摘要：
作为传统运输业的铁路系统原有的IT基础架构，已经不能够满足各个业务领域日益增长的业务数据需求，现有分散管理的机制、不均衡的资源利用率也是对现有资源的浪费。本文针对铁路行业数据需求现状，提出了以云化平台、虚拟化服务器为核心的数据中心管理解决方案，提升资源的利用率和部署的灵活性。
随着铁路数据化的发展和业务变化，IT基础设施变得愈加复杂。原有IT基础架构平台采用烟囱式部署搭建，每当有新的需求或调整时，需要新增一套服务器、存储，有更多的电力、机房空间、散热以及维护人员的需求，硬件系统规模日益庞大，但利用率并不均衡。这样的硬件架构缺乏灵活性、可管理性，笔者基于多年的运维管理经验，结合新技术，提出一套经济有效的方法来优化工作负载、满足应用需求的动态变化和日益增长的业务数据需求。
一、单位铁路信息系统现状及需要解决的问题
1.单位信息系统现状
一是计算需求多样化，数据中心分散建设无法形成规模效应；
二是资源利用率不均，各服务器负载差异大；
三是老旧服务器烟囱式部署存在隐患；
四是维护工作繁重，重复劳动多；
五是管理困难，物理资源环境异构、软件版本繁多；
六是电力、机房等资源占用消耗大。
2、单位信息系统需解决的问题
主要解决原有服务器的老化及利用率不均衡的问题。结合单位自身的应用特点，通过先进的云化属性，改变以往分散布置服务器资源造成的CPU、内存利用率不均衡、IO瓶颈等问题，结合现有技术并进行本地化改造，形成自主知识产权的适应本单位未来发展的云化基础架构解决方案。
二、基础架构云模型搭建与方案实施
1. 基础逻辑架构
基础架构云计算平台由资源池和云管理平台两部分组成。资源池包括小型机上的UNIX虚拟机、PC服务器上的X86虚拟机、存储虚拟化、网络虚拟化等模块，运用服务器虚拟化和存储虚拟化技术，建立起小型机资源池、PC服务器资源池和存储资源池，通过技术成熟的基础架构云管理软件实现资源池的管理与控制，总体架构如下图1所示。
全部虚拟业务分区都具备两块虚拟网卡，分别对应两个网段的地址，全部小型机服务器上的虚拟机分区只具备一个管理IP，所有PC服务器上的X86虚拟机只具备一个管理IP。然后对于双口网卡可以做个Ether Channel，用于提高网络的高可靠性。实验物理拓扑结构可参见以下图2：
3. 服务器资源池及存储的创建
虚拟化技术将硬件设备转变为虚拟化资源池。对于几个负载较大、安全性等级较高的最核心业务继续按照物理分区方式进行规划，确保核心业务的硬件资源分配，实现高可靠性和安全性，其他标准业务按照虚拟化分区方式构建虚拟化资源池，先以两台服务器分区为例，参见以下图3：
3.1核心业务资源池
对于业务负载大，可靠性要求高的核心业务，做一级池化。例如客票、运调等核心业务的分区方式仍选择硬件分区（LPAR），采用传统的物理划分方式，并通过双机热备或软件集群技术来实现高可用性。
3.2标准业务资源池
对于标准业务做二级池化，采用虚拟化分区方式，虚拟分区负载可选择通过微分区及CPU、内存池调整，网卡及HBA卡通过全虚拟化方式共享给多个分区，提升I/O资源利用率。通过双机热备技术保证高可用性，可以实现IaaS层服务器云化。
核心业务平台特别是小型机资源池保持高可靠性、高可用性的特点，资源池化后，兼具小型机良好的纵向扩展能力和资源池的横向扩展优势，为IT云平台提供基础条件。管理上分虚拟化管理平台和云计算管理平台两个层级进行运维管控。利用云化平台的统一界面、统一接入等特性降低管理复杂度。
采用存储虚拟化引擎，形成大型数据共享存储池，能够灵活的分配和调整后端物理资源，满足不断变化的业务需求，实现基础架云构建设目标，实验整体效果图可参见以下图4。
