高职院校高可用性数据中心建设探析

2017-03-09王佩楷

黄冈职业技术学院学报 2017年5期

关键词：高可用性虚拟化数据中心

王佩楷

（黄冈职业技术学院现代教育技术中心，湖北黄冈 438002）

高职院校高可用性数据中心建设探析

王佩楷

（黄冈职业技术学院现代教育技术中心，湖北黄冈 438002）

高职院校数据中心是承载信息系统运行和存储数据的核心，数据中心的建设是一项系统性工程，建立经济实用的高可用性数据中心是高职院校必须面对和解决的一个问题。通过对高职院校数据中心调研，分析数据中心可用性关键因素和高职院校现状，并结合高职院校特点，探索出适合高职院校高可用性数据中心建设的方式。

高可用性；数据中心；建设工程；高职院校

信息化应用已经渗透到高职院校教学、科研、管理和生活服务等多个方面，新业务信息系统不断上线，用户对信息系统的可用性和便捷性需求越来越高。数据中心作为系统运行的基础保障，数据中心建设的可靠性和可用性直接决定了信息系统运行的稳定性。很多高职院校开始新建或改建数据中心，并将数据中心的高可用性，作为建设的目标和质量衡量标准。然而，由于多方面的原因，高职院校数据中心建设质量与运维质量不尽相同，学校信息化服务质量与水平也差异明显，数据中心的可用性、可靠性和经济性难以找到合理的平衡点。

1 高职院校数据中心现状及问题

高职院校基于信息化管理、信息化教学以及移动应用的需求增强，学校信息化建设也逐步全面开展，数据中心建设作为学校信息化建设的重点也得到学校支持，高职院校纷纷投入资金开展数据中心的建设，由于高职院校的特殊性，数据中心建设与运营仍存在如下典型的问题。

1.1 体系结构分散

随着信息化应用深入，高职院校数据中心建设实现了从无至有，从没有系统到形成了一定的体系结构，数据中心的管理机构也逐步健全。一些高职院校数据中心逐步建立了环境支撑系统、网络平台、业务管理平台、数据交换中心、数据备份系统,但一些学校没有形成系统化的体系结构，数据中心各层次系统独立运行，系统间联动及资源调度不灵活，当单层次或单系统故障时可能出现一系列问题，导致业务系统访问受限，如果出现重要业务系统故障，甚至会严重影响学校的正常运行。

1.2 资源效率低下

信息化建设逐步得到高职院校领导层重视与支持，信息化建设相关机制与资金保障进一步加强。然而，如果没有系统化规划与设计，没有合理地分步推进建设，很容易出现“重建设、轻应用”的现象，硬件建设投入大，软件建设跟不上节奏的情况，造成资源建设重复、资源调配不合理、资源利用率低下以及资源闲置的情况，不少高职院校业务系统应用所占用的服务器CPU、MEM利用率仅有5%-10%，但在高并发的情况下，资源又无法满足业务需求。

1.3 管理维护困难

随着高职院校业务系统的增多，用户对系统的功能需求增强，数据中心部署的设备越来越多，分散的业务系统，冗余度不高的系统支撑环境，易发的单点故障，没有构建的故障预警机制，使整个数据中心运维管理人员管理的任务越来越多，管理难度越来越大。此外，如果数据中心构建的体系没有良好的扩展性，当业务系统的拓展时，部署的新软硬件均会给管理人员带来不小的工作量和难度。

1.4 安全保障乏力

当前国际形势日趋复杂，近年来，高校信息安全事件时有发生，高职院校应对网络信息安全挑战日趋严峻。国家近期出台的《中华人民共和国网络安全法》，表明国家对信息安全的重视。高职院校受制于资金、技术及管理机制方面的原因，信息安全意识认识不足、信息安全技术支持不力、信息安全设备配置不到位、信息安全管理机制不健全、信息安全资金保障不充实等导致数据中心信息安全体系不完善，容易引发数据中心安全事故，给高职院校管理与运行带来一定风险。

2 数据中心高可用性关键因素

建立高可用性数据中心，需要各方面进行全方位的规划和设计，一旦建设完成，将在数年、甚至更长时间内承载学校信息系统的运行。

2.1 环境支撑稳定性

数据中心的运行安全直接关系到学校业务系统的运行安全，安全可靠的运行环境是数据中心运行的基础保障。数据中心的选址、建设面积、电力供应、空调系统、防水、防火、防雷要素等均会影响数据中心运行的稳定性。

