星湘职业技术学院校园网应用承载平台解决方案
日期: 2019/8/29 浏览: 3 来源: 学海网收集整理 作者: 学海网
目 录
1. 应用承载服务器 1
2. 统一数据存储 2
2.1 结构化数据 2
2.2 非结构化数据 2
2.3 针对不同类型数据的性能提升技术 2
2.4 应用系统需求分析 3
3. 设计原则 3
4. 存储资源平台设计 4
5. 服务器虚拟化 5
5.1 虚拟架构配置说明 5
5.2 SAN集中存储实现虚拟服务器的文件共享 7
5.3 虚拟架构环境的集中管理、自动化及优化运行 8
6. 数据备份系统 10
星湘职业技术学院设置有汽车工程学院、机械工程系、电气工程系、信息工程系、经济贸易管理系、现代艺术设计系和商贸旅游系等7个院系，开设有汽车运用、数控技术、机械制造与自动化、计算机网络技术培训等38个专业，建有国家级职业技能鉴定所和再就业培训基地。在校学生近15000人，教职员工1200余人。
学院建设发展步入了快车道，到2014年，一座投资8亿元，占地850亩，建筑面积40万平方米的现代化校园将建立于星湘先导区，学院将建立成理念一流，管理一流，专业一流，师资一流，质量一流的省内外有影响力的高职院校。
1. 应用承载服务器
服务应用平台是承载学校所有教育应用的服务平台，它的建设必须根据学校应用系统具体分析。新校园应用服务主要有：教务管理平台软件，数据库，教务管理系统，学校WEB网站，精品课程平台，学习空间等。
本次根据应用系统，配置刀片服务器，刀片服务器是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元，是一种实现HAHD(High Availability High Density，高可用高密度)的低成本服务器平台，为特殊应用行业和高密度计算环境专门设计。刀片服务器就像““刀片”一样，每一块“刀片”实际上就是一块系统主板。
配置一套刀片服务器，其中3片应用服务器组建虚拟化，2片数据库服务器。
图1 应用承载服务器架构
应用服务刀片主要配置：2颗E5-2620 CPU，4*16GB内存，2*300GB 10K SAS硬盘，配置1块双口8GB HBA卡，配置四口千兆网卡。3个应用服务刀片组建服务器虚拟化，为新校园应用软件提供性能服务。
数据库服务刀片主要配置：2颗E5-2620 CPU，2*16GB内存，2*300GB 10K SAS硬盘，配置1块双口8GB HBA卡，配置四口千兆网卡。2个数据库刀片安装数据库形成双机，两两互备。
2. 统一数据存储
随着数据中心的建设，其上运行的各种业务系统也将日益增多。不同的业务系统所产生的数据类型是不同，这就意味着用来存放数据的存储系统需要采用不同的技术和手段来满足不同的应用的要求，从根本上实现应用的紧耦合，以达到高可靠、高性能、高可扩展性和高管理灵活性的特点。
通常，我们可以把前端业务系统所产生的数据分为结构化数据和非结构化数据两大类。
2.1 结构化数据
结构化数据的定义是，以行和列为组织形式，存放在存储设备上的数据。典型的结构化数据是各种数据库数据，包括Oracle、SQL Server和DB2等商用数据库。
结构化数据的特点是，数据的I/O通常与一个数据库的事务相关，每个I/O的数据量相对较小。而通常的商用数据库都是用来运行在线事务处理（OLTP）操作。OLTP的特点是，每次I/O的数据量不大，但是I/O的频率很高。也就是每秒钟I/O的次数（IOPS）很高。因此，在为结构化数据应用（通常是数据库）提供存储服务时，要求存储系统具有较高的IOPS性能。
2.2 非结构化数据
非结构化数据的定义是以文件为组织形式存放在存储设备上的数据。典型的非结构化数据是多媒体文件（音频、视频和图片）、微软Office文件、PDF文件和AutoCAD生成的矢量图形文件等。随着IT技术的不断发展，人们日常生活中不断产生大量的这类型数据，非结构化数据的数据量正在呈爆炸式的增长。
通常，前端应用系统对非结构化数据的I/O通常采用大数据快顺序读写的方式，也就是每次I/O的数据量相对较大，但是I/O的次数较少。因此，针对非结构化数据，后端存储系统需要提供尽可能大的I/O带宽。同时，由于结构化数据的数据量通常很大，也要求存储系统能够支持尽可能大的存储容量和扩展性。
