异构云环境下云管平台设计

大连市大数据中心 张家勇 郑新广

随着经济和信息化的发展,我国目前已有超90%的省级和70%以上的地市级政府启动或完成了政务云建设,政务信息系统向政务云平台迁移及政务资源整合成为随之而来的重要工作。部分地方和部门建设过程中因为不同的业务需求选择了不同的云平台产品,在一定程度上阻碍了云间资源统一管理和整合共享。本文充分分析了异构云管理需求,并在此基础上设计了一款基于适配器模式的云管平台,实现各异构政务云所纳管的资源的统一管理和资源共享,为异构云整合提供一种解决方案,对同类项目建设有借鉴意义。

0 引言

2011年《国家电子政务“十二五”规划》中首次提出“云计算服务优先”,同年工信部确定了一批基于云计算的电子政务公共平台建设和应用试点示范城市,推动了电子政务和云计算的结合发展。经过多年建设,目前我国已有90%以上的省和70%以上的地市级政府启动或完成了政务云建设。部分地方和部门建设过程中为满足不同的业务需求,选择多云或者混合云的建设方案,这给后期资源统一管理带来了不便[1],部分城市面对此种情况选择废除原有云平台而重新建设,此种做法虽然能够重根本上解决问题,但也会造成一定的资源浪费。本文充分分析了云平台统一管理的需求,研究设计了一款基于通用云适配器模式的云管理平台统筹调度各云平台资源,实现异构云平台所管理资源的共享,为异构云整合提供一种解决方案,对同类项目建设有借鉴意义。

1 系统需求

1.1 功能性需求

经梳理云管平台应该能够统筹管理和调度各异构云平台资源[2],其主要功能如下:

(1)自助申请。支持服务资源申请、目录定制、计费策略设置、资源信息查看等。(2)资源变更。支持管理员或其他有权限的用户自助为云主机调整vCPU、内存等资源。(3)监控告警。支持逻辑资源池、IP池的总容量、使用率等资源监控和报警[3]。支持所有者和管理员自助查看云主机监控。(4)资源回收。支持管理员或其他有权限的用户自助申请资源回收,经审核后自动完成回收。(5)计量计费。支持按服务类型、资源数量(规格)计费,并支持设置计费单价。(6)运营管理。支持多角色、权限、用户及租户管理,支持资源调度、变更、策略设置、操作审计等[4]。

1.2 非功能性需求

云管平台能够支持X86架构设备接入并且不限制接入数量,支持7×24小时运行,支持大于100并发操作。支持多种类型云平台接入(包括但不限于OpenStack、VMware vSphere、CloudStack等)。云管平台应该能够屏蔽不同云平台的操作差异和技术细节以方便用户使用,具有边界安全、网络安全、管理安全等安全手段,能够隔离不同用户的访问,保障系统安全及稳定运行。

2 系统设计

2.1 总体设计

云管平台采用B/S架构,通过异构云适配器,将各异构云平台进行整合从而间接纳管其底层物理资源,形成统一的资源池,根据政务云服务需求形成标准统一的服务目录,按照统一安全体系和运维标准,统一对外提供服务[5]。架构如图1所示。

图1 云管平台总体架构图Fig.1 Overall architecture of cloud management platform

2.2 系统功能设计

根据云管平台需求分析及其架构设计,云管平台功能应该包括虚拟机、存储及网络管理,云资源申请、调度和日常运营等,具体功能结构如图2所示。

图2 云管平台功能结构图Fig.2 Functional structure diagram of cloud management platform

2.3 云适配器设计

由于建设单位及其业务需求的差异,建设过程中选择了不同厂商云平台产品甚至混合云搭建电子政务云平台,而异构云、混合云出现使上级平台很难使用其中一款云平台产品实现对各异构云的资源统一管理[6]。为解决了这一问题,可以使用各云平台提供的API或其他操作接口工具(如OpenStack4j、viJavaNG等)实现云平台的外部操作和管理[7]。因此为实现云管平台纳管各异构云平台资源,实现各异构云平台资源的统筹管理和运维,本文采用是适配器模式(Adapter)设计统一接口,将不同云平台的API转换成统一的API形成统一接口[8],从而封装屏蔽各异构云平台的底层资源操作差异,工作流程如图3所示。

