【IT168 云計(jì)算】改革開放以來，我國能源電力取得了舉世矚目的發(fā)展成就，發(fā)電裝機(jī)、用電量、電網(wǎng)規(guī)模均位列世界第一。如何響應(yīng)國家號召，加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，增強(qiáng)持續(xù)增長動力，以提高供給體系的結(jié)構(gòu)和效率，是電力行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。作為國家電網(wǎng)公司全資的黑龍江省電力公司(以下簡稱：黑龍江電力)，在負(fù)責(zé)建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)省電網(wǎng)及保障全區(qū)安全可靠供電任務(wù)的同時(shí)，積極擁抱云計(jì)算技術(shù)，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)自身的戰(zhàn)略使命成為了當(dāng)務(wù)之急。
作為國家經(jīng)濟(jì)命脈，電力系統(tǒng)任何中斷都會造成巨大的社會和經(jīng)濟(jì)影響。因此國家電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控著各個省電力公司的業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行情況。這對原本主要依靠專有硬件設(shè)備堆砌來解決系統(tǒng)可靠性的省電力系統(tǒng)向靈活敏捷的云化轉(zhuǎn)型，提出巨大挑戰(zhàn)。
經(jīng)過審慎的評估、選型，黑龍江電力與在OpenStack領(lǐng)域擁有豐富中大規(guī)模企業(yè)級實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)實(shí)力的EasyStack合作建起首期即超過200節(jié)點(diǎn)的電力云計(jì)算平臺，率先在電力行業(yè)走出核心業(yè)務(wù)擁抱云計(jì)算的第一步!目前，包括營銷、財(cái)務(wù)管控、電能量現(xiàn)代化應(yīng)用、移動作業(yè)管理、全國電力市場技術(shù)支撐、電網(wǎng)GIS等業(yè)務(wù)生產(chǎn)系統(tǒng)均已在黑龍江電力云平臺順利上線，同期上線的還包括大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)交換等數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。整個云平臺計(jì)劃達(dá)到700臺物理節(jié)點(diǎn)，成為電力系統(tǒng)內(nèi)首屈一指、示范性云平臺系統(tǒng)。
黑龍江電力信通公司副總經(jīng)理趙威表示，“本次國家電網(wǎng)黑龍江公司的OpenStack云平臺，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源徹底的云化，并將全部業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移到云計(jì)算平臺中，在1年的運(yùn)營過程中，不僅穩(wěn)定可靠，更大幅提升了運(yùn)行效率。我們還將在此基礎(chǔ)上開展運(yùn)維自動化相關(guān)工具的研究，并實(shí)現(xiàn)與大數(shù)據(jù)平臺相結(jié)合。該OpenStack云平臺將為黑龍江電力進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供穩(wěn)定靈活、自主可控的基礎(chǔ)架構(gòu)支撐?！?/p>
黑龍江電力云平臺方案設(shè)計(jì)
考慮到整個云平臺的設(shè)計(jì)規(guī)模將達(dá)到700臺物理服務(wù)器，同時(shí)所承載的是電力行業(yè)核心生產(chǎn)系統(tǒng)，云平臺的可靠性和可用性要求成為首要設(shè)計(jì)指標(biāo)，針對這一現(xiàn)狀，黑龍江電力公司決定采用開源技術(shù)來構(gòu)建自身的云品臺方案。
▲黑龍江電力云平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖
具備OpenStack控制平面高可用與高性能的云管理平臺
整個OpenStack云平臺的高可用主要依賴控制平面的高可用，設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何平衡關(guān)鍵服務(wù)可靠性與平臺可擴(kuò)展性之間的矛盾，同時(shí)從計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等模塊優(yōu)化OpenStack平臺消息機(jī)制，經(jīng)過優(yōu)化后，平臺組件間的冗余消息大幅減少，消息轉(zhuǎn)發(fā)效率大幅提升，為承載千臺規(guī)模計(jì)算節(jié)點(diǎn)打下了基礎(chǔ)。
