CN107979620B - 异构混合云计算系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异构混合云计算系统，属于计算机技术领域。本发明在用户端，采用全国产化终端及虚拟桌面技术，解决终端自主安全可控；在云端，基础软硬件及虚拟化层构建了两个虚拟化资源池，一个是国产化服务器采用容器Docker技术交付计算能力(容器)，另一个为X86架构服务器采用基于内核的虚拟化KVM技术交付计算能力(虚拟机)，两个虚拟化资源池能够由云管控平台进行统一监控和管理，解决云端自主安全可控问题。

Description

异构混合云计算系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种异构混合云计算系统。

背景技术

传统情况下，云计算资源池大多采用业界较为流行的虚拟化软件(如VMwarevSphere、Citrix XenServer、Microsoft Hyper-v、KVM等)对X86服务器进行资源整合，通过部署云计算资源池虚拟化软件，实现单个物理服务器实体上运行多个虚拟服务器，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理服务器，从而大大提高资源利用率，实现了服务器虚拟架构的整合。

目前，较X86架构服务器相比，国产化服务器性能普遍较低，且大多不支持硬件辅助的主流虚拟化技术，即使部分国产化服务器能够兼容主流虚拟化软件，但搭建成虚拟化资源池后，硬件整体性能损耗也极为严重，对本来性能不高的国产化服务器可谓雪上加霜，因此，国产化云平台建设迟迟没有得到进一步推进，自主可控进入云计算领域遇到了瓶颈。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种云计算系统，使得终端、云端均实现自主安全可控。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种异构混合云计算系统，包括基础软硬件及虚拟化层、云管控平台层、云应用开发库层和应用系统层四部分；

所述基础软硬件及虚拟化层用于将基础硬件资源转化为能被上层系统调度与使用的虚拟资源池，包括计算子系统、存储子系统和网络子系统；

所述云管控平台层用于将基础软硬件及虚拟化层中的计算资源、存储资源、数据库资源和网络资源统一进行管控，通过自助门户对国产平台和X86架构平台这两个虚拟化平台进行统一操作管理，云管控平台层包括运营管控模块和运维管控模块，运营管控模块用于对上层用户提供基础软硬件及虚拟化层各类资源的按需供给服务；运维管控模块用于对所述两个虚拟化平台进行运维管理，包括监控告警、云资源管理和组织管理功能；

所述应用系统层根据面向用户类型的不同，分为基于云桌面的应用系统和基于Web的应用系统两类；基于云桌面的应用系统是面向个人用户使用的各类应用软件，在用户端，国产化终端替换掉X86架构终端设备，通过云桌面技术，将面向个人用户使用的各类应用软件部署在基础软硬件及虚拟化层的X86架构服务器虚拟化创建的虚拟机中，在国产化终端上安装云桌面登陆客户端，通过登陆客户端，将用户终端与云桌面建立链接，实现在国产化终端上对本地安装的国产化应用软件与基于云桌面中部署的非国产化应用软件进行统一操作管理；基于Web的应用系统是基于B/S架构对群体用户提供各类业务服务的应用系统，根据应用开发架构的不同，将基于Web的应用系统分别对应部署在国产平台和X86架构平台两个平台中；

所述云应用开发库层用于，通过云管控平台层自助门户申请获得国产化服务器与轻量级虚拟化Docker容器技术搭建起的国产化平台计算资源、存储资源和网络资源后，在创建的Docker容器中进行应用系统的开发，开发过程中，从公有仓库中下载使用所需软件开发组件及模块，以及将开发生成的各类镜像文件形成镜像库，存放到私有仓库或公有仓库中，供共享下载使用。

优选地，所述计算子系统用于通过对物理服务器的虚拟化封装，实现服务器资源控制与交付，服务器资源交付的方式包括弹性计算服务ECS，ECS允许用户根据需要创建任意数量的虚拟机，并进行管理，支持对已创建虚拟服务器的CPU和内存执行升级或降级操作；所述计算资源分为国产化虚拟化资源池和X86架构虚拟化资源池两类，采用国产化服务器与轻量级虚拟化Docker容器技术搭建国产化虚拟化资源池，采用X86架构服务器与虚拟化技术KVM搭建X86架构虚拟化资源池；