图3 云管平台用户管理云平台流程图Fig.3 Flow chart of cloud management platform user management cloud platform

2.4 统一资源调度设计

在实际生产环境中由于各云平台管理不同的资源,云管平台统筹调度分配各异构云平台的资源需要及时的掌握各异构云平台的资源使用信息并根据实际情况采用不同的调度策略[9]。

(1)资源信息采集。云管平台定期采集统计各异构云平台资源池使用信息,如各异构云平台资源池的计算、存储、网络(IP和VLAN数量)等资源的使用情况,根据业务需求情况将采集到的信息存储到到数据库中用于后期配合系统业务逻辑处理,常用的采集信息及采集对象如表1所示。采集的时间间隔(默认为10Min)由云管平台管理员根据业务实际情况灵活设置[10]。

表1 常用采集信息、对象对照表Tab.1 Common collection information and object comparison table

(2)调度策略。获取异构云平台资源池的具体信息后,云管平台统一调度模块可以据此对来自用户的资源请求进行统一分配和调度,调度的策略通常有:1)分散策略,即尽量将新创建或扩容的资源平均分配到各个集群或主机上。2)集中策略,即将新创建或扩容的资源尽量分配到使用率最高的集群或主机上。3)最先匹配策略,即将新创建或扩容的资源分配到最先发现满足要求的集群或主机上。4)随机策略,即将新创建或扩容的资源随机分配到满足要求的集群或主机上。5)轮循策略,在分配资源前先去掉最近一次分配的集群或主机,然后按照随机或最先匹配策略选择满足要求的集群或主机。

以上5种调度算法各有利弊,云管平台在调度资源的时候根据实际业务情况均有使用,本文为保障云资源的性能采用轮循策略为默认策略,但实际调度过程中,根据管理员调度策略分配最为常见。调度流程图如图4所示。

图4 统一资源调度流程图Fig.4 Unified resource scheduling flow chart

3 结语

本文充分分析了云管平台功能及性能需求并在此基础上梳理设计了异构云环境下云管平台功能结构,采用异构云适配器方式整合封装异构云平台各种类型和风格的API,对上形成统一标准的API接口,使云管平台能够对异构云平台所属资源进行统筹管理,实现异构云平台所管理资源的共享,为异构云和多级政务云整合提供一种解决方案,对同类项目建设有借鉴意义。

引用

[1] 张瑞显.基于云计算技术的电子政务平台[J].物联网技术,2020(8):106-108.

[2] 李兴明.云计算资源统一管理框架设计与实现[D].济南:山东大学,2015.

[3] 孙宁杰.异构云管理平台中资源管理子系统的设计与实现[D].上海:东华大学,2017.

[4] 李玉龙.某云管理平台VPC网络管理软件的设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2020.

[5] 王晓倩,付立仕,李岩,等.多级异构云数据中心体系平台研究[A].中国指挥与控制学会.第八届中国指挥控制大会论文集[C].中国指挥与控制学会:中国指挥与控制学会,2020:6.

[6] 吴兴国,蒋辉.异构云资源池管理的研究与实践[J].电信技术,2019(11):23-24+28.

[7] 刘威,冷迪.异构云环境的接入以及统一管理研究[J].中国新通信,2020(4):62.

[8] 张桢,高宏.多云异构环境下统一云管平台设计研究[J].中国新通信,2020(11):52-53.

[9] 冯硕.异构自主平台上云资源分配方法研究与实现[D].北京:中国电子科技集团公司电子科学研究院,2020.

[10] 倪思源,扈红超,刘文彦,等.基于轮换策略的异构云资源分配算法[J].计算机工程,2021(6):44-51+67.