基于“云计算”的企业基础架构

一、   基于“云计算”的企业基础架构

 

“云计算”成为当前最为流行的IT概念之一，越来越多的企业开始考虑如何用云计算平台来构建自己的信息系统，云计算平台具有“高可扩展性、超大规模、高可用性、低廉成本”的特点，因此如何利用“云计算”搭建企业信息化平台成为当前的热门话题。但是对于云计算如何落地，企业如何利用云计算平台，特别是大型企业可以利用那些云计算技术，并没有一个清晰的方案，让人“云里雾里”。本文根据云计算的基本概念，特别是私有云的建设，以虚拟化为基础，以构建企业级计算虚拟化池和存储虚拟化池为目标，搭建企业云计算平台，并给出了当前几种比较成熟的几个不同厂商的解决方案。

不仅仅是公共云，私有云也广阔的前景

云计算（Cloud Computing）并没有一个严格的定义，不同的公司出于不同的目的，也给出了不同的商业概念，比如谷歌、亚马逊、IBM（蓝云）、Oracle、微软等有不同的定义和不同的商业模式。云计算一般来说，是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等计算机技术和网络技术发展融合的产物，云计算是一种新的模式，通常的定义，一般来说不仅仅是技术上的新模式，还包括商务上的新模式，比如用户可以不用再购买设备，而是仅仅购买服务就可以。当前大家比较关注的更多的是这种购买服务的公共云的建设，公共云由服务提供商为客户提供的能够部署和使用服务的平台、计算模式发展的愿景，即让计算像日常生活中的自来水和电一样触手可及，又不需要我们自己去构建自来水厂和发电厂。

对于中小企业，“公共云”是一个不错的选择，云计算服务提供商提供云计算平台，中小企业不需自己建设数据中心，不用关心虚拟化、网格等方面的技术难点，只要挑选好一个信得过的云计算服务提供商就可以了。但是对那些想利用云计算平台特性，对安全性要求比较高，不想把应用外包的大型企业，构建自己的企业云计算平台（私有云）就成为一个新的方向。不同于“公共云”可以直接使用最终的产品，需要考虑的是如何选择信得过的云计算服务提供商，私有云更多的是考虑“云”本身的建设，关注构建“云”的技术，私有云就是企业把自己数据中心中构建成一个高可扩展性、超大规模、高可用性、低廉成本的数据中心。通过虚拟化、网格计算、自动化管理等云计算技术，逐步把他们内部的数据中心建设成面向自己企业内部系统的具有公共云计算平台一样特性的云计算平台。

“公共云”对于大型企业来说也并非是毫无关系，从未来的发展来看，根据不同业务系统的需要，建立一个由公共云和私有云组成的混合云平台，是未来的趋势。以下主要结合私有云的建设，构建一个云计算平台。

 

搭建两个虚拟池，构建企业云计算平台

私有云计算平台的建设，当前比较成熟的方案主要从虚拟化角度考虑，虚拟化是对物理资源（CPU、内存、网络等）的逻辑表示，以降低物理资源不同层次之间的耦合程度，使所需资源不受物理资源的限制，从而获得高性能、可扩展等特性。当前企业主机和存储设施往往与应用系统直接绑定，无法实现主机和存储资源跨系统共享，这导致资源综合利用率较低，同时由于主机和存储设施日益增多，使得对这些设施的管理日益复杂。通过应用虚拟化技术，实现主机和存储资源的一体化整合，主机和存储资源的共享利用，提高资源利用率，降低成本，也有利于降低管理的复杂性，避免出现上一套系统就要购置主机、存储。

当前比较成熟的虚拟化方案主要从两个层面进行虚拟化，建立两个虚拟化池：计算虚拟化池和存储虚拟化池。计算虚拟化池主要实现应用虚拟化，包含服务器虚拟化和应用中间件虚拟化两种方案。存储虚拟化池主要实现数据存储虚拟化，包含存储硬件架构虚拟化和存储软件架构虚拟化两种方案。通过计算虚拟化池、存储虚拟化池以及自动化管理平台（如下图所示），特别是通过自动化管理平台，使得应用和数据最大程度共享，从而获得更高的敏捷性、运营效率、 经济效益和可管理性，并节省成本。

 

 

构建企业云计算平台的技术方案

在计算虚拟化池和存储虚拟化池构建技术方案上不同的厂商出于不同的商业目的，在结合自己原有产品的优势的基础上，提出了不同的解决方案。

•计算虚拟化池，在计算资源层面，包含包含服务器虚拟化和应用中间件虚拟化。

服务器虚拟化：操作系统建立在虚拟机之上，服务器本身是虚拟化的，虚拟化的服务器跟正常的一个物理的服务器是一样的，可以安装任何的应用。服务器虚拟化并不是什么最新的技术，很早就应用于小型机的虚拟化分区，比如IBM的LPAR和HP的VPAR等技术。服务器虚拟化软件有VMWare(免费的ESXi，收费的vSphere)，Citrix(免费的XenServer，收费的Essentials)， KVM，微软（Hyper-V）等，VMWare是商业化的产品，最为成熟，可以安装大多数操作系统。通过服务器虚拟化，可以将一台服务器当做N台服务器来使用，比如一台4CPU4核的物理服务器可以虚拟出16台虚拟服务器，这样对于服务器计算能力要求不高的系统，可以实现多个系统运行于一台物理服务器上，而不会互相影响，大大减少了硬件的投资（如服务器虚拟化示意图1所示）。

