方物云平台vStack解决方案V10.docx
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方物云平台vStack解决方案V10
方物云平台vStack解决方案V1.0
北京方物软件有限公司
2015年6月
正文目录
1.项目背景1
2.云计算背景1
2.1.什么是云计算3
2.1.1.概念3
2.1.2.特性4
2.2.云计算的分类4
2.2.1.按照服务的对象5
2.2.2.按照服务的类型5
2.3.云计算的优势6
2.3.1.快速满足业务需求6
2.3.2.低成本、绿色节能7
2.3.3.提高资源管理效率9
3.需求分析概览9
3.1.资源的虚拟化与管理9
3.2.快速部署和按需使用10
3.3.智能化的任务调度和负载管理10
3.4.能耗管理和节能降耗10
3.5.安全性及记账计费11
4.云平台管理系统详细设计11
4.1.方案概览11
4.2.云主机资源12
4.2.1.视图运维13
4.2.1.角色运维13
4.3.云资源控制服务13
4.3.1.资产管理13
4.3.2.拓扑与安全策略14
4.3.3.物理机管理15
4.3.4.虚拟机管理16
4.3.5.资源调度管理16
4.3.6.虚拟机模板管理17
4.3.7.备份与冗余17
4.4.云管理门户17
4.4.1.自主服务门户18
4.4.2.云用户管理19
4.4.3.审批管理20
4.5.主要优势20
4.5.1.降低成本，提高营收20
4.5.2.高效运维管理20
4.5.3.全面自助管理20
4.5.4.异构兼容21
4.5.5.多数据中心支持21
4.5.6.二次开发和集成能力21
4.6.云平台效益分析21
4.6.1.快速响应业务需求21
4.6.2.节能减排21
4.6.3.保障核心业务连续性21
图目录
图1方物云平台vStack云管理系统架构图12
图2方物虚拟数据中心示意图14
图3云平台数据中心拓扑图14
图4域间安全虚拟交换机15
图5虚拟交换机设置15
图6CPU利用率软件使用界面截图。
18
图7内存利用率软件使用界面截图18
图8磁盘IO利用率软件使用界面截图19
图9网络利用率软件使用界面截图19
1.项目背景
IT部门目前仍在设法解决过去十年里IT急速发展所造成的不良后果：
基础架构成本高昂、响应速度缓慢以及管理不一致等，这些都让许多IT组织饱受其苦。
为具备可持续的竞争优势，适应业务的发展，IT组织需要：
●提高资源的利用率，从而降低基础架构的成本。
●提高对业务需求的响应速度，以便更迅速地部署项目。
●提升整体IT系统的可交付性和完善的用户体验。
云计算是目前最新的信息化和计算机技术、是一种新兴的计算模型，它利用高速网络的传输能力，将数据的处理过程从个人计算机或服务器转移到一个大型的计算中心，并将计算能力、存储能力当作服务来提供；是一种可以根据需要动态地提供、配置、以及取消供应的计算和存储平台，或者一种可以通过网络进行访问的应用服务类型。
云计算的出现，将会对IT的应用和部署模式、商业模式产生极大的影响。
教育用户拥有云终端设备，即可享受到自己想要的IT服务。
2.云计算背景
本部分通过对云计算的产生、发展以及概念、技术、服务领域系统的介绍和分析，解决了如下的疑问：
云计算是什么
云计算能够被应用到哪些领域
在云计算的诞生之前，现代计算机已经走过了大半个世纪。
从高高在上的大型机时代，到个人用户普及的PC机时代，再有Internet技术将全世界都联系到了一起。
随着Web2.0时代的到来，全世界的计算机使用者都成为了信息的创造者，全球的网民数量从2000年的2.5亿已经达到了2011年的20亿。
而数据的增长完全可以用“疯狂”来形容。
根据英国学者詹姆斯马丁的统计，人类知识的倍增周期，从19世纪的50年减少到了70年代的5年左右，到80年代末几乎到了3年一番的程度。
