基于云计算理念的数据中心研究

2015-10-25沈建国

湖南科技学院学报 2015年5期

关键词：虚拟化政务数据中心

沈建国

（无锡商业职业技术学院，江苏无锡 214000；江苏省无线传感系统应用工程技术研究开发中心，江苏无锡 214000）

基于云计算理念的数据中心研究

沈建国

（无锡商业职业技术学院，江苏无锡 214000；江苏省无线传感系统应用工程技术研究开发中心，江苏无锡 214000）

论文在云计算理念之下，以政府部门为例，分析和构建更加符合资源管理和信息化建设需求的新型数据中心。首先阐述了云计算技术与虚拟化技术，在此基础上从系统的资源利用率、系统管理成本、业务部署捷、管理难度等方面分析了当前的政务数据中心存在的问题，然后从基础设施、云计算平台、政务云系统、政务云服务、安全系统、系统应用等方面详细阐述了基于云计算的政务数据中心的构建。

数据中心；虚拟化；云计算

1　引　言

随着信息技术的发展与应用逐步深入，我国各行各业的信息化进程也在逐渐加速，不少企业、高校、政务部门均建设了较为完善的内部网络，基本实现了办公的数字化[1]。而随着信息化应用的逐步增多，人们生活和工作的一些方式与流程也正在逐步转变，从而对数据中心提出了更高的要求。以政府部门为例，政务信息系统是数字化政府的核心组成模块，同时也是数字政务的信息平台和支撑平台。随着数字化进程的加快，数据中心的信息量将呈几何级数增长，对信息的存储与处理提出更高的要求。基于云计算理念的数据中心能够显著节约服务器投资，为信息化建设提供新的思路。本文以基于云计算的政务数据中心为例，分析和阐述利用云计算虚拟化来构建数据中心的方案，具有比较切实的理论价值与实践意义。

2　相关技术概述

2.1云计算技术

云计算技术是在Internet的支持下，实现一系列服务的模式。在Internet中借助虚拟化的资源，将一些物理和逻辑上不存在明显联系的多个实体整合成一个，并使之向用户提供较为强大的服务。可以将云计算视为一种技术模式，也可以将其视为一种服务模式，其最大的特点是将网络作为资源的中心，通过各类虚拟化的服务为用户提供解决方案。以基于云计算的政务系统为例，下图所示为比较典型的云计算使用模型：

图1.政务系统云计算使用模型

2.2虚拟化技术

虚拟化技术是实现云计算服务的核心之一。在此技术的支持下，能够明显增强软硬件资源的利用率，从而有效提升资源的扩展性，使网络的部署变得便捷高效，增强管理的方便性，降低成本。在虚拟化技术的支持下，数据中心的设置与使用能够更加灵活，系统资源的配置也变得更加合理。

3　基于云计算的政务数据中心

下图所示为本文结合政务数字化的需求而构建的基于云计算理念的政务数据中心结构图。

图2.基于云计算理念的政务云数据中心

可知在最底层是各类接入终端，通过统一的政务网络接入到政务云平台，并在政府安全审计与认证之下实现政务协同办公平台。从技术的层面来讲，可以将云数据中心分为以下几个方面：

3.1基础设施

基础设施指的是为数据中心的运行而搭建的设备与环境，例如网络与通信设备、服务器的设置以及存储硬件单元等。此外也包含了必要的软件资源，例如DBMS系统、各类公文应用系统等[2]。在基础设施的构建中，主要涉及的内容包括：

3.1.1云环境的搭建。通过构建一个虚拟化的云环境，能够充分支持网络资源的复用、减少资源管理与维护的工作量、使网络资源的利用率得到显著提升[3]。一个城市的政务数字化承载着众多的业务和数据，这就要求基于云计算的网络在构建时一方面应该顾及到传统政务网的接入，另一方面也应为数据中心的接入打下基础。

3.1.2虚拟化计算资源。引入服务器虚拟化系统设置虚拟机，实现资源的虚拟化。结合政务处理的特点，目前使用较为广泛的软件包括Citrix Xen Server、Windows Server 2008 Hyper-V、VMware ESX Server等，通过这些软件将服务器物理资源抽象成逻辑资源，简化系统管理，实现服务器整合[4]。

