分析湖北省电力公司云硬件资源池系统建设实践

随着SG-ERP系统建设工作的持续推进，湖北省电力公司IT系统规模不断扩大，硬件设备快速扩充，带来了三方面的问题：一是大幅增加了机房空间、电源、空调等基础设施资源的消耗，造成基础环境频繁新增和扩建;二是增加了信息系统复杂程度，影响系统运行稳定性，加大了运行维护难度;三是资源利用不充分，相当一部分服务器负载率不高，新建业务系统还需新购服务器，造成资源的空载和浪费。

　　为解决上述问题，进一步提升IT基础架构资源管控水平，降低成本，提高系统可靠性，简化管理，需要构建规范、可靠、丰富、灵活的IT基础设施管控模式，以满足智能电网的资源需求，支撑湖北省电力公司未来全面融合的业务应用。基于此，利用云计算和硬件虚拟化技术构建了湖北省电力公司云硬件资源池系统，将现有不同平台的物理服务器、存储设备等硬件资源组合起来，搭建成一个公共云硬件资源池，提供给各类信息系统使用。

　　1　云硬件资源池系统分域设计

        湖北省电力公司云硬件资源池系统包括网络域、存储域、服务器域、中间件与数据库域、安全服务域、系统管理服务域，各组成部分相互协调地支撑资源池的功能。

　　网络域：提供资源池的网络隔离和网络服务，实现网络虚拟化。

　　存储域：包括本地存储、FC-SAN、iSCSI-SAN和NAS，提供资源池的存储服务，实现存储虚拟化。

　　服务器域：包括小型机和X86服务器，提供计算资源服务，实现计算资源虚拟化。

　　中间件与数据库域：按中间件和数据库产品部署方式，规划虚拟机模板，简化虚拟机实例的创建。

　　系统管理服务域：提供虚拟机和资源池的管理服务。

　　安全服务域：包括资源池网络、主机、应用的安全管理策略，提供资源池的安全服务。

　　2　云硬件资源池系统分层设计

        根据资源池的分域设计，云硬件资源池系统自底向上可以分为网络资源层、存储资源层、虚拟/物理服务器资源层、资源控制层、资源管理层，各层相互协调地支撑资源池的功能。

　　网络资源层：资源池网络划分为应用网、管理网。应用网是运行在虚拟机和非虚拟化的物理机中的应用系统对外提供服务的专用网络;管理网是资源管理层的云资源管理系统和资源控制层的主机虚拟化及控制调度系统对资源池中各虚拟/物理机进行通信监控的专用网络。应用网和管理网分离可以提升资源池网络利用率。

　　存储资源层：通过基于硬件的存储虚拟化系统将网络中各种不同类型的存储设备集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能，并根据业务系统的存储需求，提供相应类型的存储服务。

　　虚拟/物理服务器资源层：服务器物理资源主要包括X86服务器和小型机服务器。X86服务器虚拟资源是指在X86服务器硬件和操作系统之间引入虚拟化层，将一台物理服务器从逻辑上划分成多个虚拟服务器，每台物理服务器构成一个可划分的资源单位。

　　X86服务器虚拟化技术可分为全虚拟化技术和半虚拟化技术。

　　全虚拟化技术是指虚拟机模拟了完整的底层硬件，包括处理器、物理内存、时钟、外设等，使得为原始硬件设计的操作系统或其他系统软件不需要进行任何修改就可以在虚拟机中运行。操作系统与真实硬件之间的交互可以看成是通过一个预先规定的硬件接口进行的，全虚拟化虚拟机监视器(Virtual Machine Monitor，VMM)以完整模拟硬件的方式提供全部接口(同时还必须模拟特权指令的执行过程)。为了提供性能，全虚拟化技术需要使用CPU硬件虚拟化特性(如Intel VT或AMD VT)，目前主流的全虚拟化技术实现包括VMware、KVM、Hyper-V等;

　　半虚拟化技术是通过修改客户机操作系统(虚拟机中运行的操作系统，也称为Guest OS)部分访问特权状态的代码，以便直接与虚拟机监视器(VMM)交互的技术。在半虚拟化虚拟机中，部分硬件接口以软件的形式提供给客户机操作系统，可以通过VMM提供给Guest OS的直接调用方式来实现。

　　小型机服务器虚拟资源是指在传统小型机的硬分区技术基础上，实现对分区CPU/内存等计算资源的动态调整和分区工作负载的自动化管理，从而更有效地提高对小型机资源的利用效率，降低小型机的管理复杂性。IBM、HP、Oracle等小型机厂商都推出了各自的小型机虚拟化管理软件，通过小型机虚拟化管理软件构建不同类型的小型机资源组，再由云资源管理系统对多个小型机资源组进行统一纳管。

　　资源控制层：资源控制层实现对各类物理资源和虚拟资源的自动化控制调度管理，提供对虚拟/物理资源的监控，包括虚拟机的个性化创建、虚拟机的基本操作(启动/停止、暂停/继续、备份/恢复、迁移等)以及虚拟机/物理机运行过程中的性能和资源使用情况监控。同时，资源控制层还提供对虚拟机调度策略的执行能力，常见虚拟机调度策略包括高可用性调度、经济运行调度、资源均衡调度等。

　　高可用性调度是指当运行虚拟机的物理服务器发生故障时，资源控制调度管理系统自动将该物理服务器上运行的虚拟机迁移到资源池中其他可用的物理服务器上，实现2-5分钟内故障自动恢复，减少物理服务器故障对应用系统的运行影响，并向运行管理人员告警提示发生故障的物理服务器信息。

　　资源弹性扩展调度是指在应用系统运行期间，根据应用系统的访问负载运行周期，实现对应用系统的虚拟机集群实例数量的动态控制(增加或者减少)。资源负载均衡调度是指当组内部分物理机工作负载过高时，会将这些物理机上运行的虚拟机自动迁移到其他负载较小的物理机上，以平衡各物理服务器的工作负载。

　　资源管理层：资源管理层对资源池中计算、存储等资源的资源申请、资源运行、资源监控、资源容量、资源安全、资源配置等提供管理功能，提升公司信息资源建设规划的管控精度和资源增长量化决策水平，实现资源池增长趋势预测等分析功能。

　　3　云硬件资源池系统模型设计

　　湖北省电力公司云硬件资源池系统综合考虑物理设备性能、信息系统用途等因素，将资源池系统划分为生产甲级资源区、生产三级等保资源区、生产乙级资源区、测试甲级资源区、测试乙级资源区，

　　4　云硬件资源池系统物理架构

　　湖北省电力公司云硬件资源池系统将省公司3楼的信息机房和武汉公司2楼的信息机房中的服务器设备进行了虚拟化集中管控，目前已完成207台X86服务器、15台IBM小型机的虚拟化和纳管，共计池化1620核CPU资源、12006GB内存资源.

    5　结　语

　　目前，湖北省电力公司在云硬件资源池系统中共计分配了467台虚拟机，完成了营销、运营监控、企业门户、输变电可靠性、非结构化等45套信息系统生产环境和测试环境的迁移工作，显著提升了业务应用系统的运行可靠性。系统采用柔性虚拟资源控制调度管理技术和虚拟交换技术，实现了物理资源虚拟化、资源调度自动化以及资源服务一体化，系统整体能力提高了3倍，节省硬件投资600多万元，避免了新建和扩建机房。

　　参考文献

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