根据美国IDC在2008年的题为《经济紧缩，数字宇宙膨胀》的研究报告显示，2008年全球所创造出的数字信息比IDC原先预测的还要高出3%，达到一个惊人的24位数字，约等于39万亿亿比特！
如果将这些数字化的信息全部印成书籍并排列整齐，它们的长度将是从地球到冥王星距离的10倍。
展望未来，这个数字有望每18个月翻一番。
IDC研究还表明，从2006年到2010年，全球信息总量将增长6倍以上，从161EB增加到988EB。
而IDC最新的统计报告显示，我们现有的信息总量已经超过了ZB大关，并且预测2011年将达到1.8ZB，仅仅在5年时间内又增长了9倍。
IDC并预计在未来年，数据总量将会增长75倍！
当20亿的网民在享受网络上丰富信息所带来的便利时，服务和信息的支持是需要大量的计算机以及大量的数据中心的协作来完成的，并且在这个时代的信息任务再也不能由一台设备，几台设备来实现了。
据统计，2010年全球网络上的服务器的数量大约有5000万台，就是这5000万台的服务器提供了我们每天网络上主要的计算来源。
但是硬件平台的发展已经到了一个瓶颈的时期，再也不可能继续按照“摩尔定律”向前发展了，而信息化的发展却是几何式的。
那么如何在现有的条件下来满足计算机的需求呢？
变革就来自于矛盾。
Google的创立和发展几乎就是云计算的发展史。
1998年9月，佩奇和布林合伙创建了Google公司，作为目前IT市场大佬的两位创始人，他们当时手里的资源只有：
搜索引擎BackRub，以及10万美元投资资金。
他们没有办法购买昂贵的商用服务器，于是他们从市场上买来被别人淘汰的主板、过时的CPU、便宜的小容量硬盘，以及廉价的电源和各种器件，这些被他们攒成服务器很不稳定，极容易坏。
但是这两位天才却能写出完美的容灾软件来克服这些服务器的不稳定性，并且他们通过软件系统工程使这些成百上千的小服务器组成一个非常可靠的大能量系统来提供IT基础支撑服务。
到了2000年，他们已经有了几千台这样的服务器了。
这些机器堆放在开放的机架，没有任何工艺的机架骨板和铁板，每一层的计算机只见主板和彼此的连接线，没有任何其他附属设备，连接线捆绑在一起，毫无设计工艺可言，每一层的主板之间的间隔除了机架就是纤维纸板。
但就是这些毫无工艺的裸露设备，造就了一个伟大公司的开始。
而由这些裸露设备搭建出来的可靠系统，就是云计算最早的模型。
几乎是在同一时期，网络购物的浪潮开始在美国流行，为了在圣诞节等热销的季节也能为网络用户提供优质的购物体验，亚马逊公司部署了大冗余的IT计算和存储资源。
大冗余的资源意味着在热销季之外的大部分时间里，这些资源都处于闲置的状态。
为了能够更好的利用这些闲置的资源，亚马逊的天才们将资源提供给外部的需求者，他们又将会为他们所使用的资源进行付费，这样因需而定的付费方式，比起企业自己部署相应的IT硬件资源以及软件资源的传统IT模式便宜很多，所以市场反映极好，甚至被前美国国防部长盖茨称为“美国巨大战略资源”。
生长在美国硅谷的很多创新都是借助于亚马逊提供的这套平台，这其中就包括Twitter等公司。
除了以上两位在云计算发展中扮演伟大角色大佬之外，目前是有更多的企业、公司、政府都在进行研究和创新。
其中美国就有成百上千家的公司开始涉及云计算领域，包括传统的IT厂商IBM、HP、Oracle，以及各种新兴的公司，甚至是其他领域，例如电信运营商、政府，甚至是游戏运营商等。
根据IDC的预测，在未来几年，云计算不仅将会是计算机行业最主要的趋势，会有大量的计算和存储资源将会由云计算来提供，并且从经济市场分析，2009年云计算的销售额达到了563亿美元，2013年预计将达到1500亿美元。
而中国云计算市场在2010年的规模已经达到了3.2亿美元，预计随着政府部门和电信运营商在未来几年对云计算的不断投入，预计中国在云计算服务市场将以40%的复合增长率告诉发展，到2014年，规模将超过10亿美元。
