智慧運維平臺設(shè)計與分析
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摘要：為建設(shè)自主可控的數(shù)據(jù)中心智慧運維管理平臺，系統(tǒng)調(diào)研國產(chǎn)化數(shù)字產(chǎn)品及服務(wù)研發(fā)現(xiàn)狀，以數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)需求、設(shè)施需求、管理需求、自助服務(wù)管理及事件管理為目標(biāo)，以物理層、資源抽象層、云服務(wù)層與云安全防護(hù)層構(gòu)建管理頂層平臺架構(gòu)，從分別以業(yè)務(wù)管理及運行監(jiān)控為中心進(jìn)行了平臺詳細(xì)功能設(shè)計、資源池設(shè)計與安全設(shè)計，最后綜合分析了國產(chǎn)化智慧運維管理平臺的效益。國產(chǎn)化智慧運維管理平臺可將數(shù)據(jù)中心局域資源納入統(tǒng)一管理范圍，建立科學(xué)合理的管理體系，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的運維管理流程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源主動的、靈活的、集中的、高效的管理和運維。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化；數(shù)據(jù)中心；運維平臺；國產(chǎn)化
面對快速增長的IT基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)規(guī)模日趨龐大、架構(gòu)日趨復(fù)雜，各類企業(yè)對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要求也越來越高。為提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)日常運維的可視化、提高運行效率、量化運行質(zhì)量，建設(shè)智慧運維平臺已迫在眉睫。然而，我國在基礎(chǔ)軟件、高端芯片、專用設(shè)備、測試儀器、關(guān)鍵工藝等核心技術(shù)方面都存在短板，整個IT產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的芯片、CPU硬件和操作系統(tǒng)軟件大多數(shù)依賴國外技術(shù)或直接進(jìn)口。自主創(chuàng)新、自主可控，兩者的落實和發(fā)展都離不開國家的政策支持與引導(dǎo)。2003年中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳聯(lián)合轉(zhuǎn)發(fā)的《國家信息化領(lǐng)導(dǎo)小組關(guān)于加強(qiáng)信息安全保障工作的意見》明確指出要重點保護(hù)基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)和關(guān)系國家安全、經(jīng)濟(jì)命脈、社會穩(wěn)定等方面的重要信息系統(tǒng)，抓緊建立信息安全等級保護(hù)制度，制定信息安全等級保護(hù)的管理辦法和技術(shù)指南。2016年，網(wǎng)絡(luò)安全被正式劃入“十三五”規(guī)劃重點建設(shè)方向，包括《網(wǎng)絡(luò)安全法》、《國家網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略》及近期的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》在內(nèi)的多項重磅政策密集出臺，加速推動信息安全產(chǎn)品需求釋放。因此，為建立安全可控、運維高效的數(shù)據(jù)中心運維管理平臺，本文全面分析國產(chǎn)化設(shè)備與技術(shù)與微軟技術(shù)體系的適配性與兼容性，采用國產(chǎn)化設(shè)備與技術(shù)服務(wù)搭建數(shù)據(jù)中心運維平臺，為企業(yè)數(shù)智化發(fā)展提供安全可控保障，對指導(dǎo)國產(chǎn)化數(shù)字產(chǎn)品的推廣應(yīng)用具有現(xiàn)實意義。
1國產(chǎn)化產(chǎn)品現(xiàn)狀
1.1CPU
我國服務(wù)器芯片自主研發(fā)主要有以下五種方向：Alpha架構(gòu)、ARM架構(gòu)、MIPS架構(gòu)、X86架構(gòu)、Power架構(gòu)。涌現(xiàn)出了基于MIPS的龍芯、基于X86的海光、基于MAR的飛騰和鯤鵬以及基于Alpha架構(gòu)的申威等，不同芯片參數(shù)對比為提高與既有數(shù)據(jù)中心設(shè)備及系統(tǒng)的兼容性，從架構(gòu)層次來說采用X86生態(tài)的芯片兼容性最佳，其他的廠商需要構(gòu)建自己的生態(tài)系統(tǒng)。慮到單核性能和核心數(shù)的差異，不同芯片會存在較大差距。從擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和芯片安全可控方面考慮，國產(chǎn)芯片可選擇種類較少。
