大型信息化系统基础运行环境设计

焦文

摘要：基础运行环境设计的目标是为企业信息化管理系统规划服务器、存储、数据库网络及安全整体架构。在设计过程中，需要考虑到在项目实施的不同阶段，相关基础设施的需求，根据运行环境需求的实际情况设计合适的基础运行环境架构及配套的软硬件基础设施。

关键词：基础运行环境设计；分阶段设计

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）17-0102-02

1总体设计原则

为了满足大型企业信息系统运行要求，考虑到管理成本、硬件成本及后期维护成本，基础运行环境总体设计过程中，主要遵循以下原则：

资源充足，满足应用系统对计算、存储资源的需求；

按需求随需配置：由于CPU、内存和存储的价格下降速度很快，因此方案设计过程中充分考虑不同阶段对硬件需求，按需配置；

采用成熟、稳定架构和技术；

适度考虑可靠性和稳定性：在满足可靠性和稳定性要求的基础上，不进行过度设计，降低服务器和存储数量，降低运维成本；

充分利用现有资源：充分利用实施单位已有资源，不重复建设。

2计算和存储资源设计

2.1设计阶段

结合一般大型企业信息化系统建设和运行实际情况，建议在基础设施建设过程中数据库、操作系统等基础软件以及安全相关措施采用一次选型、建设的方法，对计算和存储资源按照分阶段设计和实施的方法，降低硬件成本和管理成本。

根据实施单位基础设施实际情况及现有用户使用情况，建议将计算和存储资源建设分为三个阶段：

建设初期及试点阶段：利用实施单位现有资源，满足项目建设初期运行管理基本需求及可靠性需求；

大规模推广阶段：扩充硬件资源，满足较大规模用户使用；

平稳运行阶段：完成集团范围系统推广，业务应用完全运行在此系统中。

在以下基础运行环境设计过程中将按照这个三个不同阶段，分别给出不同的运行方案及硬件及网络需求。

2.2总体方案

2.2.1建设初期及试点阶段

在项目建设初期，项目主要目标为满足用户需求，导入原有数据，通过部分用户进行试用，解决项目实施过程中相关用户的业务需求。

在此阶段，用户量较少，数据量与现有系统数据量基本相当。由于程序还在不断适应用户的需求，需要进行较频繁的升级，应用运行总体架构处于调整阶段，可靠性和稳定性要求一般，性能压力较小。

在此阶段的基础运行环境设计过程中，重点考虑应用运行环境部署的灵活性，降低管理成本，在一定程度上考虑数据的安全性和可靠性。

此阶段的基础运行环境建议采用虚拟机环境，使用虚拟机运行应用系统，实现资源较灵活的调配，同时利用虚拟机的高可用机制，解决硬件级别的可用性和可靠性问题。在此阶段的服务器总体架构如图1所示：

2.2.2大规模推广阶段

在信息系统大规模推广阶段，主要目标为将原有相关业务完全迁移至系统中，实现支撑全集团公司范围下的业务流转。

在此阶段，用户量较快增长，数据量也会出现较大规模提升。程序处于基本稳定状态，随着用户的不断增多，应用程序可能会出现少量调整，应用运行总体架构基本处于稳定状态，可靠性和稳定性要求较高，性能压力逐步增大。

在此阶段的基础运行环境设计过程中，重点考虑满足应用系统用户量和数据量增长较快，性能压力逐步增大的需求，在一定程度上考虑数据的安全性和可靠性。

此阶段的基础运行环境建议将虚拟机逐步替换为物理机，替换原则为性能压力较大的虚拟机替换为物理机。同时，在替换过程中需要充分考虑硬件设备损坏可能带来的危害，需要为物理机配置相应的备份环境。在此阶段的服务器总体架构如图2所示：

2.2.3 平稳运行阶段

在项目平稳运行阶段，已经实现了信息化系统支撑集团型公司总部及下属单位从上至下的管理业务体系。

在此阶段，用户量比较平稳，数据量逐年提升。程序处于基本稳定状态，应用运行总体架构处于稳定状态，可靠性和稳定性要求非常较高，随着数据量增大系统性能压力逐步增大。

在此阶段的基础运行环境设计过程中，重点考虑满足系统稳定性、可靠性及数据的安全性。

此阶段的基础运行环境建议将原有物理服务器备用环境变为采用负载均衡架构的应用系统环境，购置专业的存储设备，将结构化数据（数据库）和非结构化数据（文件）存储在存储设备中。在备份上，充分使用存储设备和数据库特性，建立备份保留机制，确保数据的可靠。建立异地容灾环境，实现应用系统异地容灾。

2.3服务器需求

2.3.1 建设初期及试点阶段

在建设初期及试点阶段，服务器建议采用虚拟机架构，数据库、Web及应用服务器分别采用两台X86架构虚拟机。若系统需要其他支撑环境，其他支撑环境也采用虚拟机模式。

2.3.2大规模推广阶段

在大规模推广阶段，Web及应用服务器和数据库服务器建议采用独立的X86物理服务器，若系统需要其他支撑环境，其他支撐环境建议采用虚拟机模式。为了保证服务器可靠性，同时配置两台物理服务器作为备份服务器。