所述存储子系统用于通过对SAN设备和服务器本地硬盘的虚拟化封装，向用户提供数据存储、管理和访问服务；存储子系统基于国产服务器本地磁盘和国产磁盘阵列构建两类存储服务：弹性块存储服务和对象存储服务，为国产平台和x86架构平台上的应用系统提供标准接口的存储服务，实现私有云平台存储服务的全国产化；所述弹性块存储服务，基于服务器本地磁盘和外接磁盘阵列通过分布式块存储系统构建块存储资源池，以卷的方式提供存储能力，用于虚拟机运行文件、虚拟磁盘、磁盘I/O密集型应用；对象存储服务，是对象存储系统将服务器的本地硬盘整合起来协同工作，并通过通用数据接口提供的存储服务，用于承载虚拟机镜像文件和数据备份，也直接为运行在虚拟机中的软件系统提供网络存储服务；

所述网络子系统用于提供VPC、安全组和路由这些业务功能，包括两层实现，一种是连接物理设备的物理基础设施网络，另一种是连接云主机或容器的虚拟网络，所述物理基础设施网络用于实现各种计算、存储和安全物理设备之间的通信和管理，用户网络中的客户端机器通过交换机和防火墙链接到VPN加密设备，接着经过核心路由器、服务器汇聚交换机访问国产化服务区或x86服务区中提供的各种数据中心服务，其中，VPN加密设备和路由器将多个不同地域的局域网安全地连接在一起，以管理多地域的数据中心和用户网络，各个局域网中的物理服务器使用固定IP地址分配。

(三)有益效果

本发明在用户端，采用全国产化终端及虚拟桌面技术，解决终端自主安全可控；在云端，基础软硬件及虚拟化层构建了两个虚拟化资源池，一个是国产化服务器采用容器Docker技术交付计算能力(容器)，另一个为X86架构服务器采用基于内核的虚拟化KVM技术交付计算能力(虚拟机)，两个虚拟化资源池能够由云管控平台进行统一监控和管理，解决云端自主安全可控问题。通过搭建两个虚拟化资源池(国产化与X86架构)，实现了自主可控应用及非国产化应用系统在统一云平台上稳定运行；云桌面技术的应用，解决了非国产化工程类应用软件在国产化终端上的统一部署操作；云应用开发库的构建，提高了软件开发效率，缩短了系统开发周期。

附图说明

图1为本发明实施例提供的异构混合云计算系统的整体架构图；

图2为本发明实施例提供的异构混合云计算系统的具体架构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1是本发明实施例提供的异构混合云计算系统的整体架构图，主要由基础软硬件及虚拟化层、云管控平台层、云应用开发库层和应用系统层四部分组成。

1、基础软硬件及虚拟化层

该层负责将基础硬件资源转化为能被上层服务系统灵活调度与使用的虚拟资源池，包括计算子系统、存储子系统和网络子系统。

在基础软硬件、虚拟化层，包括计算资源、存储资源、数据库资源、物理网络资源四类资源池：

计算资源，云平台搭建计算资源池多采用“物理计算资源池”与“虚拟化计算资源池”相结合的建设思路，主要考虑到某些业务应用系统不适合在云平台上运行，则将其直接部署在物理服务器上。对于虚拟化计算资源池，主要划分为国产化计算资源池和X86架构计算资源池，图2为本发明实施例提供的异构混合云计算系统的具体架构图，如图2所示(其中，M、N为正整数)，国产化计算资源池，采用国产化基础设备，结合轻量级虚拟化Docker容器技术进行构建。X86架构计算资源池通过在X86架构基础设备上部署虚拟化软件KVM，构建其虚拟化计算资源池。

存储资源，存储子系统通过对SAN存储设备、服务器本地磁盘的虚拟化封装，向用户提供数据存储、管理和访问服务。该子系统基于国产化磁盘阵列和国产化服务器本地磁盘构建三类存储服务：弹性块存储服务、对象存储服务和文件存储服务，为国产化平台及x86架构平台上的应用系统提供标准接口的存储服务，实现云平台存储服务的全国产化。

