【IT168 云計算】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、用電量、電網規(guī)模均位列世界第一。如何響應國家號召，加強供給側結構性改革，增強持續(xù)增長動力，以提高供給體系的結構和效率，是電力行業(yè)的當務之急。作為國家電網公司全資的黑龍江省電力公司(以下簡稱：黑龍江電力)，在負責建設、運行維護省電網及保障全區(qū)安全可靠供電任務的同時，積極擁抱云計算技術，通過技術創(chuàng)新實現自身的戰(zhàn)略使命成為了當務之急。
作為國家經濟命脈，電力系統任何中斷都會造成巨大的社會和經濟影響。因此國家電網實時監(jiān)控著各個省電力公司的業(yè)務系統運行情況。這對原本主要依靠專有硬件設備堆砌來解決系統可靠性的省電力系統向靈活敏捷的云化轉型，提出巨大挑戰(zhàn)。
經過審慎的評估、選型，黑龍江電力與在OpenStack領域擁有豐富中大規(guī)模企業(yè)級實踐經驗及技術實力的EasyStack合作建起首期即超過200節(jié)點的電力云計算平臺，率先在電力行業(yè)走出核心業(yè)務擁抱云計算的第一步!目前，包括營銷、財務管控、電能量現代化應用、移動作業(yè)管理、全國電力市場技術支撐、電網GIS等業(yè)務生產系統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據分析、數據交換等數據處理系統。整個云平臺計劃達到700臺物理節(jié)點，成為電力系統內首屈一指、示范性云平臺系統。
黑龍江電力信通公司副總經理趙威表示，“本次國家電網黑龍江公司的OpenStack云平臺，實現了計算、存儲、網絡資源徹底的云化，并將全部業(yè)務系統遷移到云計算平臺中，在1年的運營過程中，不僅穩(wěn)定可靠，更大幅提升了運行效率。我們還將在此基礎上開展運維自動化相關工具的研究，并實現與大數據平臺相結合。該OpenStack云平臺將為黑龍江電力進一步實現業(yè)務創(chuàng)新提供穩(wěn)定靈活、自主可控的基礎架構支撐。”
黑龍江電力云平臺方案設計
考慮到整個云平臺的設計規(guī)模將達到700臺物理服務器，同時所承載的是電力行業(yè)核心生產系統，云平臺的可靠性和可用性要求成為首要設計指標，針對這一現狀，黑龍江電力公司決定采用開源技術來構建自身的云品臺方案。
▲黑龍江電力云平臺網絡架構示意圖
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，設計難點在于如何平衡關鍵服務可靠性與平臺可擴展性之間的矛盾，同時從計算、網絡、存儲等模塊優(yōu)化OpenStack平臺消息機制，經過優(yōu)化后，平臺組件間的冗余消息大幅減少，消息轉發(fā)效率大幅提升，為承載千臺規(guī)模計算節(jié)點打下了基礎。
通過HA以及云平臺的高可靠設計等方案的實施使之區(qū)別并領先于其它OpenStack發(fā)行版，可用于承載核心業(yè)務的中大規(guī)模云計算環(huán)境，輕松應對電力系統傳統與創(chuàng)新的業(yè)務挑戰(zhàn)。
深入優(yōu)化計算、存儲以及網絡性能，從KVM、OVS、Ceph等最底層技術開始源代碼級優(yōu)化，最終提供接近物理硬件能力的計算、存儲和網絡性能，為黑龍江電力各個核心業(yè)務系統提供了高性能、可靠的服務平臺。
計算虛擬化
通過實施OpenStack云計算，可以按照黑龍江電力各個業(yè)務所需的計算能力的規(guī)模，將各個業(yè)務部署到合適的物理中，有效整合物理機資源，提高資源利用率。通過每個VM隔離應用，保證單個VM的資源需求得到滿足。在單臺物理機故障或宕機的情況下，將業(yè)務系統按計劃遷移到其他物理機或者盡快在其他物理機恢復，保證SLA，降低業(yè)務連續(xù)性風險。通過與黑龍江各個業(yè)務系統應用軟件集群相結合，實現整個業(yè)務系統的高可靠性、高連續(xù)性、快速擴展性。
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服務器均開放，同時對MySQL，Oracle，Weblogic等數據庫和中間件應用服務器也能開放性的支撐，達到自主、可控的目的，同時降低軟硬件的CAPEX(資本支出)和OPEX(運營支出)。
分布式存儲Ceph
鑒于運用商業(yè)存儲的一些問題，同時考慮黑龍江電力業(yè)務系統對性能和可靠性，擴展性的要求以及目前設備環(huán)境現狀——盡量避免由于實施需要采購新設備、增加部署工作量、延長云平臺方案實施周期等，只要對目前設備環(huán)境做少許變更即可實施。
