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关于IT系统云化之路的一块石头

2015-02-03 17:33 祝好杰

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文/祝好杰,华信设计院工程师

运营商IT系统云化之路探讨

他山之石,可以攻玉

1、前言

首先,开始正文之前看一下三个场景:

场景一:2006年,亚马逊推出AWS服务,以Web服务的形式向企业提供IT基础设施服务(IaaS),其最大的优势是企业用户不必再为系统容量规划头痛,AWS提供按需服务,资源动态调整,并且能够更快速、更灵活的开发和部署应用程序。目前亚马逊已在全球部署11个Region,包含27个Availability Zone,服务于190多个国家,可以说是当今发展最成熟的公共云。

场景二:2009年,Vmware推出第四版虚拟化架构即VI4,并正式更名为Vsphere,此后Vmware虚拟化软件一直处于领导地位,而其产品范围也从最顶层的云管理平台vCloud Director一直到最底层的Hypervisor-ESXi Server,为企业云平台建设提供了一整套解决方案,当然也是比较昂贵的解决方案。

场景三:2010年,由NASA和和Rackspace合作研发并发起一个开源云计算管理平台项目Openstack,目的是让任何人都可以自行建立和提供云端运算服务, Openstack通过各种互补的组件提供基础设施即服务(IaaS)的解决方案,每个服务提供API以进行集成,其出现为企业云平台的建设提供了另一种选择,由于开源,也是成本相对较低的解决方案。目前已发布到J版(Juno),且一直在滚动更新。

上述三个场景代表了当今云计算领域最主流的技术和解决方案,其中亚马逊的AWS为最为成熟的公共云解决方案,用户通过付费租用一定资源,并将自己的应用部署到AWS中,即使将来迁移到用户自有数据中心中也很容易,只要具备兼容Amazon-API的接口即可,而Openstack吸取了很多AWS的理念,包括API访问、Region、Availability Zone等,并发展了自己的组件和服务,是AWS最有力的竞争对手。相比之下,Vmware的虚拟化技术更侧重于解决企业的资源分配问题,通过虚拟化技术获得更多的逻辑资源,并使资源得到合理的利用。

云计算是近几年发展最快的IT技术之一,根据当前最权威且普遍认可的NIST(美国国家标准与技术研究所)的定义,云计算是一种模型,它可以实现随时随地,便捷地,随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源(例如网络、服务器、存储、应用及服务),资源能够快速供应并释放,使管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度。国务院1月30日发布的《关于促进云计算创新发展,培育信息产业新业态的意见》,提出到2017年,我国云计算服务能力大幅提升,在降低创业门槛、服务民生、培育新业态、探索电子政务建设新模式等方面取得积极成效,云计算数据中心区域布局初步优化,发展环境更加安全可靠。在云计算发展的过程中,运营商更应凭借其丰富的IT资源,优质的机房环境,加快战略转型,找到新的业务增长点。而IT支撑系统作为运营商大部分业务的幕后支持者,更需要转型,尤其是在面对互联网、OTT等业务的冲击下。然而从工作中接触的多家省级运营商IT系统来看,其转型动力普遍集中于解决系统资源利用率低、采购与维护成本居高不下等问题,虽然这是令IT部门最头痛的问题。针对这些问题,最好的解决方案是X86化与虚拟化,这也是为什么近几年X86服务器和Vmware等虚拟化软件技术大为发展的原因之一。然而多数IT系统在完成这一步之后遇到了瓶颈,未来可预见的场景无非是X86服务器继续大规模增加,虚拟资源快速增长,机房空间、电源需求量逐步增大,带来的收益和效率可能并没有想像中的好,未来的运营商IT支撑系统该如何转型,也许从上述三个场景中我们可以得到一些启示。