2.3 针对不同类型数据的性能提升技术
根据以上的分析，如果需要针对不同类型的数据提供尽可能高的性能，存储系统本身需要采用各种技术来从不同的方面进行优化。
针对结构化数据，由于其主要要求存储提供尽可能高的随机读写性能，因此，我们可以采用减少I/O响应时间的办法来提高IOPS性能。主要技术有跨多块磁盘的数据条带化、更大的系统读写缓存和闪存盘。
作为存储系统基本的功能，跨多块磁盘的数据条带化能够将一份数据打散到多个磁盘上，在前端应用系统请求数据的时候，能够实现后端多块磁盘同时I/O，从而实现了提高IOPS性能的目的
更大的系统读写缓存，能够在保证缓存命中率的同时，让更多的热点数据驻留在系统缓存中，使得前端应用请求数据的时候，能够在高速的系统缓存中直接找到所需要的那部分数据，而不用等待后段磁盘系统的慢速响应。从而大大提高存储系统的IOPS性能。
闪存盘作为一个成熟的技术，已经被广泛应用到对IOPS性能要求极高的业务系统中。经测试和实践证明，一块闪存盘的IOPS性能是15000RPM传统硬盘的30倍。因此，采用闪存盘来存放结构化数据，能够极大地提高系统的IOPS性能。
针对非结构化数据来说，需要强大的带宽处理能力支撑，为了提高存储系统的带宽处理能力需要加大前端主机的I/O带宽、采用更强劲的CPU和采用更先进更大的后端磁盘带宽。
目前，前端主机与后端存储互联的技术主要有FC、FCoE、iSCSI和NAS四种，四种连接方式中，最适合用来提供非结构化数据存储服务的是NAS技术。目前，高性能NAS技术发展的方向是采用并行文件系统和群集NAS系统。这两种技术都是通过采用并行的I/O技术实现更大的I/O带宽。而这些主流技术的单端口I/O带宽已经达到了至少8Gbps，甚至是10Gbps。为高性能的非结构化数据I/O提供了技术基础。
存储设备的CPU用来进行存储数据I/O的处理。随着技术的发展，CPU的处理能力也不断提升，更高的CPU配置能够使得非结构化数据的I/O能够充分利用端口带宽，提供更高的带宽性能。
后端磁盘带宽是整个存储系统的核心性能指标。目前，采用SAS 2.0技术的后端磁盘接口带宽能够达到单端口6Gbps，聚合带宽通常能够达到至少96Gbps。更高的后端带宽为前端的高性能非结构化文件存储服务提供了基本保障。
2.4 应用系统需求分析
不同的应用系统针对后端存储的要求是不相同的，为了能够为前端应用系统提供更高的性能和更可靠的数据存储服务，需要充分考虑到前端应用的应用类型、数据结构和对存储的要求，做到应用紧耦合，从而使得整个系统的效率发挥到极致。
3. 设计原则
（1）先进性和成熟性
系统建设必须符合当代信息技术发展形势，既有先进技术又发展成熟，并且采用各领域公认的领先产品。以达到保护投资，降低系统实施风险的目的。
（2）高性能
新建基础设施必须具有较高的性能。能够为各应用系统提供良好的支撑。并且能够满足各系统峰值时的性能需求。且应用系统峰值时，基础设施系统的负载应不超过其系统容量的70%。
（3）可靠性和稳定性
湖南开放大学云数据中心的核心存储系统的建设，是整个云数据中心的基础。应用系统对IT基础设施的依赖程度越高，系统失效所造成的影响越大。因此，系统的设计必须在投资可接受的条件下，从系统结构、技术措施、设备选型以及厂商的技术服务和维修响应能力等方面综合考虑，以确保系统运行的可靠性和系统的稳定性。
（4）安全性和保密性
在系统中传输、交流和存储的信息内容，很多方面涉及到某种程度的机密信息，因此，系统应分别针对不同的应用和通讯环境采取不同的措施，杜绝非授权用户的侵入和机密信息的泄露。
（5）可扩展性和可管理性
IT基础设施的建设是一项长期的工程，不但要研究它的现状还要充分考虑其将来潜在的需求。科学的设计思想应着眼于目前的应用系统及现有的技术，并考虑以最小的代价来适应IT技术不断的发展，使现有系统能够与业务需求同步增长，使系统规模在急骤扩张时亦不需要重新进行系统规划与设计。
作为一个系统，所选产品具有良好的可管理性和可维护性是十分重要的。同时，系统管理员应能够在不改变系统运行的情况下对系统进行调整，不管设备的物理位置在何处，系统都应该是可以控制和管理的。