3.1.3虚拟化存储资源。通过对存储资源进行必要的虚拟化处理，能够实现整个数据中心底层存储资源的统一设置，上层服务器不必关心底层存储资源的属性，仅需通过有限的接口调用一些逻辑参数，最终使得存储系统相对统一和集中。由此可见对存储资源进行虚拟化处理能够使客户享受到更为方便快捷的服务，并完全支持分布式系统，提升系统整体的安全性，为系统未来的扩展打下基础，实现数据的高速、海量存储和处理[5]。

3.2云计算平台

在政务数据中心中，云计算平台是核心组成单元之一，与计算平台能够实现数据中心的资源管理，并且支持网络中的所有软硬件的虚拟化，因此可以说其满足了任务提交、系统工作的需求。结合各种资源的具体特点和属性，云计算平台可以为之提供符合国际标准的管理接口，从而对各类不同的资源进行统一的管理和配置，降低了系统的复杂度[6]。

3.3政务云系统

在云计算技术的支持下，为政务工作所涉及的各类业务提供支持，主要包括经济管理、市场监管、社会管理和公共服务，以提高政府部门依法行政的水平。所有的用户通过统一身份认证系统进行登录，对系统进行访问和使用。

3.4政务云服务

在云计算理念的支持下，政务系统的用户可以享受到多样化的信息服务。可以将这些服务分为以下2个类别：1.基础设施云服务。在虚拟化技术体系的支持下，以网内所有的服务器设备和信息资源为基础，构建基础设施云，通过“Infrastructure as a Service”协议，提供给政务网中的所有用户。网络的管理者结合不同用户具体需求，为各种角色的用户提供符合其应用需求的虚拟服务器和存储空间，用户在实际使用中并不需要关心服务器的地理位置和物理属性。以动态迁移技术与动态分配技术，为系统用户提供服务，同时显著提升了系统资源的利用率。2.公共平台云服务。为政务机构的所有应用信息提供公共平台，例如中间件、DBMS等。在虚拟化技术的支持下搭建标准化的云平台，通过“Platform-as-a-Service”协议，提供给政务网中的所有用户。所有的用户在需要服务的时候仅需将如中间件、DBMS等需求向管理中心进行申请，即可被分配到相应的服务，节省了资金与设备。

3.5安全系统

3.5.1信息安全。政务网络涉及到一些机密信息，所以必要的信息安全性也是其需求之一。政务数据中心一方面应该实现在平台上的所有应用的信息安全，另一方面也应实现存储系统的数据安全。基于以上的需求，在设计时就应从各个方面进行安全性能的部署，包括信息系统的物理安全、信息网络的安全、信息管理的安全等。

3.5.2运维系统。数据中心的运行维护系统的配置也是十分重要的，主要涵盖了在线监控功能、系统设置功能以及维护服务功能，这几大功能共同构成了数据中心的支撑平台，并周期性地监控者系统中所有设备的虚拟机CPU、内存等使用情况，结合一定的需求匹配算法进行必要的调配与均衡，通过负载分流来保证资源分配的合理性，提升资源的使用效率。

3.6系统应用

以某市为例，结合政务部门的信息网络设施，结合前文所述的数据中心建设模式，引入云计算技术，搭建了数据中心架构，如下图所示。

图3.数据中心架构示意图

该建设方案能够满足广域、城域、政务园区、乡镇接入等多种模式之下的政务工作需求，由于我国的政务部门层级较多，且不同的业务之间区别较大，因此该系统能够有效匹配这些特点，实现不同部门间的信息交互，满足办理政务的流程需求。从技术的层面上，此方案能够在省市镇几个层级实现全覆盖，通过标准的ARG3路由器与ARG3实现有线/无线接入模式的兼容，并以MPLSVPN来实现网络资源的腹痛和安全性能的保障，通过高可靠无环以太网技术分层维护，保证VPN贯通。在未使用云计算模式之前，政务网络共部署虚拟服务器40台，经统计，平均CPU利用率不足40%。在云计算的支持下，重新配置了服务器，提高了服务器资源的利用率，如下表所示：