移动互联时代统一信息平台建设的研究

移动互联时代统一信息平台建设的研究

现在，移动互联网时代的应用优先于传播的趋势越来越明显。随着用户和业务的不断扩大，各种数据服务的类型和平台的增加，运营商内部的罪（信息技术）系统规模不断扩大。如果传统的硬件和应用程序之间的独立导入方法仍然遵循下面的步骤：运营商的采购、导入和维护面临着越来越大的压力。传统模式下每个系统都要考虑到自身系统的冗余,各类IT设备的资源将无法得到有效利用,资源设备利用率低,成本投入浪费严重。近年来,云计算及相关理念从提出到规模商用都已经得到验证,通过大规模集中采购、建设和维护IT基础设施,建立运营商内部云计算资源池,实现服务器资源、存储资源、网络资源的统一化、集中化、智能化调度和管理,同时考虑系统安全、负载均衡、数据备份、整体IT系统业务平台的平滑割接和弹性扩展等需求,可逐步降低整体IT系统的建设和运营成本,提高设备资源利用率。通过加快IT系统的部署速度推动业务系统的系统部署速度。1云计算cs服务对象云计算从服务层次上分为三层:a)IaaS(基础设施即服务)。IaaS注重计算资源的共享,消费者通过Internet可以从完善的计算机基础设施获得服务(网络能力、计算能力、存储能力)。b)PaaS(平台即服务)。PaaS侧重于服务,通过服务器平台或者开发环境提供服务(应用服务器、应用框架、编程语言)。c)SaaS(软件即服务)。SaaS侧重于服务,通过网络提供软件程序服务(应用)。云计算从服务对象上也分为三层:a)公共云:为公众提供服务,面向外部用户需求,通过开放网络提供云计算服务。b)私有云:企业内部系统使用,企业按照云计算架构搭建平台,面向内部需求提供云计算服务。c)混合云:兼顾外部和内部用户的云计算服务。自从谷歌天才工程师克里斯托夫·比希利亚于2006年提出云计算概念以来,云计算一直受到了IT企业和研究机构的青睐,在商业层面也成为国内企业转型的契机。目前许多知名企业已经部署了大规模的云计算平台,业界云计算部署的标杆分别为亚马逊的AWS(I层)、谷歌(P层)和Salesforce。云计算是一种商业模式的创新,它秉承的核心理念是“按需服务”,可以像使用水、电、煤气那样方便地使用各种资源。可以使用户以按需、易扩展的方式获得所需要的硬件、软件和平台资源。提供资源的网络被称为“云”,它涉及到的技术较多,主要包括虚拟化技术、分布式计算技术、弹性扩展技术、分布式存储技术、云计算平台管理技术等。1.1应用目的和意义云计算将是下一代计算模式演变的方向,而虚拟化则是这种转变最为重要的基石。通过虚拟化技术可实现软件与硬件隔离,它包括将单个物理资源划分成多个虚拟资源的裂分模式(“大分小”),也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式(“小聚大”),前者为目前主流应用需求,后者则属于并行计算,商用程度不高。虚拟化技术根据对象可分成计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。虚拟化最主要的意义是减少运营商的CAPEX(资本性支出)和OPEX(运营成本),提高设备利用率,减低维护成本。现有业务系统的部署模式中,对计算资源的使用粒度只能到单台物理服务器,在计算云中引入虚拟化技术,将一台物理服务器虚拟化成几个小的“虚拟服务器”,这样能在较少的服务器上运行更多的应用,同时对部署在云计算上所应用到的各种资源进行弹性调度。1.2分布式计算系统的原理分布式计算技术是指由多台同构或异构的计算机连接起来协同完成特定任务的计算机群。在这样的工作环境下构成了计算的分布性,任务采用分布式的架构被划为多个模块分布在各个计算机上运行,各个计算机之间相互关联、协同工作,如果其中一个模块出现故障,必定会影响其他的模块,至于整体的运行效率就要依赖于分布式计算系统了。1.3系统的协调运行分布式存储也称为云存储,是在云计算概念上延伸和发展而来的,它是将网络中大量的各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来,协同工作,共同对外提供数据存储和业务访问功能的系统。分布式存储的核心是应用软件与存储设备相结合,通过应用软件实现存储设备向存储服务的转变。