4实现资源池的管理与部署
通过基础架构中的云管理平台，对资源池进行统一、便捷的管理，对业务进行标准化整合后，实现云计算的自主化、自动化、标准流程。以下图5为构建基础架构云平台后，用户和管理员日常操作流程的示意：
5物理设备上的虚拟资源分配
当工作负载被虚拟化以后，部署虚拟机，要认真规划。尽量将服务器的工作负载分类最小化，对资源的需求进行分组，是优化的最佳方法。
优化部署的原则是：同一物理机上的各个虚拟机之间不应存在资源竞争，尽量避免配置相同的工作负载在同一个物理机上。关键在于确保不同应用在同时运行时能合理分配资源，既满足服务需求，又高效利用现有设施。
三、基础架构云在铁路信息系统应用的意义
1.工作负载发生变化时的资源随需自主调整反应速度
通过基础架构云的应用，各个业务系统的分区可以用智能的方式动态地获取所需的资源。业务负载降低时，该分区自动释放资源给需要更多资源的业务分区使用。提高了资源分配自动化的程度，避免了人为操作失误风险。
2.硬件资源利用率提高
实现硬件资源利用的最优分配，使系统资源能够最大限度的利用，大幅降低了硬件资源浪费，以及相关成本。
3.硬件采购成本降低
设备采购的思路转向资源化、平台化，提升资源利用率。新增业务应用，只在现有云计算平台上分配适量资源，大幅降低了硬件采购成本。
4.提供友好的用户界面及统一管理云化资源
友好的用户界面及便捷的云化资源统一管理机制是一个创新点。本功能的实现，为我单位建立一套适合自身特性的数据中心云管理平台，提高IT服务能力和响应速度。
四、实施服务器备份资源整合效益分析
本次课题主要效益分析如下：
1.经济效益
依照原有的采购及部署方式，要解决2011年之前的老旧设备及系统目前遇到的问题，需要根据业务数量购买多套独立的服务器双机、双磁盘阵列、网络交换机及SAN光纤交换机等设备，总采购成本将超过1000万元人民币，依旧存在硬件资源不能灵活调整，利用率不均衡的问题。采用基础架构云方案，仅需600万元人民币左右即可搭建一套完整的基础架构云平台，大幅度降低了机房空间占用和电力需求，实现资源动态调整，统一管理界面，提升应用管理效益的同时具有很好的经济效益。
2.管理效益
利用基础架构云的自动化的手段，可实现标准化的IT服务模式、资源统筹规划。硬件资源可动态地调拨，提升IT资源利用率，统一管理 ，降低环境搭建和执行的时间，去除潜在的人为错误。为我局提供了便捷的云化资源统一管理机制，有利于我局未来更好地开展IT信息化建设。
本基础架构云计算方案适合本单位信息系统的环境, 该方案具有优秀的扩展性和灵活性。基础架构云解决方案成功实施后，资源池实现了动态负载均衡，提升系统资源使用效率。基础架构云的研究和应用的成功，形成了基于云技术、虚拟化技术的应用解决方案，具备很强的拓展性，为新技术、新功能的应用预留了足够的接口和空间，有在行业内推广的成果价值。
参考文献：
[1]章俊.基于云计算平台的软件架构应用研究[D],吉林：《东北师范大学硕士论文》，2012-05-01
[2]张炎华,私有云系统的实现及性能分析[D].北京：《北京邮电大学硕士论文》,2012-03-08
[3]沐连顺.电力系统云计算中心的研究与实践.《电网技术》-2011-06-05
论文作者:臧钊
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/27
标签：资源论文; 架构论文; 业务论文; 基础论文; 分区论文; 负载论文; 服务器论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;