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企业信息化环境私有云的测试与研究摘要:本文主要通过搭建云实验环境,在部署和测试中研究云计算在企业IT系统中的可行性及有效性。通过描述实验步骤,详细说明了在企业IT环境中云计算的原理;通过实验与性能测试等研究,证明了它的可行性及有效性。并对企业内部的云计算提出了进一步的研究方向。关键词:云计算、私有云、企业信息化、p系列小型机、PowerVM目录企业信息化环境私有云的测试与研究11前言32云计算简介33现有环境介绍与云环境需求33.1现有环境简介33.2云环境的需求44私有测试云平台的实现44.1平台架构简介54.2从虚拟化到云计算的演进64.3利用现有环境实现适合信息化环境的云计算平台64.3.1云计算实验环境拓扑结构74.3.2搭建环境74.3.3云计算环境的实验84.3.4云计算的典型生命周期134.4性能测试134.4.1UNIX主机对比测试144.4.2小型机与pcserver对比测试145云计算的特点和带来的收益155.1资源整合155.2高效管理165.3快速交付165.4成本控制166总结与展望16企业信息化环境私有云的测试与研究1研究背景随着企业信息化的进一步推进,系统需求的资源与基础资源快速增长。这些资源包括服务器,网络布线,机房散热、机房面积、机房供电等等。信息化到达一定规模时上述基础资源成为了最大的制约,往往会面临电力不足、机房热岛、布线繁杂的现象,成为发展的矛盾。利用虚拟化技术可以极大地消除这对矛盾:节约占地、节约布线、节约能源,利用有限的资源承载更多的服务。但另一方面,建立虚拟化环境后面临异构虚拟化平台的统一高效管理与快速交付的需求,这时需要结合企业内部IaaS、PaaS的思想,使不管是x86平台还是power平台的虚拟机都可以为管理员、开发测试人员等用户提供快速响应的服务。通过搭建实验环境,本次研究主要目的是验证企业私有云在IT部门的有效性。这个云提供IaaS和PaaS的服务,不仅有能力将基础设施也能将应用平台快速部署,响应用户需求,进一步提升信息化服务能力。2云计算简介云计算概念众多,按需利用、快速部署、充分负载、高可用性、可扩展性、web前台简便申请与管理是主要拥有的功能。按使用范围,云计算分为公有云、私有云和混合云。公有云是互联网服务,提供规模经济的成熟化云产品,向广大互联网用户出售基础架构、IT平台甚至应用软件的服务。对比而言私有云是与外界隔离的针对组织内部的云环境。私有云是为一个客户单独使用而构建的,因而提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。该公司拥有基础设施,并可以控制在此基础设施上部署应用程序的方式。私有云可部署在企业数据中心的防火墙内,也可以将它们部署在一个安全的主机托管场所1。本文研究的私有云是非托管的,企业内部独自建立的云环境。此模式需要对于云资源使用情况的高水平控制能力,同时也获得了建立并运作该环境所需的专门知识。3现有环境介绍与云环境需求3.1现有环境简介当前B/S架构应用系统主要由web层应用层与数据库层组成。对于一个关键性应用,需要2台IBM p系列小型机做应用层服务,另2台做数据库服务,通过PowerHA做到双机热备,但web服务器的实际负载往往比较低。少量P系列服务器划分了逻辑分区(LPAR),设备主要使用指定整数颗CPU,及全部使用物理IO设备(网口,内置SCSI及光纤外置磁盘)。另一方面开发人员希望拥有独占的,具有一定性能的服务器,以便在与生产环境相同的架构中调试。此外,维护人员希望在上线前可以有环境进行新应用验证,上线完毕后并不需要这些资源。3.2云环境的需求使用有限的系统资源来满足开发、测试、维护的需求。相关员工可以自助申请资源,而无须了解具体系统管理的知识。系统资源安需所得,使用完毕后自动释放资源。4私有测试云平台的实现为了研究私有云在信息化部门的有效性,我们搭建了p系列小型机作为资源池的实验环境,使用了PowerVM,VIO,NIM和TSAM技术或管理软件。