1.2操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)是平臺連接軟硬件的紐帶，在自主安全上處于核心地位。國產(chǎn)操作系統(tǒng)多為以Linux為基礎(chǔ)二次開發(fā)的操作系統(tǒng)。國內(nèi)基于Linux二次開發(fā)的國產(chǎn)化服務(wù)器操作系統(tǒng)目前有很多家，主要包括麒麟、普華中科方德、深度等操作系統(tǒng)。國產(chǎn)操作系統(tǒng)情況上述國產(chǎn)操作系統(tǒng)中，兩類國產(chǎn)操作系統(tǒng)在服務(wù)器端的應(yīng)用發(fā)展較為成熟，通過了多個國家權(quán)威部門的測評，可支持龍芯、飛騰、申威、鯤鵬等多種主流國產(chǎn)化芯片，其產(chǎn)品支撐著國防、政府、企業(yè)、電力和金融等各領(lǐng)域的應(yīng)用，滿足政府部門、國防、金融、電力、機(jī)要、保密等領(lǐng)域?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的高安全性需求。
1.3數(shù)據(jù)庫
代表性的國產(chǎn)化數(shù)據(jù)庫廠商有：神通、金倉、達(dá)夢、南大通用等。主流國產(chǎn)化數(shù)據(jù)庫技術(shù)路線
2平臺頂層設(shè)計
智慧運維管理平臺建設(shè)整體分為四大部分，分別是：物理層、資源抽象層、云服務(wù)層與云安全防護(hù)層。以上架構(gòu)設(shè)計可以實現(xiàn)各個模塊在保證各自獨立性的前提下獨立運行，還可以實現(xiàn)各模塊深度融合、自動化運營，從而保證整體技術(shù)架構(gòu)的靈活性、先進(jìn)性、合理性、高可用、高安全和可擴(kuò)展性。物理層包括智慧運維管理平臺所需的機(jī)房運行環(huán)境，以及計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等設(shè)備。通過部署國產(chǎn)化交換機(jī)、防火墻、服務(wù)器等設(shè)備，為智慧運維管理平臺提供基礎(chǔ)的物理運行環(huán)境。資源抽象層通過虛擬化技術(shù)，負(fù)責(zé)對底層硬件資源進(jìn)行抽象，對底層硬件故障進(jìn)行屏障，統(tǒng)一調(diào)度資源池。核心是計算虛擬化技術(shù)，該技術(shù)提供主機(jī)CPU、內(nèi)存、IO的虛擬化，并通過共享文件系統(tǒng)保證虛擬主機(jī)的遷移、HA集群和動態(tài)資源調(diào)度。云服務(wù)層是依托于原數(shù)據(jù)中心云平臺具備的云計算IaaS服務(wù)能力，為智慧運維管理平臺提供云存儲、云防火墻、云網(wǎng)絡(luò)等多種類型的云服務(wù)。云安全防護(hù)層為物理層、資源抽象層、云服務(wù)層提供全方位的安全防護(hù)。包括應(yīng)具備的漏洞掃描、主機(jī)防御、網(wǎng)站防御、租戶隔離、認(rèn)證與審計、數(shù)據(jù)安全等模塊。
3平臺功能設(shè)計
3.1平臺功能架構(gòu)
功能架構(gòu)劃分為兩個層次及兩大模塊，各層形成一個統(tǒng)一的整體，為數(shù)據(jù)中心提供云內(nèi)資源的統(tǒng)一運維、監(jiān)控及管理服務(wù)。智慧運維管理平臺的整體功能架構(gòu)最底層是IT基礎(chǔ)設(shè)施層，即平臺的被管理對象，它包含數(shù)據(jù)中心范圍內(nèi)運行使用的對象，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、計算存儲資源、系統(tǒng)應(yīng)用軟件、虛擬化資源等。運行監(jiān)控管理模塊實現(xiàn)對IT基礎(chǔ)架構(gòu)統(tǒng)一監(jiān)控，通過代理或免代理的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對被管理運行對象的監(jiān)控，掌握運行資源的配置狀況、監(jiān)控對象的運行狀態(tài)和性能參數(shù)。業(yè)務(wù)服務(wù)管理模塊基于運行監(jiān)控管理模塊的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理信息，按照業(yè)務(wù)進(jìn)行建模，展現(xiàn)業(yè)務(wù)的整體運行情況，進(jìn)行業(yè)務(wù)預(yù)警和快速發(fā)現(xiàn)IT系統(tǒng)的根源故障。業(yè)務(wù)展示層，提供了多種展示視圖和方式，為不同的用戶提供不同的管理視圖，包括領(lǐng)導(dǎo)視圖、運維門戶、自服務(wù)門戶、業(yè)務(wù)展示視圖等。
3.2平臺詳細(xì)功能設(shè)計
