云計算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心管理運行探討

管理是IT系統(tǒng)良性運行的重要保障，不同的IT設(shè)備都有自己的管理系統(tǒng)。特別是大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，必須通過集中的管理系統(tǒng)來運行管理計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，以能夠快速響應(yīng)和處理數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)變更、異常事件、持續(xù)優(yōu)化。在《IP領(lǐng)航》往期的文章中曾多次聚焦"數(shù)據(jù)中心的管理"，但大都側(cè)重于"以網(wǎng)絡(luò)為核心"的管理，本文將把視線放大到整個云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心，對三種運行管理模型逐一對比分析。

一、云計算對運行管理變革的驅(qū)動

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，基礎(chǔ)架構(gòu)層面設(shè)備之間通過標(biāo)準(zhǔn)化連接和協(xié)議互通，保證了計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理系統(tǒng)之間相互分離、獨立（如圖1所示），從而使得不同的運維團(tuán)隊可以按照自身業(yè)務(wù)發(fā)展與架構(gòu)演進(jìn)的趨勢不斷完善和深化各自的管理規(guī)程，滿足數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的要求。

圖1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心管理運行架構(gòu)

在云計算環(huán)境下，各自獨立分離的運行模式不能支持云服務(wù)的展開，新的IT運行模式對傳統(tǒng)的管理架構(gòu)提出了挑戰(zhàn)：

虛擬化：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中每個物理服務(wù)器上只是單個或幾個應(yīng)用的固定運行，業(yè)務(wù)基本是與主機(jī)的綁定運行方式，對主機(jī)的管理，某種意義上也就是對業(yè)務(wù)的管理。云計算環(huán)境下服務(wù)器大量采用虛擬化技術(shù)，每一個物理網(wǎng)絡(luò)端口下都會分布多達(dá)數(shù)十個虛擬機(jī)，物理主機(jī)上運行著多個不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用密集度極大增長，對網(wǎng)絡(luò)的性能、規(guī)格、可靠性都提出更高要求，而虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)屬性的可管理性更是面臨巨大挑戰(zhàn)。

動態(tài)性：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)針對物理主機(jī)展開，而物理服務(wù)器一般固定連接在某個網(wǎng)絡(luò)端口上，并且業(yè)務(wù)屬性單一，無論是網(wǎng)絡(luò)策略、安全控制都比較固定。只要主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)運維界面清晰、系統(tǒng)歸屬明確，則業(yè)務(wù)容易展開，并能平穩(wěn)運行。但是云計算環(huán)境下部署著高密度的虛擬機(jī)，在虛擬化環(huán)境下，基于服務(wù)變更、容災(zāi)、分布式計算等業(yè)務(wù)運行要求使得虛擬機(jī)動態(tài)遷移成為必備屬性。如果網(wǎng)絡(luò)無法感知這種動態(tài)性計算方式，持續(xù)的運行必將造成業(yè)務(wù)的紊亂、運維的不可控，這就要求管理系統(tǒng)能夠具備動態(tài)計算的感知能力。

關(guān)聯(lián)性：當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)與計算之間以一種松耦合方式運行，網(wǎng)管與主機(jī)管理系統(tǒng)之間基本上沒有信息關(guān)聯(lián)交互，這樣，對于虛擬化數(shù)據(jù)中心，虛擬機(jī)的動態(tài)性計算特性，網(wǎng)絡(luò)無法感知、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)無法對虛擬機(jī)進(jìn)行定位，網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)的安全、控制、配置、監(jiān)管便無法關(guān)聯(lián)到虛擬機(jī)，無法實現(xiàn)云計算下的靈活部署和擴(kuò)展性。

自動化：在非虛擬化環(huán)境中，業(yè)務(wù)部署后一般都具有相對的固定性，即主機(jī)位置、網(wǎng)絡(luò)接入比較確定，運行維護(hù)的目標(biāo)與物理機(jī)、物理端口一致，這種情況，主機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)分別部署、調(diào)試對接相對比較容易。但在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，特別是云計算環(huán)境下的業(yè)務(wù)流程，基于傳統(tǒng)的分離調(diào)試是無法有效支持云服務(wù)的業(yè)務(wù)模式，這就要求整個服務(wù)的供應(yīng)應(yīng)能夠簡單提交、且不同系統(tǒng)（基礎(chǔ)的計算、網(wǎng)絡(luò)，上層的主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)）之間能夠交互服務(wù)信息，并基于一致的業(yè)務(wù)要求完成所有部件的自動化部署與運行。

二、云計算管理的目標(biāo)

為了支持云計算虛擬化、動態(tài)化、關(guān)聯(lián)性、自動化的服務(wù)要求，整個云計算系統(tǒng)需要有一個統(tǒng)一的操作運行管理平臺，能夠?qū)υ品��?wù)進(jìn)行端到端自動化部署，同時快速響應(yīng)資源調(diào)度與業(yè)務(wù)變更的服務(wù)需求（如圖2所示）。