2.1.什么是云计算
2.1.1.概念
维基百科说：
云计算（CloudComputer），是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。
整个运行方式很像电网。
IBM认为的云计算是一种新型的计算模式:
把IT资源、数据、应用作为服务通过互联网提供给用户。
云计算也是一种基础架构管理的方法论，大量的计算资源组成IT资源池，用于动态创建高度虚拟化的资源提供用户使用。
中国工程院院士倪光南在接受记者采访时对云计算进行了通俗易懂的描述：
简单来讲，我们过去计算机资源是单独使用的，你用的别人就不能用了，资源比较浪费。
云计算就是把所有资源统一调度，按需使用，就像我们使用水和电一样。
打个比方，过去每家每户一口水井，不用的时候就处于闲置状态；现在我们建起了自来水网，用水就可以按照需要来使用，谁都可以用，用多少就分配多少。
云计算也是一样。
它在物理上，可能处于很远的地方，但是使用的时候，就像在身边一样，是一种低成本、高效率的信息处理新方式。
2.1.2.特性
无论云计算的定义是按哪个角度来阐述的，其主要的特性是相同的，如果某个计算模式符合这些特性，我们就可以称其为云计算。
1．按需的自助服务：
云计算可以提供给使用者计算、存储等资源。
而作为云资源的使用者，他提出资源的需求，云计算就必须非常快速的提供这些资源，并且可以根据用户的需求随时做出调整。
2．基于网络：
云计算是基于互联网产生、发展，并提供服务的，无论是云计算的提供方还是云计算的使用者，他们之间都是通过网络来联系在一起的。
使用者通过网络提供服务需求，云计算的任务处理平台通过网络处理服务要求，并最终通过网络再将服务提供给用户。
而用户不需要部署额外的软件，直接通过网络访问云计算中的资源。
3．资源弹性扩展：
云计算中的资源可能来自于同一个数据中心，也可能分布在世界不同的地方，但无论资源的物理结构如何，其对外提供的资源都是一个资源整体。
需求的扩大，云计算中心可以动态的扩大资源的支持。
任务完成之后，云计算中心又可以将资源回收，回归到云计算大的资源池中。
4．可度量的服务：
云计算服务的提供者和被提供者之间必须有透明的度量机制，提供者根据资源的实际使用情况向使用收取服务费用。
2.2.云计算的分类
云计算可以按照服务的对象分为公有云（PublicCloud）、私有云（PrivateCloud）和混合云（HybridCloud）。
又可根据服务的类型划分为基础架构即服务（InfrastructureasaService，IaaS），平台即服务（PlatformasaService，PaaS），软件即服务（SoftwareasaService）。
2.2.1.按照服务的对象
云计算可以根据服务对象的不同进行划分：
当服务的对象可以是互联网上所有使用者时，这样的云计算叫做公有云
当服务的对象只限定在某个公司、企业或者某个组织之内时，云计算属于私有云
当服务的对象介于公有云和私有云之间时，我们将其统归为混合云
2.2.2.按照服务的类型
云计算是一种资源的交付和使用模式，不同于传统的资源交付的是，云计算的交付和使用是动态灵活的。
云计算将资源以一种可度量和评价的方式提供给需求者，就是将不同的资源转变成不同的服务。
所以根据服务的类型可分为基础架构即服务，平台即服务和软件即服务。
基础设施即服务
亚马逊将自己闲置的硬件资源提供给最终用户，最终用户不再需要部署传统IT中心的硬件架构平台，直接使用亚马逊所提供的资源。
而亚马逊就是这种硬件平台的供应商。
而这种供应关系又不同于传统的硬件供应，而是将硬件作为一种服务的方式提供给用户。
当然基础架构并非只有像亚马逊这种服务模式，目前对于网民接触更多的这种服务是云存储服务（StorageasaService，SaaS），比如腾讯的网盘服务或是其他公司可以为网民提供的在线存储空间服务。
