基于VMware 云計(jì)算軟件的數(shù)據(jù)中心云管平臺(tái)改進(jìn)及實(shí)現(xiàn)

朱洪武

(西南民族大學(xué)信息與教育技術(shù)中心，四川成都 610041)

教育信息化是教育現(xiàn)代化的基本內(nèi)涵和顯著特征，云計(jì)算和虛擬化技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各企事業(yè)單位和教育領(lǐng)域，越來越多的學(xué)校業(yè)已通過云計(jì)算技術(shù)來建設(shè)自己的數(shù)據(jù)中心信息管理云平臺(tái)[1-9].以西南民族大學(xué)為例，學(xué)校采用基于VMware 云計(jì)算軟件搭建完成了數(shù)據(jù)中心虛擬化云管平臺(tái)，減少了單個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)量，避免了孤島現(xiàn)象，解決了硬件資源效率低和總體成本高的問題. 此外，還提高了網(wǎng)絡(luò)和磁盤設(shè)備的利用率，并將應(yīng)用計(jì)算從用戶設(shè)備中分離出來，學(xué)校數(shù)據(jù)中心將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，加強(qiáng)了管理和系統(tǒng)的安全性，增強(qiáng)了業(yè)務(wù)應(yīng)用保障的連續(xù)性，做到迅速恢復(fù)出故障的業(yè)務(wù)和相關(guān)數(shù)據(jù)[9-17].

目前學(xué)校Web、Mail、OA 系統(tǒng)等各大核心業(yè)務(wù)幾乎都依賴于信息化系統(tǒng)支撐，系統(tǒng)的負(fù)載和復(fù)雜度呈直線上升.而硬件部署模式又進(jìn)一步加劇了基礎(chǔ)架構(gòu)的復(fù)雜程度，使得云管平臺(tái)存在的一些問題凸顯出來，亟待平臺(tái)運(yùn)維管理員去解決. 遇到的問題包括云資源申請(qǐng)效率偏低，改進(jìn)前資源申請(qǐng)均為線下，由管理員收集申請(qǐng)信息后逐一創(chuàng)建所需資源.還包括云資源管理員無法對(duì)所有資源分配和使用狀況做多維度的呈現(xiàn)等.因此，需要在原云管平臺(tái)的基礎(chǔ)上做一些改進(jìn)，既能解決目前存在的問題，還能滿足未來一段時(shí)間的數(shù)據(jù)中心發(fā)展需求.

1 云管平臺(tái)改進(jìn)及實(shí)現(xiàn)

改進(jìn)前，學(xué)校云管平臺(tái)分三個(gè)層級(jí)，如圖1 所示:最底層為物理資源層，是放置于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的各種IT 資源，包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器和各種網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備.中間層為虛擬化層，運(yùn)用VMware 虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源的虛擬化，將各種資源做成彈性化資源池.最上面一層為虛擬機(jī)管理層，平臺(tái)運(yùn)維員通過管理層的vCenter 平臺(tái)對(duì)所有數(shù)據(jù)中心資源進(jìn)行統(tǒng)一管控和管理.

圖1 改進(jìn)前的云管平臺(tái)層級(jí)圖Fig.1 Hierarchy chart of cloud management platform before improvement

由于數(shù)據(jù)中心對(duì)安全性和技術(shù)性的較高要求，vCenter 平臺(tái)的管理必須由專職人員完成，虛擬機(jī)的實(shí)際使用者對(duì)虛擬機(jī)申請(qǐng)以及硬件方面的一些操作均需要通過管理員來完成，效率較低.

對(duì)此，我們對(duì)云管平臺(tái)的架構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)調(diào)整，在管理層的上方，增加了核心控制調(diào)度層和云門戶層.改進(jìn)后的平臺(tái)層級(jí)圖如圖2 所示，一共包括了物理層、虛擬化層、虛機(jī)管理層、核心控制調(diào)度層和云門戶層五個(gè)層級(jí). 其中，核心控制調(diào)度層加入了如圖3所示的集成認(rèn)證.集成認(rèn)證調(diào)用了云平臺(tái)服務(wù)調(diào)度模塊(vRA)和云平臺(tái)自動(dòng)化運(yùn)維模塊(vRO)，加上目前已有的單點(diǎn)登錄(SSO)系統(tǒng)，三者統(tǒng)一接入云門戶平臺(tái).通過增加核心調(diào)度層，我們能夠?qū)崿F(xiàn)藍(lán)圖編排作業(yè)腳本功能，為能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)維提供基礎(chǔ)服務(wù)架構(gòu).云門戶層我們采用分級(jí)管理的模式，對(duì)不同用戶設(shè)置不同的權(quán)限，虛擬機(jī)的使用者和數(shù)據(jù)中心管理者通過登錄云門戶頁面，在各自賬號(hào)權(quán)限范圍內(nèi)，對(duì)最底層的資源池進(jìn)行不同的管理和維護(hù)操作.