通過HA以及云平臺的高可靠設(shè)計(jì)等方案的實(shí)施使之區(qū)別并領(lǐng)先于其它OpenStack發(fā)行版，可用于承載核心業(yè)務(wù)的中大規(guī)模云計(jì)算環(huán)境，輕松應(yīng)對電力系統(tǒng)傳統(tǒng)與創(chuàng)新的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。
深入優(yōu)化計(jì)算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)性能，從KVM、OVS、Ceph等最底層技術(shù)開始源代碼級優(yōu)化，最終提供接近物理硬件能力的計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)性能，為黑龍江電力各個核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了高性能、可靠的服務(wù)平臺。
計(jì)算虛擬化
通過實(shí)施OpenStack云計(jì)算，可以按照黑龍江電力各個業(yè)務(wù)所需的計(jì)算能力的規(guī)模，將各個業(yè)務(wù)部署到合適的物理中，有效整合物理機(jī)資源，提高資源利用率。通過每個VM隔離應(yīng)用，保證單個VM的資源需求得到滿足。在單臺物理機(jī)故障或宕機(jī)的情況下，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)按計(jì)劃遷移到其他物理機(jī)或者盡快在其他物理機(jī)恢復(fù)，保證SLA，降低業(yè)務(wù)連續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)。通過與黑龍江各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用軟件集群相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可靠性、高連續(xù)性、快速擴(kuò)展性。
在黑龍江電力云平臺方案中，使用OpenStack，Centos，KVM這樣的開源軟件可以避免廠商鎖定，對幾乎所有的x86服務(wù)器均開放，同時(shí)對MySQL，Oracle，Weblogic等數(shù)據(jù)庫和中間件應(yīng)用服務(wù)器也能開放性的支撐，達(dá)到自主、可控的目的，同時(shí)降低軟硬件的CAPEX(資本支出)和OPEX(運(yùn)營支出)。
分布式存儲Ceph
鑒于運(yùn)用商業(yè)存儲的一些問題，同時(shí)考慮黑龍江電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)對性能和可靠性，擴(kuò)展性的要求以及目前設(shè)備環(huán)境現(xiàn)狀——盡量避免由于實(shí)施需要采購新設(shè)備、增加部署工作量、延長云平臺方案實(shí)施周期等，只要對目前設(shè)備環(huán)境做少許變更即可實(shí)施。
黑龍江電力采用利用開源技術(shù)實(shí)現(xiàn)的分布式存儲Ceph，并使用Cinder可以使用Ceph作為后端存儲。實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一存儲，提供對象存儲，塊存儲及文件系統(tǒng)的支持;無任何單點(diǎn)故障;數(shù)據(jù)多份冗余;存儲容量可擴(kuò)展;自動容錯及故障自愈;并支持快照、備份、恢復(fù)，支持QEMU及Libvirt虛擬化等功能。
黑龍江電力在實(shí)際部署時(shí)，通過對SSD極速、HDD高容量兩個資源池的OSD的設(shè)置，完成了3份數(shù)據(jù)副本的支持?；贑eph的分布式高性能存儲方案，極大的提高了云主機(jī)的IO性能，足以應(yīng)對各種苛刻的企業(yè)應(yīng)用需求。黑龍江電力云平臺現(xiàn)狀可以在10秒內(nèi)完成一臺云主機(jī)的創(chuàng)建;支持實(shí)時(shí)快照，對1T硬盤的快照的操作耗時(shí)不超過2秒。
由于數(shù)據(jù)量增長迅猛，黑龍江電力在方案部署期間進(jìn)行了多次存儲擴(kuò)容， 在擴(kuò)容過程中 ,由于數(shù)據(jù)量較大, 為保證不影響已上線業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行, 通過降低Ceph rebalance優(yōu)先級的方式, 在不影響業(yè)務(wù)的情況下, 實(shí)現(xiàn)了存儲的在線擴(kuò)容。
網(wǎng)絡(luò)虛擬化
為了滿足業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)性能和擴(kuò)展性，可靠性的需求，此次虛機(jī)網(wǎng)絡(luò)沒有通過L3 router轉(zhuǎn)發(fā), 而是直接連接至對應(yīng)VLAN網(wǎng)關(guān)，來保證用戶實(shí)際的使用性能與感受。最終方案通過使用VLAN+OpenVSwitch方式配置網(wǎng)絡(luò)，合理分配不同網(wǎng)絡(luò)平面的流量。
▲黑龍江電力云平臺網(wǎng)絡(luò)邏輯示意圖
其中：
通信網(wǎng)——用于云內(nèi)部虛擬機(jī)間通信;
業(yè)務(wù)網(wǎng)——用于虛擬機(jī)提供外部業(yè)務(wù)訪問;
存儲網(wǎng)——用于Ceph集群間數(shù)據(jù)拷貝;