2.3.3平稳运行阶段

在平稳运行阶段，Web及应用服务器和数据库服务器建议采用独立的X86物理服务器，若系统需要其他支撑环境，其他支撑环境建议采用虚拟机模式。

为了提高可靠性和可用性，Web及应用服务器整体采用负载均衡架构。当性能出现不足时，可通过添加服务器方式进行扩充。

负载均衡（又称为负载分担），英文名称为Load Balance，其意思就是将负载（工作任务）进行平衡、分摊到多个操作单元上进行执行，例如Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器和其他关键任务服务器等，从而共同完成工作任务。负载均衡有两方面的含义：首先，单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理，每个节点设备处理结束后，将结果汇总，返回给用户，系统处理能力得到大幅度提高，这就是常说的集群（clustering）技术。第二层含义就是：大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上分别处理，减少用户等待响应的时间，这主要针对Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器等网络应用。在本项目中，负载均衡是指第二层含义。

通常，负载均衡会根据网络的不同层次（网络七层）来划分。其中，第二层的负载均衡指将多条物理链路当作一条单一的聚合逻辑链路使用，这就是链路聚合（Trunking）技术，它不是一种独立的设备，而是交换机等网络设备的常用技术。现代负载均衡技术通常操作于网络的第四层或第七层，这是针对网络应用的负载均衡技术，它完全脱离于交换机、服务器而成为独立的技术设备。在本项目中建议采用四层或七层负载均衡。

负载均衡设备一般分为软件方案和硬件设备两种，软件负载均衡解决方案是指在一台或多台服务器相应的操作系统上安装一个或多个附加软件来实现负载均衡，它的优点是基于特定环境，配置简单，使用灵活，成本低廉，可以满足一般的负载均衡需求。软件解决方案缺点也較多，因为每台服务器上安装额外的软件运行会消耗系统不定量的资源，越是功能强大的模块，消耗得越多，所以当连接请求特别大的时候，软件本身会成为服务器工作成败的一个关键；软件可扩展性并不是很好，受到操作系统的限制；由于操作系统本身的Bug，往往会引起安全问题。硬件负载均衡解决方案是直接在服务器和外部网络间安装负载均衡设备，这种设备通常称之为负载均衡器，由于专门的设备完成专门的任务，独立于操作系统，整体性能得到大量提高，加上多样化的负载均衡策略，智能化的流量管理，可达到最佳的负载均衡需求。在本阶段中，考虑到信息系统已处于平稳运行阶段，建议采用硬件负载均衡设备。

数据库服务器建议采用数据库集群架构（例如Oracle RAC架构），可通过添加服务器进行性能扩充，同时确保可用性。

2.4存储需求

2.4.1建设初期及试点阶段

在建设初期及试点阶段，存储均采用虚拟机本机存储，具体存储需求见服务器配置。

在建设初期，建议采用虚拟机整机备份方式，将虚拟机备份至备份设备，保证其可靠性。由于在建设初期，系统环境变化较快，建议将虚拟机整机备份频率配置在每1-2天一次，备份数据可保留1周，确保出现故障时可以进行恢复。

2.4.2大规模推广阶段

在大规模推广阶段，存储均采用物理机本机存储，具体存储需求见服务器配置。

在大规模推广阶段，建议采用实施单位原有备份设施，对服务器和数据库中数据进行备份，保证其可靠性，备份数据可保留1周，确保出现故障时可以进行恢复。

为了保证备份的可用性，同时确保服务器硬件出现故障时快速恢复，建议定时将备份数据在备用服务器上进行恢复。

2.4.3平稳运行阶段

在平稳运行阶段，存储建议采用专用存储设备，为数据库和服务器提供统一的存储支撑。在专用存储设备选型上，建议使用支持SAN和NAS架构的统一存储。

存储区域网络（SAN）是通过专用高速网将一个或多个网络存储设备和服务器连接起来的专用存储系统。SAN在最基本的层次上定义为互连存储设备和服务器的专用光纤通道网络，它在这些设备之间提供端到端的通讯，并允许多台服务器独立地访问同一个存储设备。SAN提高了计算机存储资源的可扩展性和可靠性。

NAS是一种特殊的专用数据存储服务器，包括存储器件（例如磁盘阵列、CD/DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质）和内嵌系统软件，可提供跨平台文件共享功能。NAS通常在一个LAN上占有自己的节点，无须应用服务器的干预，允许用户在网络上存取数据，在这种配置中，NAS集中管理和处理网络上的所有数据，将负载从应用或企业服务器上卸载下来，有效降低总拥有成本，保护用户投资。NAS本身能够支持多种协议（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等），而且能够支持各种操作系统。

SAN 和NAS的区别在于：

SAN是一种网络，NAS产品是一个专有文件服务器或一个只读文件访问设备

SAN是在服务器和存储器之间用作I/O路径的专用网络。

SAN是面向块存储的，NAS是面向文件存储的。

在本阶段中，数据库数据读写量大，随机读写要求高，建议使用SAN存储。而Web应用服务器由于采用负载均衡技术，数据要在多台服务器之间空想，建议采用NAS架构存储。为了降低管理难度，提高设备利用率和灵活性，建议使用统一存储设备，同时支持NAS和SAN架构。

参考文献：

[1] 帕特里克 R，肖蒙.软/硬件协同设计[M].北京：机械工业出版社，2016.

[2] 塔米·诺尔加德.嵌入式系统[M]. 北京：机械工业出版社，2016.