数据库资源，数据结构类型的多样性，平台提供关系型数据库和非关系型数据库，包括SQL数据库、NewSQL数据库、NoSQL数据库三种数据库服务。

物理网络资源，网络子系统提供VPC、安全组、路由等业务功能，包括两层实现，一种是连接物理设备的物理基础设施网络，另一种是连接云主机或容器的虚拟网络。

针对物理基础设施网络，网络设备如交换机、路由器等提供了各种计算、存储和安全等物理设备之间通信和管理。用户网络中的客户端机器通过交换机和防火墙链接到VPN加密设备，接着经过核心路由器、服务器汇聚交换机访问国产化服务区或x86服务区中提供的各种数据中心服务；针对虚拟网络，包括国产化服务器区构建的Docker虚拟网络和x86服务器区构建的云主机虚拟网络。

所述计算子系统通过对物理服务器的虚拟化封装，实现灵活的服务器资源控制与交付。弹性计算服务ECS是服务器资源交付的基本方式，允许用户根据需要创建任意数量的虚拟机(称之为实例)，并进行管理。支持对已创建虚拟服务器的CPU、内存执行升级/降级操作，从而支撑用户的业务需要。计算资源分为国产化虚拟化资源池和X86架构虚拟化资源池两类。采用国产化服务器与轻量级虚拟化docker容器技术搭建国产化虚拟化资源池，X86架构虚拟化资源池采用X86架构服务器与虚拟化技术KVM搭建。

所述存储子系统通过对SAN设备、服务器本地硬盘的虚拟化封装，向用户提供数据存储、管理和访问服务。该子系统基于国产服务器本地磁盘和国产磁盘阵列构建两类存储服务：弹性块存储服务和对象存储服务，为国产平台和x86架构平台上的应用系统提供标准接口的存储服务，实现私有云平台存储服务的全国产化。弹性块存储服务EBS，基于服务器本地磁盘和外接磁盘阵列通过分布式块存储系统构建块存储资源池，以卷的方式提供存储能力，主要用于虚拟机运行文件、虚拟磁盘、磁盘I/O密集型应用(如数据库)等。对象存储服务S3，对象存储系统将服务器的本地硬盘整合起来协同工作，并通过通用数据接口(如posix、CIFS、s3等)提供存储服务。主要用于承载虚拟机镜像文件、数据备份等，也可直接为运行在虚拟机(容器)中的软件系统提供网络存储服务。

所述网络子系统提供VPC、安全组、路由等业务功能，包括两层实现，一种是连接物理设备的物理基础设施网络，另一种是连接云主机或容器的虚拟网络。物理基础设施网络，网络设备如交换机、路由器等提供了各种计算、存储和安全等物理设备之间通信和管理。用户网络中的客户端机器通过交换机和防火墙链接到VPN加密设备，接着经过核心路由器、服务器汇聚交换机访问国产化服务区或x86服务区中提供的各种数据中心服务。其中，VPN加密设备和路由器将多个不同地域的局域网安全地连接在一起，可以有效可靠地管理多地域的数据中心和用户网络。各个局域网中的物理服务器使用固定IP地址分配。

2、云管控平台层

基础软硬件及虚拟化层中的计算资源、存储资源、数据库资源和网络资源统一由上层的云管控平台进行管控，系统管理人员通过自助门户对国产平台和X86架构平台进行统一操作管理。云管控平台主要包括运营管控和运维管控两方面，运营管控主要是对上层用户提供基础软硬件层各类资源的按需供给服务。运维管控则是对两个虚拟化平台进行运维管理，包括监控告警、云资源管理、组织管理等功能。

在云管控平台层，实现对国产化与非国产化虚拟化平台资源的集中管控，可横向、动态扩展云资源规模和容量，以适应未来发展的需求。云管控平台层可兼容Docker容器及第三方主流虚拟化软件，可直接管理国产化、非国产化设备(包括服务器、存储设备、网络设备等)及其上的操作系统、数据库、业务应用，实现数据中心各类软硬件资源的管理及监控，可将虚拟资源作为服务提供给终端用户使用。

3、应用系统层

根据面向用户类型的不同，将应用系统分为基于云桌面的应用系统和基于Web的应用系统两类。基于云桌面的应用主要是面向个人用户使用的各类应用软件，如：门户、收发文管理、安全电子邮件、信息发布平台等自主可控应用系统。在用户端，国产化终端替换掉X86架构终端设备，由于兼容性问题，部分非国产化应用软件无法在国产化终端设备上运行，通过云桌面技术，将该类应用软件部署在基础设施服务层的X86架构服务器虚拟化创建的虚拟机中，在国产化终端设备上安装云桌面登陆客户端，通过登陆客户端，将用户终端与云桌面建立链接，实现在国产化终端上对本地安装的国产化应用软件与基于云桌面中部署的非国产化应用软件进行统一操作管理。基于云桌面的应用系统，用户端部署国产化终端设备后，因考虑到软硬件兼容性问题，一些非国产化的办公应用软件需要通过云桌面的形式部署在X86架构云平台上，从而使国产化终端能够对各类应用软件进行统一操作使用。基于Web的应用系统主要是基于B/S架构对群体用户提供各类业务服务的应用系统。根据应用开发架构的不同，将应用系统分别对应部署在国产平台和X86架构平台两个平台中。