以下简单阐述了实现本次实验环境的基础技术:1)PowerVM是基于p系列服务器的新一代虚拟化技术。在PowerVM虚拟化环境中,Power 服务器的处理器和物理内存由 Hypervisor 统一管理。从Power5处理器开始引入了微分区,管理员可以控制以0.1cpu为粒度分配处理器与内存资源2。2)VIO即Virtual I/O Server。此技术需要有安装power5以上级别处理器,AIX5.3操作系统,PowerVM标准版及以上的支持。VIO提供了磁盘虚拟共享技术(包括SCSI内置磁盘及光纤外置磁盘)和网络虚拟共享技术(多分区共用公共网口),通过复用磁盘及网络可以极大提升物理设备使用效率。磁盘方面,通过在VIO Server端的创建虚拟磁盘能将实际物理磁盘划分为多块虚拟磁盘分配给分区,将实际物理磁盘建立成pool池的概念,其中物理磁盘可以包括内置SCSI物理硬盘,通过光纤连接的外置存储设备或网络存储设备。网络的共享上,VIO Server及Client分区通过共享物理网口SEA(Shared Ethernet Adapter)链接外部网络。图一 VIO33)NIM即网络安装管理,传统上用来管理 AIX LPAR 的 OS 备份和可恢复性。在虚拟化环境中主动运用了镜像恢复技术达到快速分发的效果。管理员预先订制若干套操作系统镜像,建立系统时只需恢复特定的镜像即可。4)TSAM全名是Tivoli Service Automation Manager,从服务提供的角度帮助建立云计算管理平台。通过此管理平台,可以跟踪云计算中心所提供服务的整个生命周期4。可以管理包括p系列小型机的LPAR/WPAR虚拟机、大型机的z/VM虚拟机,x86平台的各种虚拟机如Vmware ESX、Citrix XenServer、KVM环境等等。4.1平台架构简介以下是实验环境的硬件资源:设备名数量配置用途IBM p57024CPU/12G MEM/146G Diskp-Server资源池IBM x365012CPU/8G MEM云环境管理PC Server11CPU/2G MEM管理客户端HMC1N/A管理p-Server由于硬件资源的限制,本次测试环境没有使用外置存储,一台p570划出一个LPAR作为NIM。以下图标表详细介绍了具体架构:服务名称IP地址数量配置/OS分配资源用途NIM Server01AIX53081CPU/4G MEM用于云计算中对OS及相关LPP 的自动部署VIO Server_111AIX6.1+VIOS 0.3CPU/0.5G MEM用于云计算中Lpar的IO虚拟化VIO Server_211AIX6.1+VIOS 0.3CPU/0.5G MEM用于云计算中Lpar的IO虚拟化TSAM Server01RHEL5.4 64-bit2CPU/8G MEMTSAM环境服务器,部署WAS、DB2后台数据库TSAM Management Server11Windows Server20031CPU/2G MEM用于TSAM安装环境部署、Mail Server用来接收Request的信息LPAR1011AIX5.3+WAS6.11CPU/2GMEM测试WAS应用LPAR2021AIX5.3+Domino71CPU/4G MEM测试Domino应用LPAR3031AIX5.3+Oracle9i2CPU/4G MEM数据库测试TSAM操纵HMC和NIM,管理各种物理或虚拟资源,做到统一调配。4.2从虚拟化到云计算的演进虚拟化已经成为IT的热点,各种平台各种产品一应俱全,也有成熟产品。如x86架构的vmware的esx,citirx的XenServer;适用于IBM小型机的PowerVM,还有SUN、HP等企业在自有产品线中推出的各层级虚拟化功能。简单而言,能够自动管理的,有着建立移除循环的虚拟机资源池构成了云计算。这样大大减少了用户需求与硬件资源不足的矛盾。4.3利用现有环境实现适合信息化环境的云计算平台在4.1节已阐述了实验平台的软硬件需求与相关技术。本节将就实验步骤与结果逐步说明研究内容。