云计算是一种基于互联网的大众参与的计算模式。其计算资源(包括计算能力、存储能力、交付能力)都是动态的、可伸缩的、被虚拟化的,而且以服务的方式提供。提供资源的网络被称为云,云中的资源在使用者看来是可以无限扩展的,并且可以随时获取、按需使用和付费。这种特性经常被称为像水电一样使用计算资源。与其它计算模式相比,云计算因能够整合大规模异构计算资源、易于动态扩展、虚拟化等特点,而成为解决上述问题的一个有效手段。因此,本文针对电力系统灾备中心现状,设计并实现了云计算资源管理平台,以期利用云计算技术解决电力系统灾备面临的实际问题,从而为电力系统的数据级灾备提供支撑。
目前,整个电力行业已经深刻认识到云计算可能带来的巨大效益,开展了大量的电力系统云计算的研究工作,但云计算在电力系统数据灾备中的应用研究才刚刚开始,因此有必要针对电力系统的灾备需求进行深化研究并真正实现云计算在电力系统的落地。本文将首先对云计算资源管理平台的设计与实现进行简要介绍,然后详细讨论云计算平台在灾备中心数据灾备业务中的应用场景以及带来的经济和管理效益,最后给出结论。
1 云计算平台的体系架构和技术实现
1.1 云计算资源管理平台的功能目标
云计算资源管理平台能够对电力系统灾备中心的各类资源(主机、存储、网络等)进行有效的管理、监控和调度,并将资源作为一种服务,通过网络提供给用户。
它的最终目标是:利用虚拟化技术实现对异构物理机和存储的统一管理,把基础设施资源以服务的形式进行封装,以面向服务的方式对外提供;实现对异构资源的有效整合、资源能力的按需分配和动态智能调度;为各类应用系统的运行提供稳定、可动态伸缩、安全的环境;为业务系统提供可快速部署的开发测试环境和运行环境;为云资源建设安全统一的防护体系。概括地说,云资源管理平台能够提供统一运维管理、异构资源整合、资源动态调配、智能扩一容、资产管理、资源监控、服务级别管理、弹性扩充、应用迁移、服务计费计量、流程管理和自动交付等功能,并能够统一资源接入规范,提高资源利用率,为应用提供高可用和高可靠的支持。
1.2总体架构
云计算资源管理平台的总体结构如图1所示。平台分为信息展现、系统管理、资源服务、资源整合、基础资源、安全、接口7大层次。各层次总体思路如下:
1) IT资源层。利用厂商的小型机管理系统管理小型机虚拟化;利用VMware管理x86虚拟化;利用存储网络管理工具管理网络和存储,构建主机和存储的资源池。
图1云计算资源管理平台整体架构
2)资源整合层。整合各厂商的资源管理系统,形成自主知识产权的资源总线,能够统一管理资源池中的各种设备。
3)资源服务层。以服务的方式提供资源,供申请者使用,并能够提供不同等级的服务,达到自动化和智能化。
4)系统管理、信息展现层。使用Flex技术保证易用性,并使用Swiz技术框架来实现模型一视图一控制器(model-view-controller MVC)设计,并充分利用现有平台中的系统管理功能。
5)安全层。与现有目录认证相结合,并结合厂商系统安全机制。
6)接口层。提供对外系统接口。与信息运维综合监管系统(information monitoring system IMS)紧密整合,提供服务接口,从IMS获取性能数据和资产数据,向IMS提供虚拟资源性能数据和资产数据。
1.3关键技术
1.3.1虚拟化技术
虚拟化技术可以改变软硬件资源的使用粒度,因此被奉为云计算环境的基础。计算机系统分为若干层次,从下至上包括硬件资源、操作系统、操作系统应用程序编程接口(application programming interface API)、应用系统等。虚拟化技术可以在这些不同层次之间构建虚拟化层,向上提供与真实层次相同的功能,使得上层系统运行在该层面上。这个中间层可以解除其上下两层之间原本存在的祸合关系,使上层的运行不依赖于下层的具体实现。
本文中的云计算资源管理平台涉及到的虚拟化技术主要分为以下几类:
1)网络虚拟化。是将网络的硬件和软件资源整合,向用户提供虚拟网络连接的虚拟化技术。网络虚拟化也可以分为局域网和广域网,如虚拟局域网(virtual local area network VLAN)就是典型的局域网虚拟化技术,虚拟专用网络(virtual privatenetwork VPN)是典型的广域网虚拟化技术。
2)存储虚拟化。是指为物理的存储设备提供一个抽象的逻辑视图,用户通过这个视图中的统一逻辑接口来访问被整合的存储资源。如磁盘阵列技术就是典型的例子。在云计算中应用比较广泛的是存储局域网((storage area networking SAN)这种基于网络的存储虚拟化技术,而且基于SAN使用一些软件产品,使存储系统的池化更明显。不但可以对相同的存储设备进行虚拟化,还可以对不同的存储设备进行虚拟化管理。
3)服务器虚拟化。使用虚拟化软件在一台服务器上虚拟出多台虚拟机。系统和应用运行在一个环境隔离的、具有完整硬件功能的逻辑计算机系统。服务器虚拟化是在云计算环境中使用最多的虚拟化技术,为了提高服务器的利用率,就要使用服务器虚拟化技术灵活调整服务器资源。
1.3.2资源整合建模
由于云计算资源管理平台需要整合来自不同厂商的服务器、存储设备等异构资源,为了实现对这些异构资源的统一管理与利用,需要对这些异构资源进行统一建模。云计算资源管理平台将IBM小型机及其PowerVM虚拟化平台、HP小型机及其vPar资源分区技术、以VMware为代表的PC服务器虚拟化技术、以及来自不同厂商的异构存储设备抽象为统一的资源模型。在本文的模型中,提出了几个核心的理念:
1)无论虚拟还是实体服务器都继承Server,实体服务器模型中包含虚拟服务器。
2)提出VirtualResourceGroup理念,将虚拟机以组的方式统一提供。
3)订单只针对VirtualResourceGroup。
资源模型以及各个资源模型之间的关系如图2所示。
1.3.3资源调度引擎
资源调度引擎是云计算资源管理平台的核心模块。该模块由4个子模块组成,主要功能包括云应用模板/实例管理、调度和生命周期管理。如图3所示。
1)策略引擎。通过策略引擎自定义资源交付、云应用部署和调度策略,并进行决策和执行。策略引擎是资源调度引擎的核心控制单元。
2)调度器。调度模块是应用部署、资源申请、资源规划和资源再分配的控制器。调度模块可以通过开放服务网关协议(open service gatewayinitiative OSGI)方式插入多种调度算法实现,从而实现高度的可定制、可扩展能力,以支持多变的业务场景。
3)资源管理器。资源管理器由资源监控模块和动作执行模块组成。资源管理器负责资源管控、监控指标搜集、云应用运行状态监视,并依赖这些监控信息发起资源分配请求。
图2资源模型以及各个资源模型之间的关系
图3资源调度引擎模块示意图
4)生命周期管理器:生命周期管理器负责云应用从提交部署请求的预约状态到回收状态的全生命周期管理与状态迁移控制。如图4所示。
图4生命周期管理器
元数据库和模板库是资源调度引擎的2个辅助模块。元数据库中存储、管理云应用、调度策略、系统脚本和组织机构等系统支撑元数据;模板库以键值对的形式存储虚拟机镜像模板和导出为开放式虚拟机格式(open virtualization format OVF)包的应用模板。
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