基于云计算的高校数据中心设计与实现

本文认真分析了当前数据中心建设发展遇到的主要问题，并以有效的解决、应对这些问题为目的，设计了云计算平台建设应用方案。在虚拟化的基础上，将数据中心的服务器、存储等基础设施资源，作为云计算服务资源发布。通过实践，进一步检验了云计算平台解决当前数据中心遇到的主要问题、增强高校数据中心服务和保障教学的能力。

　　一、云计算数据中心建设的目的

　　解决现有数据中心在服务保障教学过程中遇到的实际问题，突破传统计算中心的瓶颈，是当前数据中心建设发展迫切的需求。传统的数据中心建设主要采用分散式架构，即各应用使用独立的服务器，Web、Mail、OA系统、数据备份等各个应用间相互独立。随着信息化建设规模的发展壮大，数据中心的业务系统、服务器、存储等设备越来越多，一些问题也开始显现，主要集中在四个方面：硬件资源效率低、总体拥有成本高;空间环境、能源消耗等运维管理成本高;业务部署流程环节多、上线周期长，灵活性差;业务连续性保障差、数据可靠性弱。

　　1.硬件资源效率问题低、总体拥有成本高

　　对我院数据中心主要服务器的使用效能评估的结果显示，大部分服务器的效能不高。以CPU使用率为例，选取具有代表性的学院门户网站、数字校园门户、学科专业网站等服务器进行评估，在工作时间每5分钟进行一次采样，数据连续采集5个工作日， 对数据采集结果进行汇总分析，得出CPU资源消耗平均值为3.739%，平均CPU使用率最高位9.916%，最低仅为0.339%。结果如表1所示。

　　由统计分析结果可知，在现有条件下，单个服务器的资源利用率较低，通常在10%以下，各应用系统烟囱式发展，未能实现资源有效利用。

　　2.空间环境、能源消耗等运维管理成本高

　　学院信息管理中心通过机房动环监控系统监测到，目前中心机房服务器、存储等80余台IT设备用电功率约为20千瓦，峰值接近26千瓦，日平均耗电约为480度。中心机房目前部署的大多是传统的2至4英寸的机架式服务器，整体散热量较大，夏季需3台30千瓦精密空调同时工作才能满足需要。加上UPS、新风系统以及人力资源消耗等，数据中心维护整体开销比较大。目前中心机房有各部、系托管设备35台，已经占到机房内全部设备的43%左右，而且托管设备规模有不断扩大趋势。随着设备数量的不断增加，对机房条件和运维人员都提出了更高的要求，节能、环保、易管理将是下一阶段数据中心建设发展必须关注的问题，传统的建设和运维模式必须做出改变。

　　3.业务部署流程环节多、上线周期长，灵活性差

　　传统数据中心建设模式，按照“应用隔离”的原则每增加一项应用就需要增加一台设备，业务应用上线周期长，这种做法逐渐不能适应院校当前快速增长的信息化应用需要。主要原因是，近几年，随着教育信息化应用的发展，出现了许多周期短、工作节奏比较紧凑的应用系统保障任务。例如，“2110工程”项目申报系统，我院承办的天津市国防生政治理论基础考试相关在线考试系统的部署保障，总后优秀军事训练数字媒体资源评选奖励活动等。经常是从任务下达，到系统部署完成运行只有数周、不到一个月准备时间。在现有模式下，须申请经费、按规定进行招标采购、系统部署安装调试，时间是非常紧张的。并且某些系统，如国防生政治理论基础考试系统，对于服务器的配置要求比较高，但系统使用时间只有2天，保障任务完成后，一年中的大部分时间都处于闲置状态。以现有数据中心环境，应对起来比较困难。

　　4.业务应用保障连续性差、数据可靠性弱

　　传统的数据中心备份方式，存在恢复时间长，失败风险高，不保护硬设备、数据损失时间太长等缺陷。根据有关机构调查，信息系统可能遭遇的各类灾难中，有47%是硬件级别的故障，例如：主板、RAID控制器、网卡、内置/外置存储等设施出现问题，还有高达53%的灾难成因是“软”错误，例如：数据误删除、黑客/病毒攻击、系统崩溃、打补丁造成不稳定等等。磁带备份、基于磁盘的备份、Cluster/HA等传统的数据保护机制对于上述灾难都只能提供有限的保护。相对于OA、MAIL等系统，网络教学应用的组织安排时间固定、时间长短有限制，课程安排对于业务应用的连续性、一旦发生故障的数据恢复时间有着一定要求。业务应用保障连续性差、数据可靠性弱在一定程度上限制着网络教学的全面发展，目前还主要应用于自学。为了促进网络教学应用的进一步发展，需要能够全面覆盖所有“软”错误和“硬”故障的资源使用、调度和备份机制。

　　解决上述四个问题是下一步学院云计算平台建设的首要任务，在此基础上，通过网络分发服务，实现了自助服务和资源的池化，能够做到资源灵活调度，更好地保障学院各项信息化建设不同的需要。

　　二、云计算平台建设方案设计

　　1.云计算平台物理资源建设

　　采用高端刀片服务器作为云计算平台的计算基础。刀片服务器计算密度更高、机房要求降低、功耗散热低、布线简单、可靠性较高、管理方便、扩展灵活，更加符合于虚拟化、云计算的管理服务理念。