2IT系统云化发展现状

云计算技术的兴起为运营商IT支撑系统带来了一种新的服务交付和使用模式,面向未来的支撑系统架构,以某省级运营商为例,自2010年开始针对性的进行了大量云计算技术研究和落地建设工作,基于Vmware虚拟化技术搭建两节点资源池,共部署X86物理刀片XXX台,虚拟机XXX个,每12或16台物理刀片(跨机柜)组建一个Cluster,每个Cluster为一个VLAN,与节点之间为HA配置,目前上线应用系统XXX个,上层通过资源池管理平台实现资源申请、监控。经过多年的运营和建设,目前仍存在以下几个不足:

(1)每个cluster内部可以实现资源动态调整,但cluster容量设置过小,随着业务量的增长容易达到上限,后期增加的设备组成新的cluster,导致小型cluster较多,由于所连接的数据中心交换机并未启用大二层交换功能,cluster之间无法实现资源动态调整。

(2)资源申请、部署依然为人工方式。系统上线前,由业务/需求部门根据预定的excel模板上报资源需求,再由专人负责录入资源池管理平台,待审批后,由运维部门分配相应资源。

(3)虚拟化软件采用vCenter+ESXi,品种单一,随着X86服务器数量的增长,采购成本将逐步增加。

对该省级运营商而言,资源池模式下的集成工作量相比原有小型机架构降低很多,减轻了工作压力,然而从技术架构上来看,当前的建设模式仅仅是将小型机替换成X86虚拟机,尚未达到IaaS的要求,因此需要做进一步深化。

3IT系统云化发展思路

对比前述三个场景,IT系统的云化改造可以从建设模式、多节点部署、虚拟化技术引入等方面做进一步考虑。

(一)以成熟公共云模式建设和运营私有云。虽然NIST将云计算建设模式划分为公共云、私有云、混合云三种,然而三种云的划分只是面向用户的区别,本质上应基于同样的建设理念。从场景一和当前市场上成熟的云服务提供商来看,公共云是发展最为成熟的模式,也是最能够体现云计算中的“服务”的模式,因此,对于运营商IT支撑系统私有云,可以借鉴公共云的成熟模式进行建设和运营:

(1)每个需求或业务部门作为私有云的用户,上层云管理平台以计算服务、数据库服务、存储服务、网络服务等形式向所有用户公开“出售”,并以“虚拟计费”或线上申请/审核模式管控用户的需求。

(2)所有服务预置多种规格(虚拟机),以单元形式“出售”。比如计算单元可配置成WEB、APP两种规格,数据库单元可配置成Oracle、MySQL、NoSQL等规格,用户申请资源时,根据系统要求选择相应规格的单元进行部署。

(3)赋予用户登陆、启停虚拟机以及安装、卸载应用的权限,减少运维部门的琐碎工作,将更大精力投入云服务的完善与优化上。

(二)引入Availability Zone和Host Aggregate Zone概念部署多节点数据中心。Availability Zone即可用区,可定义一个机房为一个 AZ,把该机房所有计算节点纳入到一个 AZ 中,其中一个机房因为某种原因down 掉,不会影响其它机房的虚拟机和网络;Host Aggregate Zone指具有共同属性的资源划分到同一个 Zone 中,同一个 HAZ 下的设备都具有某种共同的属性。以上述省级运营商为例,私有云搭建时可做以下部署:

(1)保留当前两个节点,并作为两个可用区(AZ-SD,AZ-SQ),每个可用区由该区中所有可用机房组成。可用区间相隔20KM,具备独立的电源、网络条件,核心系统将分别部署在两个可用区中,可确保高可靠性,随着可用区规模增长和机房空间的限制,可以适时启用第三可用区(AZ-XYL)。可用区间采用高速网络互相连接,尽量降低延时。

(2)每个可用区中可根据业务或服务不同划分不同的HAZ,比如针对计算服务可划分管信域、CRM域、BOSS域等,每个域下可再细分WEB域、APP域;数据库服务集中设置,统一使用,可划分Oracle域、MySQL域、NoSQL域等。HAZ之间根据需求可相互隔离,资源动态调整可以只限于HAZ中,但要避免细分的层次过多。

