云計算不僅是技術(shù),更是服務(wù)模式的創(chuàng)新。云計算之所以能夠為用戶帶來更高的效率、靈活性和可擴展性,是基于對整個IT領(lǐng)域的變革,其技術(shù)和應(yīng)用涉及硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、運維管理、服務(wù)模式等各個方面。
IaaS(基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù))作為云計算的三大部分之一,將基礎(chǔ)架構(gòu)進行云化,從而更好的為應(yīng)用系統(tǒng)的上線、部署和運維提供支撐,提升效率,降低TCO。同時,由于IaaS包含各種類型的硬件和軟件系統(tǒng),因此在向云遷移過程中也面臨前所未有的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)。那么,云基礎(chǔ)架構(gòu)包含哪些組件?主要面臨哪些問題?有哪些主要的解決方法呢?
一、云基礎(chǔ)架構(gòu)
如圖1所示,傳統(tǒng)的IT部署架構(gòu)是“煙囪式”的,或者叫做“專機專用”系統(tǒng)。
圖1 傳統(tǒng)IT“煙囪”模式部署架構(gòu)
在這種架構(gòu)中,新的應(yīng)用系統(tǒng)上線的時候需要分析該應(yīng)用系統(tǒng)的資源需求,確定基礎(chǔ)架構(gòu)所需的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備規(guī)格和數(shù)量,這種部署模式主要存在的問題有以下兩點:
● 硬件高配低用。考慮到應(yīng)用系統(tǒng)未來3~5年的業(yè)務(wù)發(fā)展,以及業(yè)務(wù)突發(fā)的需求,為滿足應(yīng)用系統(tǒng)的性能、容量承載需求,往往在選擇計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備的配置時會留有一定比例的余量。但硬件資源上線后,應(yīng)用系統(tǒng)在一定時間內(nèi)的負載并不會太高,使得較高配置的硬件設(shè)備利用率不高。
● 整合困難。用戶在實際使用中也注意到了資源利用率不高的情形,當(dāng)需要上線新的應(yīng)用系統(tǒng)時,會優(yōu)先考慮部署在既有的基礎(chǔ)架構(gòu)上。但因為不同的應(yīng)用系統(tǒng)所需的運行環(huán)境、對資源的搶占會有很大的差異,更重要的是考慮到可靠性、穩(wěn)定性、運維管理問題,將新、舊應(yīng)用系統(tǒng)整合在一套基礎(chǔ)架構(gòu)上的難度非常大,更多的用戶往往選擇新增與應(yīng)用系統(tǒng)配套的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備。
這種部署模式,造成了每套硬件與所承載應(yīng)用系統(tǒng)的“專機專用”,多套硬件和應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成了“煙囪式”部署架構(gòu),使得整體資源利用率不高,占用過多的機房空間和能源,隨著應(yīng)用系統(tǒng)的增多,IT資源的效率、擴展性、可管理性都面臨很大的挑戰(zhàn)。
云基礎(chǔ)架構(gòu)的引入有效解決了傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的問題(如圖2所示)。
圖2 云計算融合模式部署架構(gòu)
云基礎(chǔ)架構(gòu)在傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)硬件層的基礎(chǔ)上,增加了虛擬化層、云層:
● 虛擬化層:大多數(shù)云基礎(chǔ)架構(gòu)都廣泛采用虛擬化技術(shù),包括計算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等。通過虛擬化層,屏蔽了硬件層自身的差異和復(fù)雜度,向上呈現(xiàn)為標準化、可靈活擴展和收縮、彈性的虛擬化資源池;
● 云層:對資源池進行調(diào)配、組合,根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要自動生成、擴展所需的硬件資源,將更多的應(yīng)用系統(tǒng)通過流程化、自動化部署和管理,提升IT效率。