部署網(wǎng)——用于物理主機(jī)云環(huán)境部署;
管理網(wǎng)——用于OpenStack與被管理主機(jī)間通信;
通過多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)的負(fù)載均衡及HA，高性能和高可用, 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用Router級別的Active/Standby方式實(shí)現(xiàn)HA，并使用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)路由監(jiān)控服務(wù)確保網(wǎng)絡(luò)HA的穩(wěn)定性。
OpenStack云環(huán)境運(yùn)維
大規(guī)模集群的部署涉及到資產(chǎn)管理的問題，黑龍江電力方案中所有物理機(jī)機(jī)器均已登記在冊，并在機(jī)架的固定位置標(biāo)號。安裝工具Roller為指定固定IP地址，保證新集群部署完畢之后與現(xiàn)有資產(chǎn)表保持完全一致。后期運(yùn)維同樣可以使用Roller靈活擴(kuò)展集群規(guī)模。
此外，黑龍江電力云平臺實(shí)現(xiàn)了公司內(nèi)部IM平臺(合創(chuàng)圈)的自動化部署，運(yùn)維人員僅需發(fā)送文字，即可實(shí)現(xiàn)交互完成部署。此外，方案中還運(yùn)用了自動運(yùn)維、巡檢腳本, 來定期設(shè)置與執(zhí)行運(yùn)維任務(wù)。
OpenStack云計(jì)算監(jiān)控——業(yè)務(wù)連續(xù)性的保障
黑龍江電力方案中一旦物理機(jī)、OpenStack服務(wù)、或Ceph集群出現(xiàn)異常, Zabbix均能監(jiān)控到并自動報(bào)警. 將報(bào)警信息以短信、微信的形式發(fā)送到相關(guān)運(yùn)維人員的手機(jī)上。通過與Zabbix監(jiān)控集成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場大屏幕、指示燈，及自動化短信發(fā)送。
OpenStack安全
黑龍江電力對OpenStack安全是主要從權(quán)限管理和網(wǎng)絡(luò)安全管理來控制對云平臺安全的保證。實(shí)現(xiàn)對OpenStack各個組件之間的API調(diào)用進(jìn)行身份識別;通過用戶，租戶或項(xiàng)目(角色控制服務(wù)消費(fèi)者對各個服務(wù)資源的訪問權(quán)限。
此外，黑龍江電力還運(yùn)用OpenStack實(shí)現(xiàn)三層分級賬戶權(quán)限管理， 為不同權(quán)限級別的用戶呈現(xiàn)不同的導(dǎo)航界面，支持每個業(yè)務(wù)項(xiàng)目組來部署與修改自己的虛機(jī)。
結(jié)語：電力+互聯(lián)網(wǎng) 擁抱云計(jì)算正當(dāng)時(shí)
目前，黑龍江電力云計(jì)算平臺共計(jì)部署物理主機(jī)272臺，完成營銷系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管控、PMS2.0、電力交易、GIS平臺等80%系統(tǒng)遷移。營銷系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行13個月，運(yùn)行效率提升近30%，100%業(yè)務(wù)系統(tǒng)完成入云。
其中，營銷月結(jié)時(shí)計(jì)算時(shí)長從原12小時(shí)縮短到72分鐘，效率提升900%; 營銷系統(tǒng)合帳報(bào)表耗時(shí)從原1小時(shí)47分鐘縮短到4分鐘效率提升2575%;高峰頁面訪問響應(yīng)時(shí)長由6-8秒縮短至1-2秒，效率提升300%。
▲黑龍江電力云平臺系統(tǒng)遷移前后測試對比表
借電力云平臺的搭建，黑龍江電力還完成了Hadoop平臺搭建，實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)分析;以在線統(tǒng)一日志分析平臺實(shí)現(xiàn)對服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)中間件、權(quán)限管理系統(tǒng)、端設(shè)備的日志收集，及對即時(shí)通訊系統(tǒng)信息分析。
“十三五”期間，在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)的推動下，各行各業(yè)都在謀求變化，試圖構(gòu)建新的產(chǎn)業(yè)格局，占據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)的時(shí)機(jī)，而黑龍江電力敢為天下先，以創(chuàng)新的態(tài)度與穩(wěn)健的方式將電力核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)與OpenStack云平臺+互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將會在電力系統(tǒng)中投映出更加璀璨的未來。