圖2 云計算的管理目標(biāo)

統(tǒng)一的服務(wù)平臺能夠屏蔽云服務(wù)供應(yīng)層面對底層不同架構(gòu)的差異，使得用戶或業(yè)務(wù)運營部門聚焦在服務(wù)層面，不必關(guān)注云計算資源（計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲）本身的技術(shù)屬性。

在自動化響應(yīng)的管理關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)上，云服務(wù)的提供需要將業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為對基礎(chǔ)資源的部署要求，并形成相應(yīng)的底層配置下發(fā)到不同的設(shè)備上，同時在服務(wù)變更（包括容災(zāi)、虛擬機(jī)遷移、擴(kuò)展等資源的操作與調(diào)度）過程中，能夠全方位調(diào)整底層設(shè)備的配置、功能、對接，以匹配業(yè)務(wù)需求。

三、如何選擇合理的運行管理模型

模式一：集中統(tǒng)一的云計算運行管理

為了實現(xiàn)靈活的云計算服務(wù)，有些人提出了一種以統(tǒng)一集中的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的運行管理模式（如圖3所示）。這種模式下，云的操作管理平臺能夠?qū)τ嬎恪⒋鎯�、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合，在用戶操作平面上形成單一的界面，在邏輯結(jié)構(gòu)、運行結(jié)構(gòu)上很清晰，管理層次少。

圖3集中統(tǒng)一的云計算運行管理模型

這種結(jié)構(gòu)雖然在一定程度上實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)部署、基礎(chǔ)資源的自動化調(diào)度，但局限性很明顯。不同的IT系統(tǒng)有其固有的專業(yè)性，網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲各個系統(tǒng)的監(jiān)控運行、故障處理、軟硬件升級、容量與規(guī)劃完全不同，要在一個管控系統(tǒng)中既做到業(yè)務(wù)的統(tǒng)一，又做到基礎(chǔ)管理的全面，不僅對這個系統(tǒng)本身的規(guī)模、復(fù)雜性、功能性、專業(yè)性提出了挑戰(zhàn)，而且對于支撐管理運行的團(tuán)隊，也在操作配合、知識體系、專業(yè)交叉上產(chǎn)生了巨大的復(fù)雜度。

即使是一個廠家能夠以極高的專業(yè)程度整合多個基礎(chǔ)資源的運行管理到這樣的統(tǒng)一系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也必將非常巨大、復(fù)雜，其本身的運行維護(hù)也會存在極大難度。

模式二：雙屬式管理

第二種模型是雙屬式管理模型。如圖4所示，在類似第一種模型的架構(gòu)下，除了統(tǒng)一的運行管理平臺，在計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)各個系統(tǒng)中集成各自專業(yè)的管理系統(tǒng)。相比模型一，模型二有極大的增強(qiáng)，不僅可以簡化統(tǒng)一運行管理平臺的復(fù)雜度，又引入了傳統(tǒng)成熟的運維管理方式，并分離了云計算的服務(wù)運營與基礎(chǔ)架構(gòu)管理，形成一個具有分工與協(xié)作的IT運行結(jié)構(gòu)。

圖4雙屬式管理模型

但這種模式的不足在于，對底層物理設(shè)備而言，存在兩套指令系統(tǒng)：供應(yīng)云服務(wù)的統(tǒng)一管理平臺和獨立的運維系統(tǒng)，如果存在操作上的偏差，需要這兩套系統(tǒng)之間預(yù)先定義或確定一個優(yōu)先順序，否則在某些條件下將導(dǎo)致因不同系統(tǒng)的指令沖突造成服務(wù)的異常。同時，對于基礎(chǔ)設(shè)備來說，兩套指令系統(tǒng)的調(diào)用接口或協(xié)議也可能完全不同，甚至由于當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)化的不足，針對不同的云管理平臺有不同的定制化要求，帶來了基礎(chǔ)設(shè)備運行與設(shè)計上的復(fù)雜。

模式三：三層式管理

第三種模型是三層式管理模型。如圖5所示，統(tǒng)一的云管理平臺運行在一個邏輯層面（TopTier），向云計算用戶提供服務(wù)界面、云服務(wù)供應(yīng)操作，不直接管理和操作底層設(shè)備。中間層（MiddleTier）是基礎(chǔ)資源操作管理層，接受來自上層的云服務(wù)調(diào)用，并轉(zhuǎn)換為針對底層設(shè)備的配置操作，中間層同時作為專業(yè)化系統(tǒng)對基礎(chǔ)設(shè)備執(zhí)行運行、維護(hù)、監(jiān)管等功能。最下層為基礎(chǔ)設(shè)備層面（InfrastructureTier），是計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等基礎(chǔ)云計算資源連通運行形成的物理層，接收來自上層的指令而運行和提供服務(wù)。

