联想基于OpenStack的高可用企业云平台实践
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摘要： 联想IT选择了基于OpenStack承载其“互联网”战略的企业云平台。经过半年多的实践，联想已经建设成为规模超过3000 Core的OpenStack生产级环境，数据以最高10TB/天的速度快速增长，并计划在年内将20% IT系统迁移到云。
【编者按】在《InfoWorld》评选的年度最佳开源平台、基础设施、管理和编排软件中，Container相关的软件上榜无数，而OpenStack榜上无名，但这并不意味着IaaS的没落，它仍是云的基石，只是在国外已经比较成熟。但在中国市场，说得上的OpenStack案例，往往来自互联网公司，尽管有企业就绪的呼声，传统行业对OpenStack仍然观望居多。本文介绍了IT大厂联想集团基于OpenStack构建私有云的转型实践，从技术架构和业务应用层面，验证了OpenStack的企业级高可用。尽管OpenStack承载的仍是互联网业务，但联想计划在年内将20%的IT系统迁移到云，这是难能可贵的一大步。
在走向移动化、社交网络的过程中，无论传统的PC与手机都经历着激烈的竞争及快速的技术转变。在面临市场的飞速演变与竞争中，联想集团提出了从产品导向到用户导向转型的新战略。而只有可快速迭代、弹性扩展的企业云平台才能够支撑联想这种业务创新的需求。经过慎重研究与评估后，联想IT选择了基于OpenStack承载其“互联网”战略的企业云平台。经过半年多的实践，已经建设成为规模超过3000 Core的OpenStack生产级环境，数据以最高10TB/天的速度快速增长，并计划在年内将10%~20% IT负载迁移到云环境。
转型与云选型
以往的联想的内部IT主要面向大型客户以及渠道为主，系统架构以包括IBM Power小机、AIX、PowerVM、DB2及近年普遍使用的VMware虚拟化的传统IT架构构建而成。在向互联网企业转型的过程中，首先在用户数与交易量就远远无法支撑全新的B2C的业务。其次在成本方面，联想以往的IT架构是大规模采用商用化的解决方案，可靠但不便扩展且成本昂贵。
此外，对于IT团队的效率与安全合规性，传统的IT架构仍然无法支撑起联想面向电商与移动新业务转型。2015年，联想IT进入到基础架构再造的阶段——需要采用新的云计算平台来支撑新的业务。
在选型过程中，联想对主流的x86虚拟化技术、私有云平台、公有云进行了全面分析与对比后，联想从稳定性、可用性、开放性、以及生态系统的全面与活跃度等因素考虑，最终认为OpenStack云平台技术可以满足联想的企业需求，联想确定采用OpenStack作为其业务持续创新的基础云平台。
在OpenStack架构设计之初，联想就考虑了容灾方案，包括虚机、云硬盘、数据库等，确保在发生故障时可以迅速切换，确保业务的高可靠性。
高可用的架构设计
在逻辑架构上，联想企业云平台完全通过软件定义环境的方式来管理基础架构，底层采用x86服务器以及10Gb网络，引入互联网式的监控运维解决方案，并用OpenStack平台来管理所有资源。
联想企业云逻辑架构
出于高可用角度、最大化的提升云平台的系统效率，联想设计了云平台的物理架构，并采用高配置的服务器来构成计算、存储与网络一体的超融合系统，通过OpenStack整合为统一的资源池，将计算节点和存储节点放在同一个物理节点上。
联想企业云物理架构
硬件层面，双路的System X3650服务器，以及四路的ThinkServer RQ940，成为了联想企业云平台的硬件支柱。每节点用5个SSD硬盘与12个SAS硬盘来构成存储模块；SSD不仅用来做存储的缓冲，也是高性能存储池资源；并通过VM访问分布式存储，来实现系统的高可用性。
为了将OpenStack提升至企业级服务水平，联想在计算、网络、存储等方面解决了很多挑战。
计算
在计算方面，联想采用高密度的虚机部署方式，底层基于KVM 虚拟化技术，通过多种优化手段，发挥物理机最大性能，在计算存储融合架构下对CPU，内存等硬件资源做隔离。最终实现在每台双路CPU计算节点上保证50+虚机仍能平稳高效运行。
另外，在云环境里面一般提倡应用程序自身高可用来应对硬件故障，但仍然有一些应用属于传统应用，对于单个主机的可用性还有要求。对于不能做高可用的传统应用，联想通过Compute HA技术实现了计算节点的高可用，通过多种检测手段判定计算结点是否发生故障，将故障物理机上的虚机迁到其它可用的物理机上，整个过程无人值守，最大程度减少因为物理机故障导致的业务中断。