4.3.1云计算实验环境拓扑结构图二 测试云架构图中右侧是由2台p570构建的云资源池,左侧是由2台pcserver构建的云服务环境,他们的桥梁是HMC。4.3.2搭建环境1)VIO配置对每台Power 570创建VIO 服务器,统一命名为VIO Server_1/2,资源配置分别为0.3CPU,512MB内存,1个SCSI控制器,一块物理Ethernet网卡;然后安装VIO Server OS,版本为.为VIO创建SEA(Shared Ethernet Adapter)以及ClientVG。创建SEA的目的是,VIO Server只有一块物理访问的网卡,一台Power系统中如果有多个client,那么会虚拟出多个虚拟以太网卡,这些以太网卡必须通过共享的方式与VIO Server的物理网卡绑定实现与外界的访问。ClientVG的作用是用来作为TSAM快速部署的DISK资源pool,需要注意的是,TSAM从VIO Server端寻找DISK资源无法从rootvg中实现,只能另外建一个新的VG才能实现从DISK 的pool中申请资源。2)NIM安装与配置安装NIM服务器。在Power 570上创建一个LPAR,用来作为网络安装源,NIM Server的创建尽量分配较多的资源,特别是硬盘空间,因为NIM Server以后会用来作为LPP安装的软件资源池,例如WAS,Domino,Oracle等应用软件。该例中分配1CPU,4GB内存,100GB硬盘空间,安装部署AIX 5300-0846 操作系统。3)TSAM软件的安装在windows server2003中依次安装必须软件:WAS,DB2, LDAP,HTTP ServerTSAM基础服务TPM:Tivoli Provisioning Manager 7.1.1 用于调用NIM安装对系统进行快速部署TSRM(Tivoli请求服务器)及相关补丁,用于响应用户操作TSAM管理云平台的请求TSAM配置文件:TSAM TPM driver邮件服务器,用于通知用户云平台的生命周期配置用户组,赋予申请、管理云平台的权限4)创建安装软件包通过NIM方式,将OS制作成mksysb文件或者相应的LPP文件,并制作其相关的SPOT资源。TSAM调用后台的TPM软件,通过TPM再调用NIM安装对系统进行快速部署。在本次测试中,作者建立了4个mksysb:AIX5.3,AIX5.3+WAS6.1,AIX5.3+Domino7.04,AIX5.3+Oracle9i4.3.3云计算环境的实验1)用户登录系统,请求使用的资源图三 TSAM User用户登录TSAM请求管理界面图四 进入项目申请页面图五 提交资源申请请求图六 选择配置l 项目名称:Oracle-Domino-OS,选择资源池System p LPAR l 选择img镜像文件5308was,硬件配置1.0CPU/1024MBMem/40GB DISKl 点击确认,requet提交请求,系统即自动开始部署图八 资源管理界面2) 自动创建并管理所需资源l 请求提交后,TSAM调用TPM软件,TPM实现LPAR的创建工作。TPM管理HMC调用后台程序,HMC通过调用VIO Server动态生成虚拟的LPAR,该LPAR会经过三次启动,然后调用TSAM的管理机制,调用NIM Server上的mksysb资源进行系统以及相应软件的快速部署。l 如下图所示,新的分区自动通过HMC创建图九 HMC界面l 通过NIM自动安装操作系统图十 启动参考码l 通过后台系统监控,可以显示通过NIM方式安装部署系统的进度图十一 正在安装l 系统安装后,在windows 2003上的邮件服务器可以接收到系统发送给客户的邮件。通过邮件可以清楚看到用户申请LPAR的细节信息,包括Partition的hostname,CPU数量,内存大小,硬盘空间大小,以及用户管理员的password。