圖5三層式管理模型

對于三層式模型，中間管理層統(tǒng)一了來自云服務(wù)管理平臺的指令和自身的運維變更指令，形成一致的操作集下發(fā)，保證了操作的統(tǒng)一性。特別是對云計算而言，上層服務(wù)的部署、變化總是會涉及到底層多個系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)性變化，如虛擬機(jī)動態(tài)計算的特點使得其網(wǎng)絡(luò)位置發(fā)生變化，存儲資源也會因為數(shù)據(jù)遷移產(chǎn)生位置變更，這都涉及到計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲各個對象之間的信息交互、協(xié)議通告、連接性檢查等處理，以保證云服務(wù)的連續(xù)性與持續(xù)性。數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)與基礎(chǔ)協(xié)議交互發(fā)生在第三個平面，但是在中間層不同資源的管理控制系統(tǒng)之間也主動進(jìn)行信息傳遞，如虛擬機(jī)管理系統(tǒng)與網(wǎng)管系統(tǒng)之間交互計算遷移、狀態(tài)與位置等信息，這使云服務(wù)的管理過程更為精確和可控，能夠?qū)崿F(xiàn)全部IT基礎(chǔ)資源之間的關(guān)聯(lián)性，并使得云計算的部署逐步走向更為完善的自動化。

三層管理模式更進(jìn)一步的好處是，中間管理層作為對基礎(chǔ)資源層面的指令層，因其完全由軟件構(gòu)成，具有需求變化的能力，即能夠封裝多種來自服務(wù)層面、異構(gòu)系統(tǒng)之間的互操作信息，形成下層易執(zhí)行的指令下發(fā)到基礎(chǔ)設(shè)備上。如圖6所示，每一種基礎(chǔ)資源與其管理軟件構(gòu)成了一個靈活的按需變化的IT系統(tǒng)，它們對外的變化接口主要由管理軟件來實現(xiàn)，當(dāng)前通用的SOAP/RESTful等接口已經(jīng)廣泛用于軟件系統(tǒng)之間的調(diào)用，以EVB技術(shù)實現(xiàn)為例：網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)管之間完全緊耦合實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部的運行控制管理，虛擬管理中心與服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)之間完全緊耦合實現(xiàn)虛擬計算內(nèi)部的運行控制管理；在Infrastructure Tier層面，網(wǎng)絡(luò)與虛擬機(jī)系統(tǒng)之間通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)EVB來實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通與協(xié)議交互，這是整個云計算得以實現(xiàn)自動化、動態(tài)性、關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)互通標(biāo)準(zhǔn)要求。而在控制層，網(wǎng)管系統(tǒng)與虛擬管理中心則通過SOAP/RESTful接口方式可以靈活定義這兩種異構(gòu)系統(tǒng)之間要求傳遞的信息（虛擬機(jī)標(biāo)識、業(yè)務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記、網(wǎng)絡(luò)屬性等），從而實現(xiàn)了整個云計算系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、控制層面業(yè)務(wù)屬性流轉(zhuǎn)。

圖6異構(gòu)系統(tǒng)之間的靈活接口方式

三種模型的對比小結(jié)

就目前國內(nèi)用戶應(yīng)用情況而言，用戶對計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲分離的管理運行已經(jīng)形成很好的經(jīng)驗，這在云計算環(huán)境下依然是很好的借鑒；在考慮向云計算轉(zhuǎn)型/演進(jìn)的架構(gòu)上，服務(wù)交付與IT運行可能是相互獨立，但又是前者依賴后者、后者以前者為目標(biāo)的業(yè)務(wù)方式，這就要求云的管理運行架構(gòu)既要有很大的靈活性，又要有對基礎(chǔ)層面控制的精準(zhǔn)性。模型一是當(dāng)前很多用戶認(rèn)為很自然的結(jié)構(gòu)，因為這個模型很含糊地掩蓋了云服務(wù)與云基礎(chǔ)架構(gòu)運行的差別，模型二與模型三則展開了云計算的運行框架要求，同時還融合了傳統(tǒng)IT的運行管理模式，使得用戶的IT模式以漸進(jìn)方式遷移到云服務(wù)。

四、結(jié)束語

適用的數(shù)據(jù)中心管理運行模型，不僅可以使業(yè)務(wù)模型清晰可靠，并能極大提升業(yè)務(wù)運行能力，使得傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的運行機(jī)制得到重用。但是，不同的云計算服務(wù)模式有其自身特點，基于自身的運行能力、已有系統(tǒng)的要求，選擇并演進(jìn)到適合每個云計算數(shù)據(jù)中心適用的模式，需要用戶、廠家、服務(wù)供應(yīng)商持續(xù)的適配、調(diào)整才能優(yōu)化形成。

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