相對于傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu),云基礎(chǔ)架構(gòu)通過虛擬化整合與自動化,應(yīng)用系統(tǒng)共享基礎(chǔ)架構(gòu)資源池,實現(xiàn)高利用率、高可用性、低成本、低能耗,并且通過云平臺層的自動化管理,實現(xiàn)快速部署、易于擴展、智能管理,幫助用戶構(gòu)建IaaS(基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù))云業(yè)務(wù)模式。
二、云基礎(chǔ)架構(gòu)融合
云基礎(chǔ)架構(gòu)資源池使得計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)以及對應(yīng)虛擬化單個產(chǎn)品和技術(shù)本身不再是核心,重要的是這些資源的整合,形成一個有機的、可靈活調(diào)度和擴展的資源池,面向云應(yīng)用實現(xiàn)自動化的部署、監(jiān)控、管理和運維。
云基礎(chǔ)架構(gòu)資源的整合,對計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)虛擬化提出了新的挑戰(zhàn),并帶動了一系列網(wǎng)絡(luò)、虛擬化技術(shù)的變革。傳統(tǒng)模式下,服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲是基于物理設(shè)備連接的,因此,針對服務(wù)器、存儲的訪問控制、QoS帶寬、流量監(jiān)控等策略基于物理端口進行部署,管理界面清晰,并且設(shè)備及對應(yīng)的策略是靜態(tài)、固定的。云基礎(chǔ)架構(gòu)模式下,服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全采用了虛擬化技術(shù),資源池使得設(shè)備及對應(yīng)的策略是動態(tài)變化的(如圖3所示)。
圖3 云基礎(chǔ)架構(gòu)融合部署
由于部署了虛擬化,一臺獨立的物理服務(wù)器變成了多個虛擬機,并且這些虛擬機是動態(tài)的,隨著應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心環(huán)境的變化而遷移、增加、減少。例如圖3中的Server1,由于某種原因(例如Server1負載過高),其中的某個虛擬機VM1遷移到同一集群中的Server2。此時如果要保持VM1的業(yè)務(wù)訪問不會中斷,需要實現(xiàn)VM1的訪問策略能夠從Port1隨著遷移到Port2,這就需要交換機能夠感知到虛擬機的狀態(tài)變化,并自動更新遷移前后端口上的策略。
這是一種簡單的計算虛擬化與網(wǎng)絡(luò)融合聯(lián)動的例子。最新的EVB(以太網(wǎng)虛擬橋接)標準VEPA(虛擬以太網(wǎng)端口聚合,802.1Qbg)即是實現(xiàn)這種融合聯(lián)動方案的技術(shù)標準,其包括了VDP虛擬機發(fā)現(xiàn)和關(guān)聯(lián)、CDCP 虛擬機多通道轉(zhuǎn)發(fā)等協(xié)議,通過標準化的主機與網(wǎng)絡(luò)之間虛擬化信息的關(guān)聯(lián)控制,實現(xiàn)虛擬化環(huán)境向物理環(huán)境的映射,使得虛擬機的服務(wù)變更可以通過網(wǎng)絡(luò)的感知來自動化響應(yīng)。
事實上,云基礎(chǔ)架構(gòu)融合的關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)。目前計算虛擬化、存儲虛擬化的技術(shù)已經(jīng)相對成熟并自成體系,但就整個IT基礎(chǔ)架構(gòu)來說,網(wǎng)絡(luò)是將計算資源池、存儲資源池、用戶連接組一起的紐帶,只有網(wǎng)絡(luò)能夠充分感知到計算資源池、存儲資源池和用戶訪問的動態(tài)變化,才能進行動態(tài)響應(yīng),維護網(wǎng)絡(luò)連通性的同時,保障網(wǎng)絡(luò)策略的一致性。否則,通過人工干預(yù)和手工配置,會大大降低云基礎(chǔ)架構(gòu)的靈活性、可擴展性和可管理性。
三、云基礎(chǔ)架構(gòu)融合方案
如圖4所示,云基礎(chǔ)架構(gòu)分為三個層次的融合。
圖4 云基礎(chǔ)架構(gòu)融合的層次
● 硬件層的融合
例如上文提到的VEPA技術(shù)和方案,則是將計算虛擬化與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)虛擬化進行融合,實現(xiàn)虛擬機與虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)聯(lián)。此外,還有FCoE技術(shù)和方案,將存儲與網(wǎng)絡(luò)進行融合;以及橫向虛擬化、縱向虛擬化實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身的融合。