图十二 邮件报告4.3.4云计算的典型生命周期通过对实验环境的研究,云资源生命周期按使用人分别描述为:用户管理员申请使用云计算资源提交申请资源请求指定所使用资源类型(操作系统、软件)审核资源收到资源访问许可信息(ip、用户名、密码)修改所需资源配置(增加处理能力)审核资源使用云计算资源监控性能收到资源回收提醒资源被系统回收4.4性能测试我们使用了lmbench3作为基础指标测试,使用了SPECjvm2008测试由云计算管理平台创建的虚拟机的java性能。SPECjvm2008是一个观测JRE运行性能的基准测试套件,它的测试用例涵盖了大部分java基础应用场景,是VM性能评测的利器5。3台虚拟机的测试同时进行,考察高负荷下包括VIO Server在内的各操作系统稳定性和隔离性,同时也考察了虚拟机对物理资源使用的有效性。4.4.1UNIX主机对比测试Lmbench3是通用的Unix/Linux基准测试工具,具有详细的cpu、内存、i/o子系统的指标。以下选取了部分具有代表性的cpu/内存测试结果做对比。由于测试平台只有1块硬盘,i/o系统指标受物理磁盘个数和性能影响,不做对比。主机类型cpu型号物理cpu个数虚拟cpu个数内存p570-LPAR1Power5 1.65GHz122Gp570-LPAR2Power5 1.65GHz244GJS20P PC_970FX 2.2G1N/A4Gp550Power5 1.9GHz4N/A8G表1:主机资源主机类型信号处理Forkexec整数单精度浮点双精度浮点p570-LPAR14.2131289127.29.5611.5p570-LPAR14.2433090327.19.5611.5JS203.45355126920.58.338.26p5503.1524368623.77.979.57表2:lmbench得分对比注:数值越小越好从上述分析可以看出,由于lmbench是单线程工具,会占用1个物理cpu资源。对于虚拟机而言,无论虚拟多少虚拟cpu,性能只关系到分配的物理资源。LPAR202分配了一个物理cpu,LPAR203分配了2个物理cpu,结果相近证明了lmbench的特性。4.4.2 小型机与pcserver对比测试普通的基准测试只反映了科学运算能力,并不能反应出web应用的性能。为了模拟真实的应用服务器性能,本次选用了SPECjvm2008(SPEC:Standard Performance Evaluation Corporation是提供标准化测试的组织)作为测试软件。本次测试旨在了解一台主机中的各个分区同时运行满负载的java程序时的稳定性及性能。主机物理cpuJre版本Jvm参数总分总分/核心LPAR2021*Power5IBMjdk5-Xms700m -Xmx1400m11.015.5LPAR2032*Power5IBMjdk5-Xms700m -Xmx1400m19.889.9x36502*Xeon5140SUNjdk6-Xms1400m -Xmx1400m -XX:+UseParallelGC XX:+UseParallelOldGC39.5519.25表3:SPECjvm2008得分对比图十三:p570LPAR1图十四:p570LPAR2图十五:x3650参与横向比较的x3650是信息化系统常用的pcserver,上述结果只具备参考价值。它的处理器主频较高,且Intel Xeon5140的出产时间晚于Power5 1.65GHz三年,另外pcserver也安装了更新的sun jdk6,启用并行垃圾收集,充分利用了多核心处理器的优势。此外小型机的单块磁盘也是瓶颈,所以power服务器得分受到限制。总体而言,云计算环境的系统稳定性良好,在2个LPAR满负荷时vioserver可以正常提供内存和i/o系统的虚拟化和隔离。性能方面:单个LPAR可以支撑信息化系统普通web服务,虚拟化环境可以充分利用分配的物理资源,性能耗损低。5云计算的特点和带来的收益5.1资源整合将分散管理的计算机资源进行整合,统一调度使用。将异构系统归类建立多种资源池,管理软件通过各厂商提供的API管理不同的资源池:如类似代理vSphere管理esx虚拟池,代理XenCenter管理Xen虚拟池。5.2高效管理提高系统资源使用效率,提升IT生产力和业务价值。