 

对于计算能力要求高的系统，通过自动化管理平台，能够把正在运行中的虚拟机从一台物理服务器上转到另一台物理服务器上，或者另外增加系统1的虚拟机而减少系统2的虚拟机，使系统1获得更多的计算资源，从而实现跨物理服务器的动态调整计算资源，共享相互分离的物理服务器，优先保证具有优先级的系统业务需求，实现资源利用率最大化（如服务器虚拟化示意图2所示）。比较典型的应用是白天运行业务系统，晚上运行数据处理任务，这样保证了计算资源利用的最大化。

 

应用中间件虚拟化：基于应用中间的虚拟化，不同于服务器虚拟化操作系统层面虚拟化而是应用中间件层面的虚拟化，如IBM 的WVE可以实现J2EE环境的应用虚拟化，其工作原理同服务器虚拟化类似，基于多台物理服务器组成的计算资源构建，支持动态规模扩展和动态负载均衡集群。应用中间件虚拟化的优势是能够更好的利用各种平台，对原有的设备可以利旧，不象服务器虚拟化对CPU有特殊要求（支持VT技术），但是WVE只能限定在J2EE应用上。

•存储虚拟化池，在数据存储层面，包含存储硬件架构虚拟化和存储软件架构虚拟化。存储软件架构虚拟化，主要是通过数据库软件的集群技术实现，如Oracle提供的技术包括集群(RAC)、内存数据库，IBM提供的分区数据库技术。存储硬件架构虚拟化，包含Oracle提供的一体机、IBM提供的XIV存储等。

Oracle 真正应用集群 (RAC)， Oracle 数据库可以在一组集群服务器上运行，可以配置多个节点访问单个数据库，这就提供了最高的可用性和最灵活的可伸缩性。当需要更多的处理能力时，只需添加服务器即可。RAC最多可以支持32个机器。从实际的应用效果来看，2的或者4个机器性能效果不错，但是随着机器的增加，性能提升不大。另外Oracle内存数据库（TimesTen）通过将数据读取到物理内存中在内存中直接操作，减少了到磁盘间的 I/O 交互，数据库操作能够以最大效率执行，从而大大提高响应速度和吞吐量。

IBM DB2数据库分区是DB2企业版 DPF(Data Partitioning Feature)选件提供的，它主要用来为大规模数据处理、高并发数据访问提供支持。DB2数据库在一个非共享的环境中被分解为独立的分区，每个分区都具有自己的资源，例如内存，CPU 和磁盘以及自己的数据、索引、配置文件和事务日志。 数据库分区可以部署在集群或 MPP 环境下，也就是说数据库分区分布在不同的机器上，从而大大提升数据库服务器的查询能力，但是对于数据写的性能提升不大，对于业务操作环境方面的支持不是很好，适合于数据仓库的应用场景。

Oracle的Exadata V2，采用软硬件一体化的设计，基于采用Intel CPU的刀片服务器、以及Sun公司的FlashFire技术、Oracle数据库11g实现，因为硬件特别是内存方面做了专门的处理，比一般的RAC性能有了极大的提升，可以提供大容量、易于扩展的存储，具有很强的数据仓库和联机交易处理（OLTP）。可以设想，如果数据库的集群技术实现突破，普通PC服务器可以实现集群，小型机的末日也就不远了。

IBM的XIV，是基于网格架构的新一代企业级存储系统，号称革命性存储架构，是存储中的动车组，不同于传统的集中式存储架构模式，XIV 网格存储系统由众多的网格单元构成，每一网格是由普通的硬盘组成，但是都有独立的IO，其最低配的存储容量就多达27T，大大提升了存储容量和效率，XIV的架构模型是未来存储发展的方向。

•自动化管理平台，自动化管理平台是实现支持动态规模扩展和动态负载均衡集群的关键。通过自动化管理平台，实时监控各个虚拟机的运行状况，并增加或者减少分配的资源。自动化管理平台需要结合不同的实现技术，当前都是由相应的虚拟化厂商提供的。比如VMware可以通过设置服务级别（网络带宽、计算资源份额、存储 IO 等）和设置负载平衡和优化规则，实现动态资源调度，实现最大化资源利用。

 

通过本文的介绍可以看到，对于大型企业来说，构建企业云计算平台在技术上已经成熟，对于大型企业来说，在企业内部，搭建高可扩展性、超大规模、高可用性、低廉成本私有云计算平台已经成为未来信息化建设的发展方向。