● 業(yè)務(wù)層的融合
典型的方案是云安全解決方案。通過虛擬防火墻與虛擬機之間的融合,可以實現(xiàn)虛擬防火墻對虛擬機的感知、關(guān)聯(lián),確保虛擬機遷移、新增或減少時,防火墻策略也能夠自動關(guān)聯(lián)。此外,還有虛擬機與LB負載均衡之間的聯(lián)動。當(dāng)業(yè)務(wù)突發(fā)資源不足時,傳統(tǒng)方案需要人工發(fā)現(xiàn)虛擬機資源不足,再手工創(chuàng)建虛擬機,并配置訪問策略,響應(yīng)速度很慢,而且非常的費時費力。通過自動探測某個業(yè)務(wù)虛擬機的用戶訪問和資源利用率情況,在業(yè)務(wù)突發(fā)時,自動按需增加相應(yīng)數(shù)量的虛擬機,與LB聯(lián)動進行業(yè)務(wù)負載分擔(dān);同時,當(dāng)業(yè)務(wù)突發(fā)減小時,可以自動減少相應(yīng)數(shù)量的虛擬機,節(jié)省資源。不僅有效解決虛擬化環(huán)境中面臨的業(yè)務(wù)突發(fā)問題,而且大大提升了業(yè)務(wù)響應(yīng)的效率和智能化。
● 管理層的融合
云基礎(chǔ)架構(gòu)通過虛擬化技術(shù)與管理層的融合,提升了IT系統(tǒng)的可靠性。例如,虛擬化平臺可與網(wǎng)絡(luò)管理、計算管理、存儲管理聯(lián)動,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障影響虛擬機業(yè)務(wù)時,可自動遷移虛擬機,保障業(yè)務(wù)正常訪問;此外,對于設(shè)備正常、操作系統(tǒng)正常、但某個業(yè)務(wù)系統(tǒng)無法訪問的情況,虛擬化平臺還可以與應(yīng)用管理聯(lián)動,探測應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài),例如Web、APP、DB等響應(yīng)速度,當(dāng)某個應(yīng)用無法正常提供訪問時,自動重啟虛擬機,恢復(fù)業(yè)務(wù)正常訪問。
四、結(jié)束語
數(shù)據(jù)中心由傳統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)向云基礎(chǔ)架構(gòu)的轉(zhuǎn)變,極大提升了基礎(chǔ)架構(gòu)融合的必要性和可行性。通過資源池的云網(wǎng)融合,構(gòu)建統(tǒng)一、融合、聯(lián)動的基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng),不僅提升了應(yīng)用系統(tǒng)部署的可靠性、靈活性、可擴展性和可管理性,而且也促進了云計算的應(yīng)用和實踐。
云計算系統(tǒng)已經(jīng)在政府、教育、大企業(yè)、運營商等行業(yè)得到越來越多的成熟應(yīng)用,涌現(xiàn)出一批國內(nèi)外的具有完善解決方案的云基礎(chǔ)架構(gòu)供應(yīng)商,包括華三、VMware、微軟、亞馬遜等公司,尤其是國內(nèi)的華三公司還可以提供集計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、虛擬化和云管理于一體的整體式交付的UIS統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng),可以顯著簡化檢務(wù)云基礎(chǔ)架構(gòu)的部署和運維成本,而且憑借豐富的工程實施經(jīng)驗提供專業(yè)快捷的運維保障,將云基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)的部署時間縮短70%以上。目前人民檢察院的信息化系統(tǒng)也將從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)向云基礎(chǔ)架構(gòu)演進,滿足檢察院信息系統(tǒng)的快速批量部署、系統(tǒng)性能優(yōu)化、降低管理維護工作量的需求,適應(yīng)偵查信息化和裝備現(xiàn)代化的科技強檢需求,實現(xiàn)偵查方式戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變、推動犯罪偵查工作和檢務(wù)管理工作科學(xué)發(fā)展。