高职院校数据中心的选址一般选择对学校整体网络布局有利的地方，并避开食堂、实验室、宿舍等场所，且要求楼宇为抗震等级较高的场所且地势相对较高，考虑到空调、电池、电力线路等要素，楼层不宜太高，但不宜选择在一楼。数据中心建设面积应能够满足十年至二十年的应用拓展。

数据中心采用双路市电供应及2N UPS供电系统，并配置 N+1发电机组，保障数据中心的电力供应，且线路及单台发电机组的负载应用为数据中心设计负载的120%以上。空调采用1+1冗余配置，按照《数据中心机房建设标准规范》B级数据中心机房标准设计并建立防水、防雷、防火系统。

2.2 体系结构可靠性

按资源使用角度，可以将数据中心分成基础资源层、资源配置层、运维管理层和业务应用层等几个层次。高可用性数据中心各层次须安全稳定、调配合理、应用便捷、拓展方便。每个层次的可维护性和可靠性指标较高，分别以平均检修时间（Mean Time To Repair，MTTR）和以平均无故障时间（Mean Time To Failure，MTTF）进行评价，并以MTTF/(MTTF+MTTR)×100%量化百分比数值评估系统的高可用性级别，比值越高表明系统的可用性越高。

2.3 资源调度灵活性

高可用性数据中心必须建立良好的资源调度机制，充足的硬软件资源是满足数据中心业务系统高可用性需求的前提，配置高效地网络交换、转发资源，快速的计算资源，充实的存储资源可以为数据中心高可用性提供保障。但如果没有建立良好的资源调度机制，网络资源、计算资源、存储资源利用率相对低下，势必造成资源浪费。在通常情况下，资源调度必须保证业务系统正常稳定运行，当出现网络资源、计算资源或存储资源出现故障时，应该能够快速配置出保证业务系统正常运行所需的资源，以 MTTR进行衡量，该值越趋近于零，系统的资源调度就越可靠、灵活。

当前，采用资源池化、虚拟化是提升资源调度效率的有效手段，通过将有效的资源先进行池化，建立资源池，利用虚拟化技术针对业务应用配置所需的资源，并设置冗余度，可以有效地提高资源利用率，同时降低数据中心资源的 MTTR值，提升池化后资源的MTTF值。

2.4 数据维护安全性

数据是数据中心的生命，数据中心如果没有安全的数据维护机制，数据中心的高可用性就成为空谈。业务系统不断地拓展，业务数据不断地膨胀，数据重要度不断体现，数据丢失导致的代价越来越沉重。数据维护安全性涉及到网络资源、计算资源、存储资源和数据系统的 HA（High Available）。双活或多活的网络资源、计算资源及存储资源为数据系统的运行提供了良好的保障。采用数据库集群技术或数据库复制技术，实现数据库读写分离，建立安全可靠的数据库层，通过双活或热备方式进行数据中心数据容灾。

3 数据中心高可用性成本分析

高职院校数据中心主要为校内用户及相关区域用户提供信息系统支撑服务，数据中心可按照B级数据中心标准进行设计与建设，服务的用户量级及并发性需求没有 A级数据中心大，故在进行高可用性数据中心建设的同时需要考虑建设与运营成本。当前，建立绿色数据中心成为行业追求的新目标，如北京市禁止新建或扩建PUE（Power Usage Effectiveness 消耗的所有能源与 IT负载使用的能源之比）值大于1.5的数据中心，高职院校由于资源的限制性更应秉承“绿色发展”的理念，进行数据中心的建设与运营。

3.1 建设成本

高职院校数据中心建设成本主要包括场地建设、环境建设、监控体系、IT基础硬件、软件系统、安全保障等方面建设成本。通过调查，高可用性数据中心场地、环境及监控成本约需要资金2～3万元/平方米，IT计算资源＞4万元/GHZ,IT存储资源＞2万元/TB,IT交换资源1万元/Tbps，良好的安全保障建设成本50万元以上，软件系统则根据业务需求进行定制，很多高职院校一期数据中心建设投入资金达1-2千万元。

