云計算雙活數據中心建成后，物理服務器與用戶終端均虛擬化。以部署8套應用系統、200臺用戶終端實際運行環境進行社會及經濟效益分析，云計算雙活數據中心與原數據中心相比，節約了購買成本約92萬元;節約運行電費約22萬元/年;減少的碳排放量約163.76t/年。

　　4結論

　　1)鈾礦冶云計算雙活數據中心利用云計算虛擬化技術，通過建設虛擬化資源池集群，最終形成了鈾礦冶科研生產應用的科研生產云、測試開發云、辦公桌面云、安全云和災備云等成果，不僅提升了鈾礦冶數據中心信息系統整體管理效率，也提高了數據中心資源利用率，解決了鈾礦冶科研生產系統間“項目孤島”問題及鈾礦冶科研人員偏遠地區與辦公室數據交互問題。

　　2)鈾礦冶云計算雙活數據中心建設顛覆了傳統數據中心“一主一備”的容災設計方法，業務系統故障切換中斷時間減少到了毫秒級，滿足了業務系統數據連續性要求。

　　3)數據不落地，防止了數據失泄密，保障了數據安全。

　　參考文獻：

　　[1]李勁.云計算數據中心規劃與設計[M].北京：人民郵電出版社，2018.

　　[2]鄭葉來.分布式云數據中心的建設與管理[M].北京：清華大學出版社，2013.

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