业务系统硬件资源的管理策略研究

冯国聪，石宏宇，黄宏聪，张银铁

业务系统硬件资源的管理策略研究

冯国聪，石宏宇，黄宏聪，张银铁

业务系统是企业信息化的一个重要组成部分，是运行在基础软硬件资源上的应用程序。近年来随着企业信息化程度的不断加深，企业业务系统的数量不断增加，更新频率也越来越快，直接造成了信息化基础设施中基础硬件资源的管理混乱，频繁出现硬件资源不足或资源浪费的情况。通过梳理硬件资源的生命周期活动，合理利用硬件资源的历史数据记录，重视采购规划工作，变被动管理为主动管理，形成业务系统硬件资源的管理策略。管理策略的实施可以提高企业信息化硬件采购和建设的工作成效。

硬件资源；管理策略；采购规划；历史分析

0 引言

随着IT技术的突飞猛进，企业信息化程度在不断加深，企业业务系统数量不断增加，系统的更新频率也越来越快，承载业务系统运行的基础硬件资源需要频繁的采购与调整。企业硬件资源的采购与规划主要是依据业务系统硬件资源的需求估算，这种估算多数是在业务系统可行性研究阶段进行的，此阶段业务系统是存在不确定性的，因此经常出现企业硬件资源采购不足的现象，也经常出现硬件资源过渡采购而浪费的现象，直接造成硬件资源的管理混乱。

对硬件资源的管理首先要明确硬件资源的管理核心活动，要充分重视采购规划工作的重要性，合理整合不同层面的硬件需求内容，从源头改变硬件采购追着硬件需求跑的被动局面。同时充分利用已有硬件资源建设成果及运行历史数据，对业务系统的资源占用情况进行有效评估，不断提高业务系统的资源利用率。

1 管理对象和活动

研究业务系统硬件资源的管理策略必须明确管理的对象是什么，以及管理的活动有哪些。只有识别管理对象的共性和特性才能更好的开展管理活动，同样只有重视主要的管理活动才能够不盲目的处理管理对象。

1.1 管理对象

承载业务系统的硬件资源包含很多内容，例如有服务器、存储、网络、安全和终端等。网络和安全设备可以归属于共用的基础设施资源环境，终端设备可以归属于个人办公的资源环境，因此服务器资源和存储资源是业务系统硬资源件管理的主要管理对象。

（1）服务器资源

服务器资源以小型机、PC服务器、刀片服务器和虚拟服务器为主，还包括一体机和定制化服务器。由于近年来

X86架构计算技术的迅猛发展，高端的8路PC服务器计算能力持平甚至超过中高端小型机，依据运维经验只是在服务器稳定性方面PC服务器略逊于小型机，但是PC服务器低廉的价格正好弥补了这个遗憾，小型机的使用正在逐步减少。另一方面，一体机和定制化服务器主要用于特殊场合，需要企业有充足的数据依据来支持使用，所以不作为主要的管理对象。因此企业当前的业务系统资源管理对象主要是 X86服务器和虚拟机服务器。

（2）存储资源

存储资源包括高端存储、中低端存储、NAS存储、分布式存储等，其余备份保障类的磁带库等资源不属于业务系统运行的必备资源，只属于数据的保障资源。依据行业主流的业务系统架构，业务系统的存储以集中式存储方式为主，大中型企业多数依靠数台高端存储支撑众多业务系统运行，随着分布式技术的发展，其他存储资源也逐步应用到各企业中。

1.2 管理活动

业务系统硬件资源的管理活动，需要与企业的实际工作困难相结合。硬件资源管理主要出现工作难点的有如下几点：一是业务系统应该如何准确的估算硬件需求；二是企业应该如何采购硬件资源满足所有业务系统，不浪费也不能短缺；三是业务系统占用资源后极少做调整，资源使用情况并不清晰。针对各项工作难点识别的主要管理活动如下：

（1）需求估算活动

主要是指业务系统的硬件资源的估算方法，需要明确的公式或数据依据做支撑，提高估算准确度；

（2）采购规划活动

主要是指诸多业务系统需求的整合规划方法，如何平衡投资与需求，降低采购成本；

（3）历史分析活动

主要是指如何分析业务系统的资源占用情况，评估资源的利用率，积累数据依据；

（4）优化调整活动

主要是指业务系统的硬件资源优化，提高采购设备的利用率。

2 管理策略的思路

2.1 识别管理对象的需求差异

硬件资源可以按照性能、稳定性等多个维度进行资源分类。只有识别业务系统对硬件资源的需求差异，整合不同系统间相同类型的资源，差异化硬件资源的配置，才能很好的在采购阶段进行硬件资源的合理规划。识别需求差异是优化采购投资的必经之路，是避免用昂贵硬件资源来满足低端资源需求的必要手段。管理对象的差异识别如下。