具體功能包括業(yè)務(wù)管理、應(yīng)用資源管理、容量管理、用戶體驗管理、自動化運維管理、告警管理、報表管理等功能。
（1）業(yè)務(wù)管理：實時展示各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)當(dāng)前的用戶體驗層狀態(tài)，IT基礎(chǔ)架構(gòu)層運行狀態(tài)，IT架構(gòu)層指標(biāo)包括：健康狀態(tài)、繁忙程度、可用狀態(tài)、業(yè)務(wù)告警總覽。
（2）應(yīng)用資源管理：對不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，從而充分滿足用戶對各種關(guān)鍵業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控管理需求。
（3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理：提供設(shè)備的詳細(xì)信息，包括設(shè)備地址、運行時間、設(shè)備型號、版本、接口數(shù)量、登入方式、路徑拓?fù)湔故?、會話連接數(shù)、CPU利用率、內(nèi)存利用率、端口流量速率、告警信息等監(jiān)控，起到網(wǎng)絡(luò)性能管理、網(wǎng)絡(luò)配置管理、網(wǎng)絡(luò)資源管理等作用。
（4）存儲管理：平臺支持對業(yè)內(nèi)主流存儲設(shè)備的監(jiān)控與管理功能，可對支持并開啟相關(guān)協(xié)議的存儲設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。
（5）自動化運維管理：預(yù)先構(gòu)建的合規(guī)性基準(zhǔn)，合規(guī)性部署模板和修復(fù)措施，基于現(xiàn)有合規(guī)內(nèi)容創(chuàng)建符合外部（如國資委、公安部、網(wǎng)信辦）監(jiān)管要求的行業(yè)基準(zhǔn)和策略。
（6）告警管理：通過實時告警關(guān)聯(lián)分析，屏蔽重復(fù)無效告警，分析生成根因告警；通過實時告警與拓?fù)涮崾?、通過告警板聲光提示、通過手機(jī)短信及Email、微信等遠(yuǎn)程提示，快速通知網(wǎng)絡(luò)管理員詳細(xì)準(zhǔn)確的故障信息。
（7）報表管理：提供集中的報表管理平臺，實現(xiàn)對報表模板管理、Web報表設(shè)計管理、周期性報表管理和報表模板的發(fā)布，同時提供實時報表和周期性報表的查看。
3.3安全設(shè)計
安全設(shè)計包括鏈路安全上的防火墻、入侵防御、防病毒等以及日志審計、運維審計、漏洞掃描、數(shù)據(jù)庫審計等能力，從而使得智慧運維平臺能夠滿足國家安全等級保護(hù)三級的部署要求。為了完善國產(chǎn)化資源池與數(shù)據(jù)中心環(huán)境之間的安全隔離，國產(chǎn)化資源池接入?yún)^(qū)部署一臺國產(chǎn)化防火墻，實現(xiàn)國產(chǎn)化區(qū)域與非國產(chǎn)化區(qū)域之間的信息交互的安全可靠。
4技術(shù)路線
在滿足需求的前提下，采用應(yīng)用國家創(chuàng)新的安全可靠的信息化設(shè)備；在滿足安全可靠要求的前提下，優(yōu)先選擇成熟度高、適配性強(qiáng)的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性；選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的產(chǎn)品，確保產(chǎn)品間可互聯(lián)互通及今后的可擴(kuò)展；軟件產(chǎn)品優(yōu)先選用開放式體系架構(gòu)的成熟產(chǎn)品，盡量減少自行開發(fā)工作，確保系統(tǒng)工作穩(wěn)定。具體技術(shù)路線選擇上可以從平臺軟件、基礎(chǔ)硬件、兼容性和適配性四方面進(jìn)行分析確認(rèn)。
4.1平臺軟件選擇
針對國產(chǎn)化技術(shù)改造平臺類軟件進(jìn)行國產(chǎn)化分析，所涉及的運維平臺、虛擬化等基礎(chǔ)平臺軟件，還包括國產(chǎn)化操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫，成品軟件相關(guān)。對于核心技術(shù)使用開源項目的軟件，需要進(jìn)行分析，如對開源技術(shù)已進(jìn)行深度定制開發(fā)，同時不受閉源影響，則可以選用。
4.2基礎(chǔ)硬件選擇
基礎(chǔ)硬件設(shè)施選用包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等硬件產(chǎn)品，按照核心部件和相關(guān)軟件的設(shè)計研發(fā)情況進(jìn)行選擇，優(yōu)先選擇獲得國家對安全可靠認(rèn)證的產(chǎn)品。其他相關(guān)國產(chǎn)化產(chǎn)品需要進(jìn)行可研分析，核心部件選用自主設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品；對于核心部件使用國外產(chǎn)品，而國內(nèi)沒有可替代的產(chǎn)品，則需要進(jìn)行專項分析。