有学者也将SaaS作为独立的一个云计算分支，但在比较主流的分类中，存储依旧是以硬件资源的一部分，属于IaaS的体系之下。
平台即服务
提供硬件平台之上的软件运行平台，以及提供互联网应用编程接口，将应用服务引擎作为交付主体的服务，可以成为属于PaaS。
PaaS可以提供应用服务平台层的管理，这个管理不同于IaaS层对硬件资源的调度管理，而是可以提供用户之上的管理，例如资源自定义的管理、系统和应用软件的选择管理等，包括GigaSpace、Aurora等。
PaaS也可以提供某广泛的开发平台，例如属于Google的AppEngine，微软的Azure，VMware的CloudFoundry，甚至是apple和Android等。
通过PaaS服务，用户可以自定于平台的类型、大小、系统和应用软件等要求，也可以将自己的软件产品通过平台的接口提供给其他用户来使用。
目前网民最常见的PaaS服务包括AppEngine和AppleXcode等，软件的开发者可以根据这些通用的开发平台编辑各类软件，并迅速的投放市场等待市场的检阅。
软件即服务
用户通过网络直接获得某个软件的服务，这个软件用户是不需要购买的，也不需要本地的安装，只需要根据需要租用某些资源。
目前市场上这类的应用很多，包括最成功的GoogleDocs、Salesforce等，甚至包括微软公司最近将自己的office软件部署在互联网上的Office365。
GoogleDocs和Office365都是将office软件提供在线的服务，而Salesforce是看到了在企业市场上商用CRM软件高高在上的价格让很多公司都望而却步，而又有很多企业采用了商业的软件，还需要投入更大的精力在数据中心的建设和运维管理上。
这存在的种种矛盾（这些矛盾也恰好突出了传统IT架构下的各种问题）让Salesforce公司看到了商业的方向，他们将自己开发的CRM软件以用户账号的形式推销给存在着这些问题的用户。
这些用户不在需要关注系统的搭建以及运维，可以更关注工作的本身。
目前这家公司已经不满足于只停留在SaaS的服务上，已经开始向PaaS进军了。
2.3.云计算的优势
从云计算的发展及其特性中我们不难发现，云计算能带给数据中心更灵活的运营和服务方式，也能带给用户更便捷的服务选择。
深刻挖掘，我们提炼出云计算以下的几点优势：
●快速满足业务需求
●低成本、绿色节能
●提高资源管理效率
2.3.1.快速满足业务需求
在传统的体系架构下，如果一个公司想要开始一套业务，首先要做的是做出业务计划，这份计划之中不仅包括业务的分析，还要包括硬件平台的搭建、系统平台的选择、时间安排、成本预算、安全保障、运维计划、技术人员培养，甚至还有软件的开发等等，如果从计划在公司内部得到批准算起，到业务的最终上线，少则几个月，多则几年。
最悲惨的情况在于，业务还没有上线，就已经不再能够适应目前的市场了。
或者是业务仓促上线，却完不成原始的计划内容。
当云计算时代来临之后，这样的问题就会有多种解决方案。
如果公司定位于云计算的使用者，那么该公司可以通过购买云计算提供者的服务资源，该公司只需要将业务的需求提交给公有云即可获得想要的资源，并且不需要考虑运维、人员等安排，能够完全的投入到业务的市场运作和研究上。
这个时间周期可能只需要几天时间，甚至更少。
如果公司定位于云计算的提供者，则云计算可以通过资源的统一调度，从云计算的资源池中迅速分配需要的资源，上线并对外提供服务。
如果云计算资源池中已使用的资源超过了某一个阀值，则可通过对云计算中进行资源添加来调整整体资源使用情况。
除此之外，在传统的体系架构下，如果有某企业的某服务因为业务量的不断增加不能有效的保证对外的服务级别，该企业可能会面临更加举步维艰的困境。
因为这套业务不仅需要重新规划，原有的数据还需要进行迁移，可能还会面临业务的暂停。