（1）服务器差异

服务器需求主要有虚拟化、CPU、内存、I/O和运行时间等几个方面的差异。虚拟化差异是指需要的服务器是否可以使用虚拟化服务器，虚拟化是云架构基础设施的基础；CPU差异是指需要服务器的CPU处理能力，可分为高中低3个级别；内存差异是指需要服务器的内存容量的多少，可以分为高中低3个级别；I/O差异是指需要服务器的I/O读写能力，可以分为高中低3个级别；运行时间差异是指业务系统的高负载运行时间，可以按照小时或天来划分。

（2）存储差异

存储需求主要有稳定性、IOPS性能、数据总量、增长速度、非结构化等几方面的差异。稳定性差异是指存储数据的核心程度差异，越重要的数据越需要处理的稳定性；IOPS性能差异是指存储数据的访问性能差异，可以分为高中低3个级别；数据总量差异是指存储数据总量的差异，可以分为高中低3个级别；增长速度差异是指单位时间存储数据的增长量差异，可以分为高中低3个级别；非结构化差异是指存储数据的类型，分为结构化数据和非结构化数据2种。

2.2 识别管理活动之间的联系

主要管理活动需要紧密的配合，不能独立进行某一项管理活动而不顾及其他活动。改变业务系统硬件资源管理被动的现状，需要将各项管理活动作为一个整体，注重每项活动的数据依据。管理活动之间的联系如图1所示：

图1 硬件资源管理活动之间的关系

需求估算、采购规划和历史分析形成一个需求循环管理的过程，采购规划、历史分析和优化调整形成一个采购循环管理的过程。历史分析是基础，提供各种原始分析数据，通过需求估算和优化调整的再处理，提供给采购规划使用。因此业务系统硬件资源的管理活动要特别重视采购规划中的需求整合活动和采购设计活动。

3 管理策略的内容

3.1 需求估算策略

3.1.1 资源估算策略[1,2]（1）服务器估算

数据库服务器以交易型数据库举例，估算参考国际通用的TPC-C及TPC-E测试方法，结合企业业务系统特点量化可变参数的取值范围。估算公式如式（1）所示：

TPS：数据库服务器每秒交易数量；

U：信息系统最大在线用户数量；

O：每用户日平均操作数量;

P：高峰时段业务量占全天业务量的百分比；

S：业务复杂度系数，信息系统相对TPC-E标准模型的复杂程度；

T：业务高峰时段的时长，单位为秒；

C：可接受最大CPU利用率。

结合企业对2路、4路和8路PC服务器处理能力的测试结果，预先定义本企业2路、4路和8路PC服务器标准配置的TPS取值范围，依据计算结果选择目标服务器。特别需要指出的是，为保障数据库的高可用最少配置2台数据库。

应用服务器使用虚拟化技术，无法使用虚拟化的系统直接使用2路PC服务器为应用节点，除非特别需要否则4路、8路PC服务器做应用服务器是资源浪费。虚拟机的配置依

据企业业务系统测试结果，预先定义两个级别的标准虚拟机，例如4C/8G虚拟机和8C/16G虚拟机，每个级别标配虚拟机定义好在线并发用户数。通过系统最大在线用户数量来直接计算满足系统运行所需的虚拟机标准单元的数量，为保障应用的高可用最少配置2台应用服务器。虚拟机的内存配置过高（原则上不超过32G）会降低虚拟资源池的整体使用率，如确有高配置虚拟机要求，则考虑直接配置2路PC服务器，降低对虚拟资源池的影响。

新建业务系统采用上述策略直接估算资源需求，而续建业务系统则需要结合系统的实际运行情况，预估续建系统的各变量取值。

（2）存储估算

结构化数据测估算需要明确初始数据量和数据增长量，估算公式如式（2）：

SD：为结构化数据（Structured Data）存储需求总量，按一年需求测算，单位为GB；

I：结构化数据初始数据量；

U：数据年增长量；

P：其他数据调整系数，其他数据主要包含数据库索引、日志等系统数据；

D：考虑冗余量，一年按照365天计算，即D=365；

R：磁盘损耗因子，如采用RAID10方式，则R=2.3，如采用RAID5方式，则R=1.5。

非结构化数据估算与结构化类似，只需要将公式中 P替换为L，L为文件重复比例。

新建业务系统采用上述策略直接估算资源需求，而续建业务系统则需要结合系统的实际运行情况，预估续建系统的各变量取值。

3.1.2 需求审核策略[3]