4.3軟硬件兼容性
需要充分考慮所選擇的軟硬件產(chǎn)品與既有數(shù)據(jù)中心平臺環(huán)境的兼容性與適配問題。在對各廠商軟硬件產(chǎn)品分析，平臺軟件、基礎(chǔ)硬件選型過程中，需要充分論證各產(chǎn)品及其技術(shù)路線與現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心平臺環(huán)境是否兼容適配。
4.4適配性測試
為確保軟硬件適配性及運行的穩(wěn)定性，從需求分析審查、設(shè)計審查、代碼審查、單元測試、功能測試、性能測試、可恢復(fù)性測試、資源消耗測試、并發(fā)測試、健壯性測試、安全測試、安裝配置測試、可移植性測試、文檔測試以及最終的驗收測試等內(nèi)容進(jìn)行測試，及時發(fā)現(xiàn)平臺缺陷，分析錯誤產(chǎn)生的原因和錯誤的分布特征，提升平臺運行穩(wěn)定性。
5平臺實踐
通過業(yè)務(wù)狀態(tài)分布圖直觀呈現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體運行情況，核心業(yè)務(wù)卡片實時展示各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)當(dāng)前的用戶體驗層狀態(tài)，IT基礎(chǔ)架構(gòu)層運行狀態(tài)，IT架構(gòu)層指標(biāo)包括：健康狀態(tài)、繁忙程度、可用狀態(tài)、業(yè)務(wù)告警總覽。管理設(shè)備類型：除了傳統(tǒng)的路由器、交換機(jī)外，更能對網(wǎng)絡(luò)中的無線、安全、語音、存儲、監(jiān)控、服務(wù)器、打印機(jī)、UPS等設(shè)備進(jìn)行管理，實現(xiàn)設(shè)備資源的集中化管理?？梢愿鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)情況設(shè)置多種選項和自動化配置；可以設(shè)置多套設(shè)備訪問參數(shù)，運維平臺將自動適配每個設(shè)備使用的參數(shù)；通過網(wǎng)段過濾設(shè)置可以更加有選擇性地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；結(jié)合定時發(fā)現(xiàn)設(shè)置可以周期性的掃描指定網(wǎng)絡(luò)，自動管理新加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。平臺還提供了豐富的故障檢測工具，例如ping、tracert、telnet等。當(dāng)鼠標(biāo)懸浮在某個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)鏈路上時，顯示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)鏈路名稱、IP地址、物理位置、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)端口、物理跳線連接、負(fù)責(zé)人等基本信息，網(wǎng)絡(luò)鏈路雙向?qū)崟r流量、網(wǎng)絡(luò)帶寬使用率、網(wǎng)絡(luò)時延、丟包率、錯包率和CPU利用率等性能信息。自動對管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源進(jìn)行周期性的狀態(tài)輪詢和配置輪詢，缺省的狀態(tài)輪詢周期是1分鐘，缺省的配置輪詢周期是2小時，用戶可以修改每個設(shè)備的狀態(tài)輪詢周期和配置輪詢周期。在輪詢的過程中，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備不可達(dá)、接口DOWN/UP等重要事件，平臺將產(chǎn)生相關(guān)告警通知用戶，同時會反映在設(shè)備的狀態(tài)上。平臺可以從存儲組、存儲設(shè)備，存儲池，存儲卷等多個層級對存儲設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理。所實現(xiàn)的功能包括將多個存儲設(shè)備組織成一個存儲組、在存儲設(shè)備上劃分存儲池，在一個存儲池中劃分存儲卷等。平臺提供了豐富的預(yù)定義報表模板，提供多種報表模板和圖表類型，能夠滿足大部分用戶的日常報表需求。并且可以基于預(yù)定義報表進(jìn)行自定義設(shè)計，大大簡化了用戶自定義報表的工作量。可以多種形式展現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控報表。
6總體效益分析
智慧運維平臺能夠從單一管理控制臺上獲取整個數(shù)據(jù)中心的運維狀況，更有效地了解各項服務(wù)的運行狀態(tài)、及時解決系統(tǒng)故障，從而提高整個數(shù)據(jù)中心的運維水平，并且提高計算資源利用率。