3.2 运营成本

TCO (Total cost of ownership)是现行评价数据中心运营成本的方式之一，数据中心TCO成本也是一项不小的开支，不少用户认为物理基础设施的TCO成本可能与其支持的IT设备相当，甚至更高。数据中心的容量利用率是影响数据中心TCO成本的重要因素。对于高职院校而言，适度的数据中心容量率是最经济、有效的方案，设计的数据中心容量率在初期阶段应为 60%-70%，过高导致过度规划让高职院校无法承受TCO成本，过低则无法满足一定期限内的应用拓展。

3.3 升级成本

数据中心升级成本是指进行数据中心业务拓展时产生的成本，良好的数据中心应该具有良好的扩展性，对于业务服务数量和服务质量的提升无需对数据中心进行结构上的改造，只需要进行设备的增加和调度策略微调。单次升级成本应该控制在建设成本的10%以内，否则，需要对数据中心的规划和设计进行重新评估，论证数据中心结构的合理性。

4 高职院校高可用性数据中心建设与部署

高职院校数据中心建设是一个系统性工程，涉及到资金、规划、技术、机制、人员等多个方面，数据中心建设的效果直接决定高职院校未来信息系统运行的效果。

4.1 建立机制完善保障

高职院校数据中心建设既是一项工程也是一项长期任务，需要建立完善的机制进行保障。其一是要建立良好的资金保障制度，保障专项资金支持，将一定比例的资金纳入每年的专项预算，以便运维部门依据资金安排进行运营管理及功能拓展；其二要建立可靠的安全保障制度，制度需要明确数据中心外部资源支持、场地监控、技术防护、人员管理、预警机制、责任处罚等方面，为数据中心建立物防+人防保障体系。其三建立严格的数据操作流程，流程需要明确数据的产生源头并保证源头唯一性，规范数据的流转方式、操作权限、备份方式。

4.2 系统规划分层建设

为保障数据中心建成后达到预期效率，数据中心建设需要做好规划设计、分层建设。首先学校需要做好用户需求的调研，对于用户量、业务类型、响应速度要求、规划设计的级别、发展空间等进行调研和可行性分析，从而确定数据中心的容积率和中心机房的面积，机柜的数量。通过对当前高职院校的调查，100平方米/1万人规模的数据中心能够满足当前信息需求。

根据资源分配的情况，数据中心建设可以分为环境基础层、IT基础资源层、资源配置层、运维管理层和业务系统层几个层次。环境基础层需要设计2倍实际负载市电供电系统和UPS供电系统，市电采用双回路，UPS至少采用1+1冗余，配置至少1+1水冷精密空调系统，中心机房静电地板高度不小于 400mm，建立封闭的机柜组，增强机房冷热风的回流效率；IT基础资源层需配置适度先进、性能稳定的网络资源、计算资源和存储资源，且资源均要求能够支持当前主流的虚拟化平台，配置万兆双核心交换网络、10G光纤数据通道、15000r/min磁盘、100TB的存储空间、双路或4路服务器成为当前资源层基本要求；资源配置层通过对IT资源进行基础软硬件配置、资源虚拟化管理以及分布式系统搭建，实现IT资源的整合、节点管理、检索管理、迁移管理、冗余管理等，有效地提升资源的利用率。运维管理层主要构建资源调度、安全管理、节能管理、策略管理、用户管理、统计分析、预警系统等运维支撑系统建设，良好的运维管理能够有效地降低数据中心运营成本，建立事前预警机制，减少或避免信息系统安全事故发生，保障数据中心高可用性；业务系统层是体系中最高层，需要根据实际业务和用户需求进行功能和性能的定制，并适应云计算、物联网、大数据和移动应用的形势。

4.3 虚拟应用提升效率

高职院校建设数据中心时，只是高性能资源的堆积并不能有效地提升信息服务质量，甚至带来资源浪费。虚拟化技术在促进云应用方面发挥了重要的作用，推进虚拟化技术在数据中心中应用，能够有效地进行资源池化，完成资源的分拆、整合、迁移、调度，增强资源服务能力，通过网络虚拟化可以有效解决内部数据同步传送的大流量、备份大流量、虚拟机迁移大流量问题，可以实现网络各层的横向整合，形成统一的数据交换架构；通过服务器虚拟化可以按需获得计算资源，并能够解决突发的大并发计算资源需求，适用应用变化快、高突发并发、快速部署需求，并在不停止系统的情况下进行存储资源的调整；通过存储资源虚拟化，可以按用户、按业务系统、按管理平台、按VM等存储资源的动态调度，借助存储虚拟化重复数据删除技术能够有效地提高存储效率。