黑龍江電力采用利用開源技術實現的分布式存儲Ceph，并使用Cinder可以使用Ceph作為后端存儲。實現了統一存儲，提供對象存儲，塊存儲及文件系統的支持;無任何單點故障;數據多份冗余;存儲容量可擴展;自動容錯及故障自愈;并支持快照、備份、恢復，支持QEMU及Libvirt虛擬化等功能。
黑龍江電力在實際部署時，通過對SSD極速、HDD高容量兩個資源池的OSD的設置，完成了3份數據副本的支持?；贑eph的分布式高性能存儲方案，極大的提高了云主機的IO性能，足以應對各種苛刻的企業(yè)應用需求。黑龍江電力云平臺現狀可以在10秒內完成一臺云主機的創(chuàng)建;支持實時快照，對1T硬盤的快照的操作耗時不超過2秒。
由于數據量增長迅猛，黑龍江電力在方案部署期間進行了多次存儲擴容， 在擴容過程中 ,由于數據量較大, 為保證不影響已上線業(yè)務的正常運行, 通過降低Ceph rebalance優(yōu)先級的方式, 在不影響業(yè)務的情況下, 實現了存儲的在線擴容。
網絡虛擬化
為了滿足業(yè)務對網絡性能和擴展性，可靠性的需求，此次虛機網絡沒有通過L3 router轉發(fā), 而是直接連接至對應VLAN網關，來保證用戶實際的使用性能與感受。最終方案通過使用VLAN+OpenVSwitch方式配置網絡，合理分配不同網絡平面的流量。
▲黑龍江電力云平臺網絡邏輯示意圖
其中：
通信網——用于云內部虛擬機間通信;
業(yè)務網——用于虛擬機提供外部業(yè)務訪問;
存儲網——用于Ceph集群間數據拷貝;
部署網——用于物理主機云環(huán)境部署;
管理網——用于OpenStack與被管理主機間通信;
通過多個網絡節(jié)點，實現公網的負載均衡及HA，高性能和高可用, 網絡節(jié)點使用Router級別的Active/Standby方式實現HA，并使用獨立的網絡路由監(jiān)控服務確保網絡HA的穩(wěn)定性。
OpenStack云環(huán)境運維
大規(guī)模集群的部署涉及到資產管理的問題，黑龍江電力方案中所有物理機機器均已登記在冊，并在機架的固定位置標號。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有資產表保持完全一致。后期運維同樣可以使用Roller靈活擴展集群規(guī)模。
此外，黑龍江電力云平臺實現了公司內部IM平臺(合創(chuàng)圈)的自動化部署，運維人員僅需發(fā)送文字，即可實現交互完成部署。此外，方案中還運用了自動運維、巡檢腳本, 來定期設置與執(zhí)行運維任務。
OpenStack云計算監(jiān)控——業(yè)務連續(xù)性的保障
黑龍江電力方案中一旦物理機、OpenStack服務、或Ceph集群出現異常, Zabbix均能監(jiān)控到并自動報警. 將報警信息以短信、微信的形式發(fā)送到相關運維人員的手機上。通過與Zabbix監(jiān)控集成，實現現場大屏幕、指示燈，及自動化短信發(fā)送。
OpenStack安全
黑龍江電力對OpenStack安全是主要從權限管理和網絡安全管理來控制對云平臺安全的保證。實現對OpenStack各個組件之間的API調用進行身份識別;通過用戶，租戶或項目(角色控制服務消費者對各個服務資源的訪問權限。
此外，黑龍江電力還運用OpenStack實現三層分級賬戶權限管理， 為不同權限級別的用戶呈現不同的導航界面，支持每個業(yè)務項目組來部署與修改自己的虛機。
結語：電力+互聯網 擁抱云計算正當時
目前，黑龍江電力云計算平臺共計部署物理主機272臺，完成營銷系統、財務管控、PMS2.0、電力交易、GIS平臺等80%系統遷移。營銷系統已連續(xù)運行13個月，運行效率提升近30%，100%業(yè)務系統完成入云。
其中，營銷月結時計算時長從原12小時縮短到72分鐘，效率提升900%; 營銷系統合帳報表耗時從原1小時47分鐘縮短到4分鐘效率提升2575%;高峰頁面訪問響應時長由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，實現離線數據分析;以在線統一日志分析平臺實現對服務器、網絡設備、安全設備、數據庫、系統中間件、權限管理系統、端設備的日志收集，及對即時通訊系統信息分析。
“十三五”期間，在云計算、大數據等相關技術的推動下，各行各業(yè)都在謀求變化，試圖構建新的產業(yè)格局，占據產業(yè)發(fā)展的制高點的時機，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)務系統與OpenStack云平臺+互聯網的結合，將會在電力系統中投映出更加璀璨的未來。