这些对于企业来说不仅是最麻烦的事情，也许还意味着灾难。
通过云计算，现有的对外服务就可以完全根据业务的需要来动态的扩大或缩小其服务的资源。
2.3.2.低成本、绿色节能
接着上面假设。
在传统的数据中心，如果这个企业想避免因为业务量的增加，反而面临的举步维艰，那么必须在数据中心规划时，就要将业务的未来增长考虑进去，而解决的办法只能是部署冗余无比的服务器等资源，而这些资源在业务运行的大部分时间里，都会保持这很低的使用率。
Google中国区前总裁李开复先生曾经说，如果没有云计算技术，Google每年购买设备的资金将会高达640亿美元，而采用云计算后则仅为16亿美元。
也就是说，云计算使得Google在设备成本上只有其他采用传统数据中心模式的用户的1/40。
很多的企业单位应该都遭遇过这样的尴尬：
硬盘坏了，原厂商不再生产了，只好将所有的硬盘全部换掉，即使找到了原来的硬盘，还得做数据迁移，麻烦又花钱。
而采用云存储就可以对硬盘或存储设备进行过多的限制，某块硬盘坏掉了，随便可以买一个插上使用，完全不需要因为是某个厂商的而必须进行采购。
传统数据中心的服务器资源使用率如何呢？
当然每个数据中心都不尽相同，但是根据统计传统数据中心服务器资源的利用率平均在10%，全球5000万台的服务器利用率只是10%！
包括我们的个人电脑，有多少时间我们只是开着电脑听歌，写文档，甚至什么也不做。
这些被浪费的资源是多么惊人啊。
云计算通过资源的池化技术，将设备完全整合利用，可以将资源的利用率提升到70%左右。
不仅大大提高资源的利用率，并且对于企业的IT成本做到了非常有效率的保护。
对于传统的数据中心来说，在其建设初期，其主要的投资成本目标是硬件和系统本身。
在数据中心运营之中，主要的投资将不再是数据中心本身，而是电力成本。
据统计，一般的数据中心，其运营成本的40%都支付给了电力公司，而对于大型甚至是超大型的传统数据中心，这个比重可以达到60%。
到了云计算时代，一方面通过提高设备的资源利用率，降低云计算中心的规模来减少电力的疯狂消耗。
另一方面，云计算是基于网络的服务，我们可以选择将我们的云计算中心建设在电力资源丰富的地区，以及高纬度的寒冷地带，这既能降低电力的成本，又能减少云计算中心对温度制冷的需求，整体降低运维成本。
在这方面，Google是如何做的？
Google全球最大的云计算中心位于美国达拉斯哥伦比亚河沿岸，这里放置了上万台网络服务器，它们每天处理这百亿条数据信息，这些信息服务着世界各地的Google用户。
这个云计算中心的选址原因在于，一方面这里靠近水电站，可以有充足和便宜的电力供应；一方面这里靠近河流，可以很方便的提供水冷的来源。
Google部署在比利时的云计算中心完全没有冷却器，因为该数据中心完全靠室外空气来降低云计算中心的温度。
当比利时的温度不能支持这种自由冷却方式的时候（据称比利时全年只有7天温度较高），他们将这个中心的所有业务转移到全球其他的云计算中心，并关闭比利时的数据中心，等到温度下降，再重新开启服务。
对数据中心的描述有一个指标叫PUE，指数据中心总能耗与IT设备能耗比。
Google的PUE数值从08年开始就开始低于1.2，到2010年第一季度，PUE数据下降到1.16，其最新部署的数据中心PUE已经降到1.1以下。
Facebook的云计算中心竟然能达到1.06，几乎没有任何多于能量消耗。
而PUE的数据在一般公司的数据中心超过2.0。
所以云计算的技术不仅是数据中心上的技术，并且是绿色环保的技术，是可持续发展的技术。
2.3.3.提高资源管理效率
传统数据中心每个系统之间都是独立存在的，不仅是硬件，而且数据都是独立的。
硬件的独立产生了资源利用率的问题，并且需要大量的数据中心管理和维护人员。
数据的独立不仅产生了数据的孤岛，造成数据资源和重复数据的浪费问题，每一个数据的孤岛又都需要有独立的数据保护和管理员。