网络
l 网络隔离
使用不同网卡，不同交换机或不同VLAN将各种网络隔离，如：单独的OpenStack管理网，虚机生产网络，存储网络，公网，PXE网络。避免网络相互干扰，达到提高整体带宽和更好监控网络的目的。
联想OpenStack企业云平台网络架构
l 多Public网络
通过多个Public网络实现网络灵活性，便于管理安全策略。比如联通Public网络，电信Public网络，办公Public网络。
l 网络及优化
使用VLAN网络模式，与传统数据中心网络更好的整合，通过优化VLAN数据包处理，达到很好的网络数据包处理能力，让虚机网络带宽接近物理网络带宽。
l 双网卡绑定，多交换机
通过双网卡绑定到不同的交换机达到物理网络的高可用。
l 网络节点HA
通过多个网络节点，实现公网的负载均衡及HA，实现高性能和高可用, 网络节点使用Router级别的Active/Standby方式实现HA，使用独立的网络路由监控服务确保网络HA的稳定性。
存储
联想OpenStack云平台采用Ceph作为统一存储后端，其中Glance镜像、Nova虚拟机系统盘、Cinder云硬盘的数据存储由Ceph RBD提供，利用Ceph的Copy on Write特性，通过修改OpenStack代码，可做到秒级虚拟机部署。
Ceph作为统一存储后端，其性能无疑是企业核心应用是否虚拟化、云化的关键指标之一。在计算存储共同运行的超融合部署架构中，存储性能调优既要最大化存储性能、又要保证计算和存储资源的隔离，保证系统的稳定性。针对如下图所示的整个IO栈，联想从下往上，对各层进行了优化：
l 网络方面
打开Jumbo帧，提高数据传输效率；同时可采用10Gb以太网络来承载Ceph Cluster网络的流量，提高Ceph数据复制效率。
l 性能方面
利用SSD固态盘作为Ceph OSD日志盘来提高整个集群IO性能，来达到关键业务（如电商系统的数据库业务等）对性能的要求，做到性能和成本的最佳平衡点。SSD 具有低功耗，响应时间短，高IOPS，高吞吐量的特点。在Ceph的日志系统，对应的是多线程访问，采用SSD来代替机械硬盘，可以充分发挥，SSD随机读写响应时间短，高IO吞吐量的特点。通过调整IO调度策略，使之更适合于SSD盘，降低了整个IO的延时。
l 合理规划
根据服务器上虚拟机的密度，合理规划超融合节点下Ceph OSD的数量，并为OSD预分配CPU和内存等资源，同时，为保证系统稳定性，采用cgroup、taskset等工具对QEMU-KVM和Ceph OSD进行资源隔离。
l 参数调优
Ceph参数调优方面，通过调整Journal，FileStore的默认队列、OSD的OP线程数等参数，可有效提高性能。其它更多调优参数，可通过迭代测试，找到当前硬件环境的最佳参数。
l 数据高可用
数据高可用方面，除了OpenStack已有的数据保护措施之外，联想未来规划中的两地三中心也做了数据灾备方案的准备：
通过专有的低延迟的光纤专线，数据可同步存储在同城备份中心，可异步存储在异地灾备中心，最大限度保证数据安全性。
AD集成
此外，联想还将自身的业务需求融入到了OpenStack企业云平台中，作为一个拥有数万名员工的大企业，需要通过AD活动目录来进行认证，员工就不用单独再建用户、记口令等；通过协作方的定制开发，联想已将AD功能融入OpenStack企业云平台之中。
应用成果
在构建好整个OpenStack企业云平台之后，联想面向“互联网”转型的关键才得以展开，电子商务、大数据分析、IM、手机在线业务支撑等互联网业务，从测试到生产真正的由联想企业云平台支撑起来。从创新应用的测试团队反馈来看，联想企业云平台目前运行良好。
在联想OpenStack企业云平台的建设过程中，联想选择了国内的OpenStack公司提供专业咨询与服务，帮助联想建设初期平台，培养了OpenStack专家。对联想而言，选择OpenStack合作伙伴的主要考虑因素，就是对社区的兼容和不断的升级，以及企业级服务经验。
作者简介：赵明，联想OpenStack私有云项目经理。（编辑/周建丁）
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