4、云应用开发库层

通过云管控平台自助门户，申请获得国产化服务器与轻量级虚拟化Docker容器技术搭建起的国产化平台计算资源、存储资源、网络资源。获得资源后，在创建的Docker容器中进行应用系统的开发，开发过程中，可以从公有仓库中下载使用所需软件开发组件及模块，也可以将开发生成的各类镜像文件形成镜像库，存放到私有仓库或公有仓库中，供软件开发人员共享下载使用。

在云应用开发库层，主要为应用开发人员提供在线开发环境，支撑云应用开发，完善云生态等，依托轻量级虚拟化Docker容器技术自身特点，根据软件开发过程中生成组件、模块的共性特点在云应用开发库层存放了大量的镜像供用户直接下载使用。通过自建私有仓库，用来存放其开发过程中生成的各类镜像文件，形成各类镜像库，如基础软件镜像库、开发环境库、大数据应用开发库等，供软件开发人员下载使用。

基于本发明的系统实现的业务系统部署流程为：

(1)基于Web应用系统和基于云桌面应用系统的部署，结合IT资源需求情况，业务部门通过云管控平台自助门户向信息中心部门申请基础设施服务层云资源，包括国产平台计算资源、X86平台计算资源、存储资源、网络资源和数据库资源，填写需要的虚拟化类型(KVM、Docker)、资源总量(CPU、内存、存储、网络)，还可以申请虚拟机(容器)、申请网络和申请卷空间等。

(2)信息中心收到资源申请后通过云管控运营平台进行审批并分配资源。

(3)在业务部门获得所需的云资源后，可以进行资源分配，创建虚拟机(容器)，进而在虚拟机(容器)中部署业务应用。

(4)信息中心系统管理人员通过云管控运维平台可以实时管理监控云平台状况，保障混合异构云平台的安全稳定运行。

本发明提出一种异构混合云计算系统，给出了云系统建设由非国产化向国产化转变的整体解决方法，关键点具体体现在以下四点：

(1)异构云系统，支持各类应用系统部署运行。通过对物理服务器的虚拟化封装，实现对服务器资源灵活的控制与交付，该子系统基于国产化服务器和x86架构服务器分别构建两个虚拟化平台，其中，国产化虚拟化平台利用国产化基础设备(服务器、存储、网络等)，结合轻量级虚拟化Docker容器技术交付计算能力，主要用于部署自主可控应用系统。X86架构虚拟化平台方面，则根据X86架构基础设备(服务器、存储、网络等)搭配基于内核的虚拟化KVM技术交付计算能力，X86架构虚拟化平台的搭建主要是为了解决某些非国产化的应用系统无法在国产化虚拟化平台部署运行的问题，两种平台的搭建共存，保证各类应用系统均能获得最佳的运行环境，两种虚拟化平台由云平台管控系统进行统一监控和管理。

(2)容器技术的应用。容器共享宿主系统的内核且不需要特定硬件的辅助支持，是一种轻量级虚拟化技术，性能损耗小，可获得与物理机几乎一致的性能，因此，本方案国产化服务器采用容器docker技术交付计算能力。

(3)桌面云技术的应用，实现了各类应用软件在国产化终端的统一操作。解决了部分非国产化工程类应用软件无法在国产化终端运行的问题，通过应用云桌面技术，将该类应用软件部署在X86架构服务器虚拟化创建的虚拟机中，登陆客户端安装在国产化终端设备上，实现国产化终端对自身系统及云桌面的统一操作。

(4)构建云应用开发库。通过构建仓库，存放各类软件开发过程中生成的软件模块及组件封装成的镜像文件，形成各类镜像库，如基础软件镜像库、开发环境库、大数据应用开发库等，供所有软件开发人员直接下载使用，避免软件的重复开发，提高软件的使用效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种异构混合云计算系统，其特征在于，包括基础软硬件及虚拟化层、云管控平台层、云应用开发库层和应用系统层四部分；