业务系统资源需求的审核内容包括系统的逻辑和物理架构、业务复杂度度、负载运行时间、并发用户数等变量，并充分利用已建设系统运行情况审核资源分配历史和当前资源负载情况，反向评估续建资源需求合理性，必要时以业务系统为单位开展需求方座谈，明确次年各系统的资源需求。审核范围还包括测试、培训的资源需求，测试、培训资源只分标配的虚拟机。

通过对收集信息的审核，强化对系统建设的控制力度，熟悉各系统的应用特点，在规划阶段就暴露和挖掘系统的潜在资源风险，审核资源估算依据的合理性，降低虚高资源申请的情况，为采购规划夯实基础。

3.2 采购规划策略

3.2.1 需求整合策略

（1）服务器资源整合

根据资源的差异性，将资源需求从 I/O、内存、CPU3个维度划分资源需求类别，并依据应用等保级别、资源需求等级规划资源群集。例如先划分内外网，再整合划分等级保护二、三级资源需求集合，每个级别的集合内再划分计算密集型集群、高内存密集型集群、高I/O密集型集群、虚拟化资源池集群。

对于虚拟化资源池集群，内部署的业务系统资源需求互补、高效、分时享用，合理搭配I/O、内存、CPU性能需求，保障集群内资源分配均衡。

（2）存储资源整合

根据资源的差异性，坚持区分应用等保级别，优先划分内外网存储需求，然后再依据业务系统的稳定性要求和IOPS性能要求划分高端存储集群、中低端存储集群来存放结构化数据。内网和外网再按照等保级别分别配置非结构化存储集群。

按照资源差异整合众多业务系统存储资源需求，合理搭配存储的高中低档搭配，避免存储资源浪费和过高投资。

3.2.2 采购设计策略

（1）服务器采购

为保障整合的资源集群拥有足够的余量，PC服务器以交付单元的方式整体采购，合理利用2路、4路和8路PC服务器来组成高密度的计算集群、高内存集群、高I/O集群、虚拟化集群。交付单元如图2所示：

图2 服务器采购策略举例

均以2个机柜为标准采购，每一个交付单元两个机柜在不同排机柜中对位摆放。在交付单元内，对于部署于物理服务器的同一应用系统模块的不同节点，坚持“异排异柜”；对于虚拟资源池，同一应用系统模块的不同节点，坚持“异机”；对于虚拟资源池，同一群集内资源需求等级相同的虚拟机，坚持“异机优先”。

（2）存储采购

存储资源的采购可以两年或三年为一个周期，进行阶段性建设，多配置设备冗余采购，提高整体性能，预留空间用于后续的磁盘扩容。技术方面这种采购建设方式可以提高存储的整体IOPS性能，管理方面可以预留较多存储资源及空间用于扩容，避免频繁的存储采购。如图3举例所示：

图3 存储采购策略举例

如果次年需求200T中端存储结构化数据，可以一次性采购600T空间共三个设备，不集中于一台设备使用，后两年可以不再采购。

3.3 历史分析策略[4]

业务系统部署在生产环境后，必须接入集中监控系统，收集和记录资源的使用情况，并按照时间周期的不同，开展定期的应用资源运行的后评估。后评估主要分为周期分析和趋势分析。

3.3.1 周期分析策略

周期评估对象为每一个业务系统，评估周期依据由资源占用的多少和系统稳定性要求来确定，短则一周进行一次评估，长则一个季度进行一次评估。主要评估业务系统每台服务器的 CPU、内存、存储资源的利用情况。分析要区分业务系统的工作日和非工作日，也要区分工作时间和非工作时间，分析细化到小时、分钟的资源占用情况。在分析中挖掘资源消耗的隐患，以及挖掘资源分配不合理、资源占用不合理的现象，以应用的视角掌握资源使用情况。以此为依据对整体资源池使用情况进行评估，为资源精益化管理和次年需求审核提供参考依据。

3.3.2 趋势分析策略

趋势分析需要通过长时间的数据积累，和每一个评估周期的记录信息，可以分析到业务系统中每个服务器任何一项资源的变化趋势。整合每一个服务器的趋势数据可以分析业务系统整体的资源变化趋势。

按照资源集群的划分，依据积累的数据分析物理集群和每个资源池的资源变化趋势，通过长时间的趋势分析最终建立趋势模型。在趋势中挖掘基础设施的可用性、稳定性和利用率，为长远的资源规划提供参考依据。

3.4 优化调整策略

3.4.1 服务器调整策略

面向业务系统，依据运行评估的工作成果，回收过高占用的资源、增加不够使用的资源，使各系统的资源使用逐步趋于最优化。同时在资源不断调整的过程中挖掘资源消耗的异常，例如某系统频繁增加某一资源的现象，及时发现应用隐患或管理的漏洞，分析各资源对不同系统的影响程度，提高计算资源的管理细致程度。