圖2 改進(jìn)后的云管平臺(tái)層級(jí)圖Fig.2 Improved cloud management platform hierarchy

圖3 集成認(rèn)證Fig.3 Integrated authentication

經(jīng)過以上對(duì)云管平臺(tái)的改進(jìn)，并依托個(gè)性化的線上審批策略，就可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)使用者自助申請(qǐng)和自助配置云資源；云平臺(tái)管理員能從項(xiàng)目、部門及虛擬機(jī)三個(gè)維度，對(duì)云資源的各種指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)一步提高資源效率，減少運(yùn)維管理員工作壓力和操作風(fēng)險(xiǎn)；此外，能將所有資源使用情況全屏幕呈現(xiàn)，對(duì)外展示云管平臺(tái)運(yùn)行狀況.

1.1 在合理的審批流程下進(jìn)行自助服務(wù)

在改進(jìn)方案中，自助申請(qǐng)創(chuàng)建虛擬服務(wù)器的整個(gè)過程，是和流程審批完美結(jié)合在一起的. 要讓云管平臺(tái)能準(zhǔn)確、高效的實(shí)施自動(dòng)化申請(qǐng)，申請(qǐng)的流程必須合理.邏輯上不能出現(xiàn)死循環(huán)，整個(gè)過程也要符合學(xué)校的規(guī)章制度，相關(guān)責(zé)任人的監(jiān)管也必須到位.為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了圖4 所示的審批流程.申請(qǐng)者根據(jù)業(yè)務(wù)需求提出所需虛擬機(jī)軟、硬件配置的申請(qǐng)，經(jīng)過部門領(lǐng)導(dǎo)和云管平臺(tái)運(yùn)維部門雙重審批. 待審批通過后，申請(qǐng)者即可使用單點(diǎn)登錄系統(tǒng)登錄云管平臺(tái)，自助進(jìn)行虛擬機(jī)軟件和硬件的各項(xiàng)配置.設(shè)置虛擬機(jī)的登錄密碼，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，需要開放的虛擬機(jī)端口.云管平臺(tái)運(yùn)維員對(duì)申請(qǐng)者自助申請(qǐng)的虛機(jī)做最后的配置審批修改以及安全加固. 最終，云管平臺(tái)管理者將虛擬機(jī)登錄權(quán)限交還給申請(qǐng)者，即虛擬機(jī)的實(shí)際使用人. 使用者便可以通過堡壘管理方式遠(yuǎn)程訪問，管理自己申請(qǐng)的虛擬機(jī).整個(gè)過程均在線上完成，高效快捷，大大提高了虛擬機(jī)的使用效率.

圖4 審批流程Fig.4 Process approval

為方便申請(qǐng)者自助選擇需要的軟硬件，我們需要提前做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和資源池的架構(gòu)設(shè)計(jì)，部署操作系統(tǒng)藍(lán)圖模板，將申請(qǐng)者可能用到的操作系統(tǒng)以及PaaS應(yīng)用做好藍(lán)圖模板.根據(jù)對(duì)學(xué)校各學(xué)院和處級(jí)單位的調(diào)研，我們規(guī)劃了圖5 所示的藍(lán)圖模板.

圖5 操作系統(tǒng)和應(yīng)用藍(lán)圖Fig. 5 Operating system and application blueprint

虛擬機(jī)的申請(qǐng)是零門檻，圖形化的界面非常的簡(jiǎn)潔，申請(qǐng)者通過學(xué)校單點(diǎn)登錄系統(tǒng)進(jìn)入申請(qǐng)頁面后，只需要通過鼠標(biāo)的拖動(dòng)和點(diǎn)選，便能完成整個(gè)虛擬機(jī)的申請(qǐng)過程. 如圖6 所示，申請(qǐng)者能夠選擇虛擬機(jī)CPU、內(nèi)存和磁盤空間的大小，并且能選擇操作系統(tǒng)的種類和版本，針對(duì)不同的應(yīng)用類型，需要開放的端口等.此外，還能對(duì)配置相同的多臺(tái)虛擬機(jī)進(jìn)行批量申請(qǐng)，大大節(jié)約了申請(qǐng)和創(chuàng)建的時(shí)間.

圖6 虛擬機(jī)申請(qǐng)界面Fig.6 Virtual machine application interface

在虛擬機(jī)使用一段時(shí)間后，當(dāng)前的虛擬機(jī)配置不足以支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)，虛擬機(jī)的使用者還可以自助提出配置更改的申請(qǐng). 云管平臺(tái)管理者在線批準(zhǔn)申請(qǐng)后，云管平臺(tái)便能在線自動(dòng)化實(shí)施虛擬機(jī)硬件的升級(jí).整個(gè)升級(jí)過程由使用者主動(dòng)發(fā)起，自動(dòng)實(shí)施，方便快捷.