当云计算将硬件资源池化，数据存储池化，数据中心真正变成一个中心，管理员需要管理和维护的不再是一台台的机器，而是一个整体。
管理员可以通过一个界面对所有的设备和系统进行监控和操作。
所有的数据也统一在一个数据资源池中，管理员可以进行统一的安全保护、重复数据删除等，并且数据可以提供给所有需要的系统使用，一份数据得到了复用，保护了投资。
3.需求分析概览
3.1.资源的虚拟化与管理
云计算需要将数据中心的所有资源（包括服务器、网络、存储等）进行统一的管理，但各种硬件设计之间的差异及操作系统的差异，给数据中心整体的兼容性及数据中心之间的互操作带来了很大问题。
通过资源虚拟化技术，可将各种物理资源进行资源抽象，隐藏物理设备层的差异性，对上层应用提供统一的透明的使用接口。
通过对资源的虚拟化抽象，可以使开发人员只关注于业务逻辑的实现和优化，不需考虑底层的硬件问题。
通过资源虚拟化技术，可实现从芯片到虚拟操作系统、到虚拟集群、到虚拟数据中心及云等各个层次和粒度的资源抽象，为实现资源的负载管理和动态调度、快速部署及按需分配、资源隔离与安全可靠等方面打下坚实的基础。
3.2.快速部署和按需使用
云计算的架构是通过云计算操作系统提供对资源的统一管理，并以服务的方式为用户提供一个完整的运行平台，将资源和功能进行服务转化是云计算的核心问题，需要有标准化的服务流程机制、面向服务的组件化的设计方法、快速自动的资源部署方法。
3.3.智能化的任务调度和负载管理
云计算通过对资源的统一管理，需要实现对各种资源的高效利用，面对不同用户的不同任务，需要通过全局的细粒度的调度方式，实现对业务系统的负载均衡和对资源的充分利用。
在云计算环境中，对物理硬件层、资源抽象层及业务服务层均需要进行实时的监控和分析，对应用和资源配置调度策略，设定服务级别，并对关键指标进行统计预测，保证资源可满足应用负载，同时实现多种应用之间的负载均衡，充分利用资源的效能。
3.4.能耗管理和节能降耗
能耗管理是云计算操作系统的重要问题之一，在满足用户应用性能要求前提下，需要通过芯片级、系统级、数据中心级各层次的功耗管理技术对能耗进行有效合理的控制，最大限度地降低能源消耗，实现真正的绿色低成本云计算数据中心。
3.5.安全性及记账计费
云计算的安全性是很重要的问题，由于使用模式的转变，传统用户无法确认自身使用的资源是否完全可控。
需要对用户环境进行有效隔离，从技术上和政策上真正解决用户的安全问题，还需要解决云计算模式的用户记账和计费问题，如对许可证的购买和使用，对资源使用的计费问题等。
4.云平台管理系统详细设计
4.1.方案概览
vStack云管理系统是面向云计算数据中心提供的一体化云计算平台产品，底层依托方物服务器虚拟化产品FronwarevServer，并兼容市场上主流的虚拟化系统，如VMWarevSphere，KVM等软件。
vStact云管理系统实现了物理资源的虚拟化，支持500台以上虚拟机管理能力。
满足三个业务平台之间实现资源的统一管理，对计算、存储、网络、安全资源动态调度、适应业务需求，提供统一的、无缝的、一站式云业务服务体验。
vStack云管理系统总体上分为三层体系架构，包括上层的云管理门户和中间层的云资源控制服务，以及底层的云主机资源。
平台总体架构如下图所示：
图1方物云平台vStack云管理系统架构图
通过部署方物云平台vStack云管理系统，实现如下六个方面的技术架构需求。
灵活：
灵活的管理策略满足不同应用的需求
弹性：
弹性的架构允许管理者按需扩展虚拟化平台
高效：
高效的基础架构满足各类负载与应用程序高强度的运行
持续可用：
提供长时间、可靠的运行和最少的故障损失
降低成本：
重用现有的服务器、存储设备甚至现有的基础架构
自动管理：
自动管理云计算平台以减少手工操作带来的高成本和低效率
4.2.云主机资源
云主机资源是
升级会员 