分布式存储的目标是利用云环境中多台服务器的存储资源来满足单台服务器无法满足的存储需求,其特征是存储资源能被抽象表示和统一管理,并能保证数据读写与操作的安全性和可靠性。1.4动态缩缩性测试云计算使用户可以随时随地根据应用的需求动态增减IT资源。云计算提供了一个巨大的资源池,而应用的使用又有不同的负载周期,根据负载对应用的资源进行动态伸缩(高负载时动态扩展资源,低负载时释放多余的资源),可以显著提高资源的利用率。该技术为不同的应用架构设定不同的集群类型,每种集群类型都有特定的扩展方式,然后通过监控负载的动态变化,自动为应用集群增加或减少资源。1.5硬件设备管理问题云计算资源规模庞大,服务器、存储和网络等数量众多,并可能分布在不同的地点,同时运行着各种应用,如何有效管理这些硬件设备,保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战。云计算管理平台是整个云计算部署中的大脑,负责整个资源池的管理和调度,云计算系统的平台管理技术能使大量的服务器资源、存储和网络资源协同工作,方便地进行业务部署和开通,快速发现和排除系统故障,通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。2建设信息平台的统一需求分析2.1信息平台的建设模式随着3G和移动互联网的普及发展,业务/应用已经成为运营商经营的重点。近年来各类新增业务不断出现,业务种类和数量呈持续增长趋势,但新业务往往有突发性强、市场机会窗短、建设周期需求短的特点。目前,业务平台传统的建设模式已无法适应市场需求的发展步伐,亟需建立统一信息平台满足新业务平台的建设需求。传统的新业务平台建设模式存在许多问题:a)烟囱式架构。所有平台无论规模大小,均需考虑从底层硬件资源到上层应用软件和管理软件的全面部署,相互独立,资源利用率很低。b)资源独立,无法共享。新业务平台之间无法共享硬件、软件、外部接口等资源。c)CAPEX和OPEX较高。设备数量较多,占用大量的机房、电源等资源,投资和运维成本均较高。d)业务部署周期长。按通信项目工程流程处理,启动、汇报、立项、采购、实施、上线最短也需要约半年时间,周期太长,很难适应市场需求。e)管理维护成本高,维护力量弱。采用包机方式,维护人员必须熟悉平台所涉及的所有软硬件资源,维护效率不高。通过建设统一信息平台,实现硬件资源的虚拟化和池化,业务平台看到的是个硬件资源无限大的逻辑设备,从而解决新业务平台中IT资源的后顾之忧,将精力聚焦在业务逻辑上。2.2提高资源利用率构建统一信息平台的IT基础设施资源池,通过大规模集中采购、建设和维护IT基础设施,做好统一信息平台的规划,实现服务器、存储、网络等资源的虚拟化和统一部署和管理,满足新业务平台在硬件资源层面建设的水平式架构,逐步降低整体IT系统的建设和运营成本,以期达到提高资源利用率,加快应用部署速度的目标。1)集中按需提供基础IT资源根据各类业务系统的需要,以提供基础设施服务的方式,为新业务平台的部署集中提供所需基础IT资源。后继随着业务系统业务量变化,动态改变资源分配的规模,以快速适应业务系统的扩容需求,实现“弹性”资源分配能力。2)实现对IT资源的统一管理、调度和维护通过引入弹性规模扩展等技术,实现对各类IT资源的集中统一管理、调度和维护,提升IT运营维护质量,缩短各类业务平台的系统上线时间。3)提高IT系统整体分布密度,提高资源利用率,降低能耗通过引入虚拟化等技术,细化物理资源分配单元,提高系统分布密度,提高资源使用效率,降低对物理设备的需求,进一步降低IT设备投入,降低能耗。4)在基础设施层面提高系统可靠性通过虚拟机离线/在线迁移、快照、专业备份等技术在基础设施层面提高系统可靠性,为各类业务系统提供高可用、连续服务的基础设施平台。3资源动态部署采用云计算的解决方案,构建运营商内部新业务基础能力统一信息平台云资源池系统,特别是对服务器、网络、存储等资源的虚拟管理,实现现有系统与未来系统的资源化动态部署,并借助云计算相关技术带来的优势,提高应用部署速度和设备的利用率,达到“量化供给”的运营目标。基于云计算的统一信息平台系统架构分为:I-aaS、PaaS、SaaS和云计算管理平台,这种架构采用模块化、扁平化、层次化结构,清晰定义和区分不同的资源池区域,将网络基础设施划分为不同的功能区域,提供不同的应用,该架构具有可扩展性、灵活性、高可用性和高安全性。