1.2 數(shù)據(jù)中心資源管理的維度升級(jí)

對(duì)于云管平臺(tái)管理運(yùn)維員而言，每天需要對(duì)大量的虛擬機(jī)進(jìn)行運(yùn)維狀態(tài)的監(jiān)測(cè). vCenter 管理平臺(tái)只能對(duì)單獨(dú)的虛擬機(jī)進(jìn)行單機(jī)管理，或者對(duì)虛擬機(jī)所在的集群進(jìn)行整體管理及狀態(tài)監(jiān)測(cè).不能根據(jù)每臺(tái)虛擬機(jī)實(shí)際的使用者和使用者所在的部門進(jìn)行分組管理，缺乏管理的細(xì)膩度，給數(shù)據(jù)中心的虛擬機(jī)管理帶來了極大不便.為了更加方便對(duì)虛機(jī)進(jìn)行更詳細(xì)的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，我們對(duì)數(shù)據(jù)中心所有虛機(jī)增加了“項(xiàng)目名”、“部門名”、“申請(qǐng)者”等多個(gè)字段標(biāo)識(shí)，虛機(jī)申請(qǐng)時(shí)，這些字段均為必填項(xiàng)目.根據(jù)字段對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行了分類，使虛機(jī)在不同的維度下處于各自相應(yīng)的組. 在云管平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)分析頁面，增加了“部門統(tǒng)計(jì)”、“項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)”和“虛機(jī)”三個(gè)維度的統(tǒng)計(jì).通過不同的緯度來展示云數(shù)據(jù)中心的虛擬機(jī)使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)，以及維度內(nèi)每臺(tái)虛擬機(jī)的詳細(xì)資源使用狀況和top 排名信息.其顯示效果如圖7、圖8 和圖9 所示.

圖7 部門資源統(tǒng)計(jì)Fig.7 Department resource statistics

圖8 項(xiàng)目資源統(tǒng)計(jì)Fig.8 Project resource statistics

圖9 虛機(jī)資源統(tǒng)計(jì)Fig.9 Virtual machine resource statistics

根據(jù)不同維度的資源使用檢測(cè)，能準(zhǔn)確的幫助云管平臺(tái)管理者對(duì)虛擬機(jī)資源使用情況做出更合理，更準(zhǔn)確的判斷，保障整個(gè)云數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運(yùn)行.此外，vRA 還可以跟蹤虛擬機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的硬件使用情況，提醒云管平臺(tái)管理者減少或者增加平臺(tái)上虛擬機(jī)的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，將數(shù)據(jù)中心有限的資源分配到更需要的業(yè)務(wù)上，避免了浪費(fèi)，提高了基礎(chǔ)架構(gòu)的利用率.我們還可以通過vRA 推送異常報(bào)表，設(shè)置虛擬機(jī)回收策略.當(dāng)某臺(tái)虛擬機(jī)處于非活動(dòng)狀態(tài)時(shí)間超過設(shè)置的閾值，云管平臺(tái)能自動(dòng)化地執(zhí)行資源回收的相關(guān)工作流.

1.3 全方位的大屏展示

數(shù)據(jù)中心信息大屏展示，我們選用了模塊化的設(shè)計(jì).通過安放在數(shù)據(jù)中心的多屏幕拼接大屏和戶外大屏，對(duì)外展示信息中心虛擬機(jī)的相關(guān)信息. 由于采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，管理員可以自由選擇需要展示的相關(guān)內(nèi)容.待選模塊包括了整個(gè)數(shù)據(jù)中心的所有資源的概覽以及多維度下虛擬機(jī)的各種排行信息，方便對(duì)外交流展示.展示情況如圖10 所示:

圖10 數(shù)據(jù)中心大屏展示Fig.10 Large screen display of data center

通過對(duì)舊有云管平臺(tái)功能的升級(jí)，并接入了單點(diǎn)登錄系統(tǒng)，大幅提高了云平臺(tái)的資源自動(dòng)化服務(wù)和運(yùn)維管理能力，提升了信息系統(tǒng)的敏捷度，為業(yè)務(wù)發(fā)展提供了有效的技術(shù)保障.信息中心能快速的響應(yīng)業(yè)務(wù)變化的新需求，對(duì)所有工作負(fù)載的可用性、可擴(kuò)展性和服務(wù)級(jí)別協(xié)議保持全面控制，極大提高整體競(jìng)爭(zhēng)力.

2 結(jié)語

高?！半p一流”的建設(shè)，需要高效、靈活、安全的信息化建設(shè)作為支撐.學(xué)校在原有的數(shù)據(jù)中心云管平臺(tái)上進(jìn)行的改進(jìn)，明顯提升了學(xué)校教學(xué)、科研應(yīng)用的運(yùn)行效率，縮短了新業(yè)務(wù)虛擬機(jī)上線周期，方便了云管平臺(tái)運(yùn)維管理員的管理和維護(hù)，獲得了使用者一致好評(píng)，為學(xué)校向著“雙一流”高校建設(shè)目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的保障.