4. 存储资源平台设计
本次设计使用统一数据存储设备，配置双控制器,交流,16GB缓存；配置6*600G SAS盘，配置8个8GB光纤口。
主要特性如下：
（1）融合统一
文件级和块级数据的统一：SAN和NAS存储协议的 统一，在同一套存储系统内可以支持结构化和非结构化数据
存储协议的统一：支持iSCSI、FC、NFS、CIFS、HTTP、FTP等多种存储网络和协议
管理界面的统一：通过简洁的图形化界面，提供文件，块数据业务的统一管理。向导式的配置方式，协助用户轻松完成各项配置
（2）灵活可靠
轻松升级：可以轻松从块升级至统一存储
热插拔设计：实现控制器、风扇、电源、I/O模块、硬盘等模块热插拔，不影响用户业务，支持在线I/O扩展
按需选择多种类型的硬盘：SAS /NL SAS / SATA /SSD /FC
高可靠架构设计：所有部件均为冗余设计，无单点故障；数据保险箱技术、文件系统镜像等软件技术进一步提高系统可靠性
领先的IO扩展性和灵活性：最大12个I/O模块，48个I/O接口；支持4/8Gbps FC，1 Gbps iSCSI，10 Gbps iSCSI（TOE），10Gbps FCoE与6Gbps SAS接口
数据保护机制：与EV和NBU无缝结合，并通过远程复制实现异地容灾
应用优化：利用主机代理软件实现应用级的迅速备份、恢复与容灾并支持容灾验证，支持Oracle/DB2/Exchange Server/SQL Server等多种主流应用系统
（3）经济高效
多节点集群技术：多节点全Active集群技术，集群中所有节点可协同工作，实现对数据的并发访问；
SmartCache加速：通过使用闪存驱动器来扩展缓存，获得针对系统优化的性能，混合工作负载的运行速度可提升数倍；
自动精简配置：HyperThin技术支持容量自动扩展，提高硬盘利用效率，实现用户按需购买，降低初次购买成本；
自动分级存储：基于文件访问频率、时间策略在不同存储介质之间实现双向动态迁移，对应用透明，降低企业投资成本；
主动式的远程服务：特有的Cloud Service服务为系统提供健康检查、主动预警和告警回传功能，与强大的故障处理专家后台结合，减少系统的故障时间，在影响业务之前将故障消除。
5. 服务器虚拟化
现今服务器虚拟化是教育行业的主流技术，也是当今云计算的集成，本次新校区将3台应用服务器部署为一整服务器虚拟化系统。以下是虚拟化系统说明。
5.1 虚拟架构配置说明
ESX Server 3 是VMware虚拟架构套件VI3的基础组成部分，是动态、自我优化的 IT 基础结构的基础。VMware ESX Server是一个强健、经过生产验证的虚拟层，它直接安装在物理服务器的裸机上，将物理服务器上的处理器、内存、存储器和网络资源抽象到多个虚拟机中。通过跨大量虚拟机共享硬件资源提高了硬件利用率并大大降低了资金和运营成本。通过高级资源管理、高可用性和安全功能提高了服务级别——对于资源密集型的应用程序也不例外，架构如图2所示。
图2 EX Server 3架构
单台物理服务器配置多个虚拟服务器的性能依据
图3 CPU性能依据
根据统计，对于传统的服务器应用方式，通常服务器的平均利用率在5-15%之间，而采用虚拟架构整合后，服务器的平均利用率可达到60%-80%。我们完全可以通过在两台高配置的八路双核服务器上创建40个虚拟服务器的方式，来完成传统方式需要40多台的低配置的双路双核服务器才能完成的工作，用户在降低成本的方式，还大大减少了环境的复杂性，降低了对机房环境的需求，同时具有更灵活稳定的管理特性。
采用VMware虚拟架构相比于传统单台服务器部署单一应用方式的另外一个好处是，可以充分满足不同应用对系统资源的不同要求，如有的应用只需要一个3.0 GHz CPU，512MB的内存就可以很好的运行，而有的高访问率、高吞吐量的应用则需要2个甚至是4个双核的CPU，8GB的内存才能保证稳定的运行，在传统方式下，往往不可能针对每一种应用来采购服务器，而是用一种或几种标准配置的服务器来统一采购，这样，势必会造成某些应用资源富裕，而另一些应用面临资源紧张的情况，且应用之间不能互相调配资源。采用虚拟架构后，由于每个虚拟机所需使用的系统资源都是由虚拟架构软件统一调配，这种调配可以在虚拟机运行过程中在线的发挥作用，使得任何一个应用都可以有充分保证的资源来稳定运行，同时，该应用在此时用不到的资源又可以被其他更需要资源的应用临时借用过去，最大限度的提高了整体系统的资源利用率。