所述基础软硬件及虚拟化层用于将基础硬件资源转化为能被上层系统调度与使用的虚拟资源池，包括计算子系统、存储子系统和网络子系统；

所述云管控平台层用于将基础软硬件及虚拟化层中的计算资源、存储资源、数据库资源和网络资源统一进行管控，通过自助门户对国产平台和X86架构平台这两个虚拟化平台进行统一操作管理，云管控平台层包括运营管控模块和运维管控模块，运营管控模块用于对上层用户提供基础软硬件及虚拟化层各类资源的按需供给服务；运维管控模块用于对所述两个虚拟化平台进行运维管理，包括监控告警、云资源管理和组织管理功能；

所述应用系统层根据面向用户类型的不同，分为基于云桌面的应用系统和基于Web的应用系统两类；基于云桌面的应用系统是面向个人用户使用的各类应用软件，在用户端，国产化终端替换掉X86架构终端设备，通过云桌面技术，将面向个人用户使用的各类应用软件部署在基础软硬件及虚拟化层的X86架构服务器虚拟化创建的虚拟机中，在国产化终端上安装云桌面登陆客户端，通过登陆客户端，将用户终端与云桌面建立链接，实现在国产化终端上对本地安装的国产化应用软件与基于云桌面中部署的非国产化应用软件进行统一操作管理；基于Web的应用系统是基于B/S架构对群体用户提供各类业务服务的应用系统，根据应用开发架构的不同，将基于Web的应用系统分别对应部署在国产平台和X86架构平台两个平台中；

所述云应用开发库层用于，通过云管控平台层自助门户申请获得国产化服务器与轻量级虚拟化Docker容器技术搭建起的国产化平台计算资源、存储资源和网络资源后，在创建的Docker容器中进行应用系统的开发，开发过程中，从公有仓库中下载使用所需软件开发组件及模块，以及将开发生成的各类镜像文件形成镜像库，存放到私有仓库或公有仓库中，供共享下载使用。

2.如权利要求1所述的异构混合云计算系统，其特征在于，所述计算子系统用于通过对物理服务器的虚拟化封装，实现服务器资源控制与交付，服务器资源交付的方式包括弹性计算服务ECS，ECS允许用户根据需要创建任意数量的虚拟机，并进行管理，支持对已创建虚拟服务器的CPU和内存执行升级或降级操作；所述计算资源分为国产化虚拟化资源池和X86架构虚拟化资源池两类，采用国产化服务器与轻量级虚拟化Docker容器技术搭建国产化虚拟化资源池，采用X86架构服务器与虚拟化技术KVM搭建X86架构虚拟化资源池；

所述存储子系统用于通过对SAN设备和服务器本地硬盘的虚拟化封装，向用户提供数据存储、管理和访问服务；存储子系统基于国产服务器本地磁盘和国产磁盘阵列构建两类存储服务：弹性块存储服务和对象存储服务，为国产平台和x86架构平台上的应用系统提供标准接口的存储服务，实现私有云平台存储服务的全国产化；所述弹性块存储服务，基于服务器本地磁盘和外接磁盘阵列通过分布式块存储系统构建块存储资源池，以卷的方式提供存储能力，用于虚拟机运行文件、虚拟磁盘、磁盘I/O密集型应用；对象存储服务，是对象存储系统将服务器的本地硬盘整合起来协同工作，并通过通用数据接口提供的存储服务，用于承载虚拟机镜像文件和数据备份，也直接为运行在虚拟机中的软件系统提供网络存储服务；

所述网络子系统用于提供VPC、安全组和路由这些业务功能，包括两层实现，一种是连接物理设备的物理基础设施网络，另一种是连接云主机或容器的虚拟网络，所述物理基础设施网络用于实现各种计算、存储和安全物理设备之间的通信和管理，用户网络中的客户端机器通过交换机和防火墙链接到VPN加密设备，接着经过核心路由器、服务器汇聚交换机访问国产化服务区或x86服务区中提供的各种数据中心服务，其中，VPN加密设备和路由器将多个不同地域的局域网安全地连接在一起，以管理多地域的数据中心和用户网络，各个局域网中的物理服务器使用固定IP地址分配。

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