面向资源集群，按照历史分析的结论重新定义每一个系统的资源需求差异，按照实际的需求差异调整业务系统的部署集群，让最合适的资源运行最需要的业务系统，避免某一个资源集群的无限扩容。

3.4.2 存储调整策略[5]

引入历史数据归档的方法，根据每一个应用系统的业务特点，以及历史数据分析的结果，将业务系统的数据分为热难而上，结合现有条件提出具体的建设方案，分步骤实施，系统化地进行建设，力争我校计算机科学与技术专业综合改革试点项目如期、完满地完成建设任务，为地方高等学校的教学提供有力的支持。

[1] 《关于启动实施“本科教学工程”“专业综合改革试点”项目工作的通知》,教高司函[2011]226号.

[2] 倪骁骅,葛友华,于建业.应用型本科机制专业综合改革总体策略研究与实践[J].教育教学论坛,2014,4(18)：18-21.

[3] 田云章.地方高校市场营销专业特色比较研究[J].学理论,2013,(35)：261-264.

[4] 张伟.计算机专业大学生创新团队的建设与实践[J].微型电脑应用,2014,30(6)：59-61.

[5] 李鸿.“主题年”教学管理模式的构建与实施—以宿州学院计算机系为例[J].管理观察，2009,(16)：151-153.

[6] 刘坤起.计算机类专业综合教学改革与科学办学实践初探(上)[J]. 工业和信息化教育,2014,12：13-22.数据、温数据和冷数据。不同类型的数据特点采用不同的存储方式再调整，如热数据集中调整在高端存储或中低端存储中，确保数据处理的性能；温数据集中在分布式存储中，确保存储资源的廉价性；冷数据集中存储在备份系统中。数据的调整结果用于指导次年资源采购规划，整体降低存储资源的建设成本。

4 总结

业务系统硬件资源的管理策略研究，通过区分业务系统服务器资源和存储资源的精细化需求差异，明确硬件资源各项管理活动之间的关联关系，梳理了主要管理活动的策略内容。在需求估算阶段充分利用已有数据审核需求的合理性，在采购规划阶段按照需求的差异性进行整合规划，在历史分析阶段积累丰富的佐证材料指导各项管理活动，在优化调整阶段优化已有的硬件资源结构。通过管理策略的实施最终实现业务系统硬件资源的主动式管理，不断提高硬件资源利用率，降低硬件资源采购成本。

参考文献

[1] 吴晨涛.信息存储与IT管理[M].北京：人民邮电出版社，2015.

[2] 邓卫成.信息系统服务器资源需求估算方法研究[J].通讯世界，2015，1：54-55.

[3] 李鹏. IT运维之道[M].北京：人民邮电出版社，2015.

[4] 屈泽中.大数据时代小数据分析[M].北京：电子工业出版社，2015.

[5] 蒋海鸥，王希斌.云计算中存储资源管理策略的探究[J].程序员，2010，5：74-76.

（收稿日期：2016.04.21）

Management Strategies Research For Hardware of IT System

Feng Guocong1, Shi Hongyu1, Huang Hongcong1, Zhang Yintie2
(1. China Southern Power Grid Company Limited, Guangzhou 510000, China；2. IT System Integration Company, Nari Group Cooperation, Nanjing 210000, China)

IT system is an important part of enterprise information, which is an application runing on the basis of hardware and software resources. The amount of IT system is increasing and the frequency of updates also increases rapidly with the enterprise information deepening in recent years. It takes management confusion of hardware. Hardware is always lacking or wasting. This paper presents an IT system hardware management strategy by combing hardware resource lifecycle activities, using historical data records of hardware resources, attaching great importance to procurement planning, changing passive management to active management. The implementation of the management strategy can improve the effectiveness and efficiency of the hardware procurement and construction.

Hardware； Management strategy； procurement Planning； Historical analysis

TP311

A

1007-757X(2016)11-0054-03

2016.01.25）

冯国聪，中国南方电网有限公司，工程师，中国南方电网有限责任公司，研究方向：系统运行，广州 510000

石宏宇，中国南方电网有限公司，工程师，中国南方电网有限责任公司，研究方向：系统运行，广州 510000

黄宏聪，中国南方电网有限公司，工程师，中国南方电网有限责任公司，研究方向：系统运行，广州 510000

张银铁，南方南瑞集团公司，工程师，南京南瑞集团公司信息系统集成分公司，研究方向：信息化管理，南京 210000