每一台虚拟服务器都可以利用VMware 虚拟对称式多重处理 (SMP)技术，通过使单个虚拟机能够同时使用多个物理处理器，增强了虚拟机性能。作为一项独特的 VMware 功能，Virtual SMP 支持虚拟化需要多处理器和密集资源的企业应用程序（如数据库、企业资源计划和客户关系管理）。
图4 VM 架构
5.2 SAN集中存储实现虚拟服务器的文件共享
我们采用SAN集中存储方式，这样可以将每个虚拟机的文件系统创建在共享的SAN集中存储阵列上，VMware VMFS 虚拟机文件系统，是一种高性能的群集文件系统，允许多个ESX Server 安装同时访问同一虚拟机存储。支持通过 VMware VirtualCenter、VMware VMotion™ 技术、VMware DRS 和 VMware HA 提供的基于虚拟化的分布式基础结构服务。由于VMware的虚拟架构系统中的虚拟机实际上是被封装成了一个档案文件和若干相关环境配置文件，通过将这些文件放在SAN存储阵列上的VMFS文件系统中，可以让不同服务器上的虚拟机都可以访问到该文件，从而消除了单点故障。
图5 SAN集中存储
5.3 虚拟架构环境的集中管理、自动化及优化运行
为了对服务器虚拟架构进行有效的管理和监控，方案中建议配置一台独立的Windows 2003服务器来做为VI3套件中的VirtualCenter服务器，VirtualCenter服务器为 IT 环境提供了集中化管理、操作自动化、资源优化和高可用性。基于虚拟化的分布式服务为数据中心提供了前所未有的响应能力、可维护性、效率和可靠性级别。
图6 VMS管理
以下 VirtualCenter附属产品提供了资源优化和高可用性特征。
使用VMware DRS将可用资源与预定义的业务优先事务协调起来，同时使用 VMware分布式资源调度程序优化劳动力密集型和资源密集型操作。
图7 VMware DRS示意
使用 VMotion™ 迁移运行中的虚拟机和执行无中断的 IT 环境维护。
图8 VM无中断迁移
使用 VMware HA 实现经济高效、独立于硬件和操作系统的应用程序可用性。
图9 VM HA高效应用
VirtualCenter 提供了管理任意规模的虚拟 IT 环境所需的最高级别的简便性、效率、安全性和可靠性。
图10 VC管理中心
异地备份高可用性架构
基于VMware特有的HA高可用性功能,借助存储设备的异地同步功能,VMware可以帮助用户以较低的成本构建完善的异地虚拟化容灾解决方案。
6. 数据备份系统
备份系统重点考虑，数据库业务系统和关键业务系统的数据保护和故障恢复。服务器的全面集中保护。
操作系统备份：:采用独有的簇照技术对服务器的操作系统进行在线的完全备份和增量备份。
数据库备份：数据库数据已经是校园网络数据中最重要的组成部分之一，采用对数据库的完全备份、差异备份、事物日志备份等各种备份类型，针对于学校的具体情况，制定合适的备份策略。
应用程序目录备份：通过高级打开文件备份技术，对应用程序目录和重要配置文件进行在线完全、增量备份，并制定详细的备份计划及循环策略，将应用程序目录非常完整的保护起来。
数据恢复
数据备份的目的是为了恢复。当业务数据受损时，根据受损的情况有不同的恢复方法。如基于部分数据受损时的快速恢复（提取单个文件）及全部数据受损时的快速恢复（时间点恢复）：
部分数据受损时的恢复：备份软件的恢复功能提供了快速的恢复功能，即可以在线的将某一个文件的各个版本的数据逻辑提取出来查看，当业务数据发现有受损时，只需将将某一个时间点的文件数据提取出来，快速恢复受损的数据。示意图如图11所示。
图11 数据备份示意
备份系统集中部署配置说明：
根据用户数据的存储和备份需求，在该网络中部署备份存储一体柜设备，作为备份系统的集中管理端。
在需要备份的服务器上安装备份存储柜客户端程序，用于备份命令的响应及数据传输。
在管理控制台集中对客户端进行模块授权，并创建备份任务，并设置合理的备份计划。