基于云计算的统一信息平台系统架构如图1所示。1资源池和云计算资源的统一管理和调度云计算管理平台是整个系统的核心模拟,负责整个资源池资源的统一管理和调度,有效监控资源的使用情况和负载情况,还负责未来业务/应用和云计算资源的运营支撑,确保云计算资源的灵活调度。2硬件资源统一接口的标准化负责IT基础设施集中化和虚拟化,对内实现硬件资源的统一,对外以服务的形式实现标准化接口的对外呈现,包括计算服务、存储服务和网络服务。3基础设施服务层为业务平台开发者提供端到端的应用支撑体系,屏蔽各种业务能力的差异化,同时结合基础设施服务层的资源扩展能力,帮助开发者实现应用托管,降低应用商用化门槛。4提供服务者利用基础设施服务和平台服务层提供的服务能力开发部署应用,并对最终用户提供服务。相对于传统应用的使用方式和运营模式,这是一种创新,对于最终用户而言是业务体验的提升,对于运营商而言是按需付费的新商业模式。4基于云计算的统一信息平台规划和设计4.1资源池管理平台基于云计算统一信息平台网络规划如图2所示。构建基于云计算统一信息平台需要从整体上考虑规划网络中的各个模块,整个统一信息平台主要可规划为云计算资源池管理平台(简称资源管理平台)、主机资源池、存储资源池和网络资源池。资源池管理平台作为统一信息平台的管理模块,负责整个资源池资源的统一管理和调度。出于安全特性方面考虑,一般物理上与其他虚拟资源池设备分开,进行独立物理机部署。主机资源池是统一信息平台的计算资源,是各种业务平台功能实现的核心,包括虚拟机资源和物理机资源。存储资源池将网络中各种不同类型的存储设备统一封装,屏蔽各种存储形式和存储位置的差异。网络资源池是将网络中的网络资源进行虚拟化,提供给各个业务平台使用。4.2基于云计算的统一信息平台设计1资源数据库及系统管理云计算管理平台提供对资源池的管理功能,为资源的动态部署提供依据。云计算通过监视模块监控和管理资源池中的所有资源,资源监控是实现云计算资源管理的一个重要环节,通过在云中的各个服务器上部署代理程序,配置并监视服务器资源,构建资源信息库,根据资源分配、变更、回收以及资源状态监控的情况,对资源信息库进行动态更新,并将资源池内各类相关信息通过不同的方式展现出来,然后对信息资源进行分析,跟踪资源的可用性,以便更好完成故障排除、均衡资源和系统资源的分配。在基于云计算统一信息平台的网络设计中,采用扁平化、层次化设计,各模块之间采取松耦合方式,将业务平台由原来垂直化烟囱式模式变为水平化建设模式,通过底层公共资源互通和共享,实现业务平台的集中管理,每个业务平台只需关注自身业务逻辑。借助基础设施服务层资源的弹性扩展能力,实现统一信息平台的资源规模扩容,满足业务长尾化和商业模式多样化大趋势下的运营商运营需求。2服务器基于主机的统一管理计算资源虚拟化又叫服务器资源虚拟化,是一种对服务器计算资源的抽象,是在物理服务器的基础上构建一个或多个相互独立的虚拟机,从而将CPU、内存、I/O等服务器物理资源转化为一组统一管理,可灵活调度、动态分配的逻辑资源。目前通用计算资源虚拟化主要是针对X86物理服务器硬件设备,分为完全虚拟化和半虚拟化等。3基于sa技术的异构化存储资源主要包括块存储(SAN[存储域网络]存储)和文件存储(NAS[网络附属存储]存储)。块存储资源池通过存储虚拟化引擎设备(如华为的VIS6000、IBM的SVC)支持不同厂家SAN设备的异构化,屏蔽各种设备类型硬件的差异。文件存储通过业界成熟、流行的云存储技术实现,屏蔽存储位置的差异,为业务平台提供按需分配、可快速弹性扩展、可度量的存储服务。4提供虚拟的局域网网络资源包括虚拟网卡、虚拟交换机和VLAN(虚拟局域网)等虚拟化的网络资源,它为各个业务平台提供外部接入、设备访问、业务管理、网络隔离等所需要的网络连接服务。5主机安全和数据安全基于云计算的统一信息平台需要为用户提供一个安全的运行环境,安全的内容包括主机安全、网络安全和数据安全。主机安全是指虚拟机承载环境的安全,包括虚拟机系统的宿主机及虚拟机系统的管理模块安全。网络安全是指资源池中各种网络设备及网络端到端的安全。数据安全包括云计算资源池中存储设备上数据的安全。提供全方位的安全解决方案,传统安全技术手段一个都不能少,只是安全设备