6.1提高業(yè)務(wù)應(yīng)用管理水平
能夠感知業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)整體運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在的問題，定位業(yè)務(wù)故障根因，及時解決相關(guān)問題，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運行。并且提供領(lǐng)導(dǎo)決策分析、運維監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)分析依據(jù)，確保數(shù)據(jù)的真實性與有效性。通過分析歷史數(shù)據(jù)，生成性能、故障等的量化分析報告，為決策分析提供可靠依據(jù)。同時還可通過可視化的監(jiān)控中心完成對信息系統(tǒng)的全面管理、數(shù)據(jù)保護(hù)、成本管理和風(fēng)險控制，極大地提升了運營能力。
6.2提升業(yè)務(wù)運維能力
提供業(yè)務(wù)服務(wù)狀態(tài)和用戶體驗詳情綜合分析，實現(xiàn)業(yè)務(wù)故障早發(fā)現(xiàn)、早報告、早預(yù)警、早處置，保障業(yè)務(wù)高可用性?？梢灾鲃拥卦诩褐g均衡工作負(fù)載，并且提供容量規(guī)劃功能，讓管理員更準(zhǔn)確地分配資源，并且及時回收不再使用的資源。極大地提高了服務(wù)器的利用率，在滿足總體容量需求的同時減少了每年的硬件采購支出。
6.3加速國產(chǎn)化產(chǎn)品適配
實現(xiàn)對國產(chǎn)化計算資源的靈活調(diào)度與彈性分配，充分使用了網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、安全、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、虛擬化等國產(chǎn)化產(chǎn)品，極大促進(jìn)了國產(chǎn)化產(chǎn)品在交通行業(yè)內(nèi)的影響力。
6.4保障信息系統(tǒng)自主可控
依靠自身研發(fā)設(shè)計，全面掌握產(chǎn)品核心技術(shù)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)從硬件到軟件的自主研發(fā)、生產(chǎn)、升級、維護(hù)的全程可控，實現(xiàn)對信息系統(tǒng)安全監(jiān)控管理，防止非法利用信息系統(tǒng)。直觀展現(xiàn)業(yè)務(wù)運行狀態(tài)，以可視化的方式進(jìn)行故障定位分析，運維人員可以關(guān)注核心告警，快速解決現(xiàn)場問題，大大提升運維工作效率。
7展望
基于國產(chǎn)化數(shù)字產(chǎn)品及服務(wù)構(gòu)建國產(chǎn)化資源池，兼容并適配既有軟硬件，建立數(shù)據(jù)中心智慧運維管理平臺，為數(shù)據(jù)中心部署的各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)、服務(wù)器設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和安全設(shè)備提供統(tǒng)一監(jiān)控、管理和運維。動態(tài)資源調(diào)整特性能夠整合服務(wù)器，降低IT成本，增強(qiáng)靈活性。所構(gòu)建的統(tǒng)一指揮、聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動、信息研判、資源調(diào)配、綜合管理為基本職能的管理平臺將為數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵業(yè)務(wù)運行狀態(tài)發(fā)揮智慧監(jiān)控與維護(hù)功能，提高各類信息應(yīng)用系統(tǒng)日常運維的可視化程度、量化運行質(zhì)量，提高IT系統(tǒng)運行效率，保障業(yè)務(wù)不間斷運行。下一步，國產(chǎn)軟硬件研發(fā)與適配分析仍是IT行業(yè)的重點研究內(nèi)容，國產(chǎn)數(shù)字產(chǎn)品與服務(wù)替代仍是各行業(yè)的重點任務(wù)，全國各領(lǐng)域應(yīng)積極推進(jìn)自主平臺研發(fā)與國產(chǎn)軟硬件應(yīng)用，為提升企業(yè)信息化建設(shè)水平、助力我國信息領(lǐng)域的自主創(chuàng)新及信息安全提供有力支撐。
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作者：郝志強(qiáng) 劉志勝 楊永杰 郗冬冬 單位：山西交通控股集團(tuán)有限公司 山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司