(3)可用区对用户可见,HAZ对用户不可见。即用户申请资源时,可根据系统的重要性选择部署在两个可用区或者一个可用区中,然后选择相应的资源规格,由云管理平台根据该调度策略调度到满足需求的HAZ中。

(三)适当引入新技术,降低建设成本。Vmware以稳定性好和成熟度高在虚拟化市场占主导地位,然而其昂贵的价格和技术的封闭为运营商带来不少的建设成本,而Openstack的逐渐成熟,为运营商提供了另一种选择。

Openstack的出现可能对运营商带来一些困惑,特别是已经基于Vmware虚拟化技术搭建资源池的运营商,已部署Vmware产品,再部署Openstack是否会有冲突?哪一个是最好的云计算平台?事实上,Openstack并没有脱离虚拟化技术,虽然其本身并不提供Hypervisor,但依靠当前主流Hypervisor(包括ESXi、KVM、Xen等)提供虚拟资源并加以管理,其次,从产品定位来看,Openstack与Vmware产品中的vCloud Director属于同一层次,本质上都是基于底层虚拟资源提供基础设施即服务(IaaS),不同的是Openstack支持多种Hypervisor,vCloud Director只支持ESXi,因此在同一个数据中心中Vmware技术可以与Openstack技术共存。

需要特别注意的是,Openstack虽已更新到J版,但成熟商用案例并不多,其各个组件的成熟度和稳定性也不一,建议具体实施时采用以下策略:

(1)对于核心系统或稳定性要求很高的系统,可继续部署在Vmware虚拟资源中;其他系统或稳定性要求不高的系统可以采用Openstack+KVM/Xen资源,随着Openstack的稳定性逐步增强,可以扩大覆盖范围,降低Vmware采购成本。

(2)前期先引入Openstack成熟组件,如Nova,作为现有Vmware模式的扩展工具使用,随着其他组件的成熟再逐步引入。

(3)架构上,近期构建Vmware-Cloud和Openstack-Cloud,统一以云管理平台为监控、管理入口,引入KVM\Xen等其他虚拟化技术,并纳入Openstack-Cloud中由compute节点统一调度(如下左图),待Openstack发展成熟,将Vmware-Cloud纳入Openstack-Cloud中,由compute节点统一调度(如下右图)。

4、总结

以上探讨更多是侧重于运营商IaaS服务能力的构建和部署,虽然其可能更多地关注系统软件方面的服务化,即PaaS服务,但在提供云服务的过程中,IaaS服务的成熟能够为PaaS以及SaaS服务提供更好的支撑。IaaS与PaaS之间并没有明确的先后顺序,比如为实现数据库的集中管理、统一优化,IaaS服务构建的同时可通过高性能X86设备(如数据库一体机)搭建数据库服务域,对所有业务系统统一提供数据库PaaS服务。

其实,不论构建IaaS还是PaaS,运营商在建设云平台的过程中首先要明确的是虚拟化并不等于云化,虚拟化只是云化的一种手段,云平台的本质是提供多样化、标准化的资源服务。具体实施时应以IaaS服务构建为基础,加大PaaS服务的落地工作,适当引入新技术,提升自身技术水平,加强核心能力的掌控。此外,鉴于运营商的B域、O域和M域多为独立的系统且由不同部门管理,而各部门通常基于自身管辖系统搭建相应的云平台,监控/管理系统也由不同厂商提供,为避免重复建设,减少资源浪费,降低建设和维护成本,加大信息共享力度,有必要制定企业级云平台发展战略,构建标准化、统一的云管理和云治理平台,统筹协调,从而对内支撑各业务系统快速部署与稳定运行,对外提供多样化的公共云服务,需求新的业务增长点。

 
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