Web申请/管理平台操作简便,可以批量分发建立系统,也简化了管理员的操作。举例来说,若手工建立多个p系列服务器的LPAR需要在HMC中创建profile。然后在VIO中使用命令行建立虚拟I/O设备与物理I/O设备的映射关系。接着光盘启动,安装操作系统,各种应用程序。安装顺利耗时也需半天时间。经测试,TSAM后台分发的资源在一小时以内。而且实验环境的硬件配置较低,若NIM Server连接高速磁盘阵列,网络环境升级为千兆以上时相信资源建立速度又进一步提升。5.3快速交付让操作更加流畅,更快满足各种开发和测试项目的需要。测试平台体现了云计算的特点:资源在创建、使用、释放的循环中让用户充分体验到快速交付的系统环境。5.4成本控制节省设备的购置和管理投入,降低IT总体拥有成本。虚拟化节约的是空间、电力、硬件费用;私有云节约了时间和人力等维护成本。同时应用平台的快速部署的能力使维护人员具备有效的测试平台,能够降低上线出错率,提高服务水平。6总结与展望本文通过搭建云实验环境,在部署和测试中研究云计算在企业IT系统中的可行性及有效性。模拟负载与性能测试等实验结果证明了云计算对于信息化部门具有一定意义。虚拟化提高了系统稳定性,节约大量成本;云计算进一步增强了信息服务能力。云计算可以为开发测试维护人员解决资源不足的矛盾。这项技术使用了按需所得的自动化快速部署,进一步提高了资源利用率,错开高负荷窗口。下一步的目标是将更多的物理资源归入云计算,将生产环境应用逐步迁移至云平台。系统上线时只需重新申请资源,部署应用测试完毕后替换原版本的虚拟机镜像即可。希望通过此模式进一步降低上线故障率。要达到上述应用,将重点研究共享存储资源的云平台,使用powervm的动态迁移技术降低计划内停机时间。将应用系统与物理设备剥离:基础架构即云平台为上层应用提供服务,应用系统再为用户提供应用服务。充分将SOA的理念融入适合本企业IT环境,分离的服务层能各自优化,面对性能问题时可以明确定位到主机、网络、数据库、前台应用等方面,提高信息服务能力。7 参考文献1 云计算入门指南,Sun Microsystems,20092 IBM PowerVM 概述,IBM developerWorks编辑团队,2009/developerworks/cn/aix/redbooks/powervm-1/3 PowerVM Virtualization on IBM System p: Introduction and Configuration(Fourth Edition),ibmredbook, 20084 TSAM help document, IBM5 SPECjvm2008测试用例列表(附快速上手指南), /View?id=dtbhrmv_661cg8j92cm 袃肂芃葿蚆羈节薁羁袄芁蚃螄膃芀莃羀聿芀蒅螂羅荿薈羈袁莈蚀螁腿莇莀薄膅莆薂衿肁莅蚄蚂羇莄莄袇袃莄蒆蚀膂莃薈袆肈蒂蚁蚈羄蒁莀袄袀蒀蒃蚇艿葿蚅羂膅蒈螇螅肁蒈蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂罿膁膂莁螂肇膁蒄羇羃膁薆螀罿膀螈薃芈腿蒈袈膄膈薀蚁肀膇蚂袇羆膆莂虿袂芅蒄袅膀芅薇蚈肆芄蝿袃肂芃葿蚆羈节薁羁袄芁蚃螄膃芀莃羀聿芀蒅螂羅荿薈羈袁莈蚀螁腿莇莀薄膅莆薂衿肁莅蚄蚂羇莄莄袇袃莄蒆蚀膂莃薈袆肈蒂蚁蚈羄蒁莀袄袀蒀蒃蚇艿葿蚅羂膅蒈螇螅肁蒈蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂罿膁膂莁螂肇膁蒄羇羃膁薆螀罿膀螈薃芈腿蒈袈膄膈薀蚁肀膇蚂袇羆膆莂虿袂芅蒄袅膀芅薇蚈肆芄蝿袃肂芃葿蚆羈节薁羁袄芁蚃螄膃芀莃羀聿芀蒅螂羅荿薈羈袁莈蚀螁腿莇莀薄膅莆薂衿肁莅蚄蚂羇莄莄袇袃莄蒆蚀膂莃薈袆肈蒂蚁蚈羄蒁莀袄袀蒀蒃蚇艿葿蚅羂膅蒈螇螅肁蒈蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂罿膁膂莁螂肇膁蒄羇羃膁薆螀罿膀螈薃芈腿蒈袈膄膈薀蚁肀膇蚂袇羆膆莂虿袂芅蒄袅膀芅薇蚈肆

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