數據中心遷移淺析
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摘 要：論文以信息系統數據中心遷移為研究對象，介紹企業數據中心遷移中可能存在的需求，綜合考慮系統遷移中的各類因素，從而選擇低實施風險、低資源投入、少業務影響的數據中心遷移方法。
關鍵詞：數據中心遷移;信息系統;數據庫;虛擬機
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：B
Abstract： This paper takes the data center migration of information system as the research object， introduces the possible requirements in the data center migration of enterprises， and comprehensively considers all kinds of factors in the system migration， so as to select the data center migration method with low implementation risk， low resource investment and little business impact.
Key words： data center migration; information system; database; virtual machine
1 引言
伴隨著IT技術的發展和組織對信息系統依賴程度的提高，單位的信息化建設高速推進，由此產生了較多問題：原有機房空間、電力、制冷等基礎環境不能滿足法則要求;信息系統分布在多個數據中心不便于管理，且發展受限;受限于早期技術和對信息化認知，信息化規劃有一定局限性，使得信息系統運維和運營難度提升;隨著單位自身的發展，辦公場地的搬遷要求數據中心隨之遷移。
由于上述諸如此類的原因，一些單位產生了數據中心遷移需求。隨著各種技術在數據中心遷移中被應用和遷移經驗的積累，數據中心遷移從最初的純物理遷移發展到邏輯遷移，數據中心遷移方案趨于多樣化，數據中心遷移也不再是為遷移而遷移，遷移過程使得以前不可能實現或較難實現的變革變得簡單，如數據中心重新規劃、系統架構調整、網絡結構調整、系統優化等。
2 數據中心遷移需求分析
由于各單位的IT現狀不同，搬遷過程中的需求也不盡相同，在數據中心遷移項目中，大致會有幾項需求。
2.1 數據安全要求
保護數據安全是所有數據中心遷移項目的最基本要求。遷移項目中，數據丟失風險可能來自兩個層面：物理損壞和邏輯破壞。物理損壞一般由磁盤損壞造成，而遷移過程中的誤操作、數據復制中的軟件或網絡原因等則可能造成邏輯損壞。
因此在遷移實施前，必須做好數據備份工作，并且所采用的備份方式必須能夠應對物理和邏輯兩個層面的破壞。為確保備份數據的可用性和有效性，需要對備份數據進行數據恢復測試工作。
為完成數據備份和恢復測試，需要備份系統和恢復測試環境。備份系統一般包括備份服務器、備份介質、備份工具?；謴蜏y試環境可以采用低配設備，如本地硬盤、性能滿足最低要求的軟件等。
2.2 業務連續性要求
滿足單位業務連續性要求是數據中心遷移項目的基本要求之一。如果遷移涉及設備量大、系統復雜，且允許的停機時間窗口不足以完成所有系統一次性遷移，則需要分批次遷移，且控制每批次的遷移量，使得每批次的停機時間窗口滿足單位的業務連續性要求。
2.3 多個數據中心搬遷到一個數據中心
由于各種原因，單位的數據中心可能分布在多個機房，也可能有多個通過數據中心遷移項目，將部署在多個機房或數據中心的系統遷移到一個數據中心，遷移過程中實現網絡、系統的整合。
2.4 搬遷后網絡調整需求
數據中心遷移項目中IP地址變更是較為常見的需求。由于早期數據中心建設時的局限性，以及后續的快速發展，普遍造成數據中心IP使用無序、不規范，利用數據中心遷移機會，使得重新規劃IP地址成為可能，特別是目標機房重新部署系統，可以從容排除IP變更后的任何隱患。
如果采用邏輯遷移，且目標數據中心新建主干網絡，一般目標機房的網絡架構將會重新規劃部署，使用更趨合理、優化。
2.5 系統調整需求
目標數據中心應用系統重新部署的遷移項目，可能會產生各種系統調整、優化需求。比如系統架構調整：單節點系統變更為多節點系統、部署在同一設備的數據庫和應用拆分到不同設備、共用服務器的應用拆分;比如存儲調整：SAN網絡優化整合、存儲擴容、Raid重構等;比如統一版本基線：硬件固件版本、操作系統版本、數據庫軟件版本、應用軟件版本等。
2.6 技術文檔梳理完善需求
單位在信息化建設過程中，隨時都有技術人員流失的可能，不可避免地會造成技術文檔的缺失。通過數據中心遷移，特別是目標數據中心重新部署系統是一個重新梳理、檢驗、完善文檔的過程。
3 數據中心遷移方法
數據中心遷移采用的方法有物理搬遷和邏輯遷移。所謂物理搬遷，就是將承載業務系統的設備從源機房搬運到目標機房恢復業務;所謂邏輯遷移，就是在目標機房部署相應的設備，將源機房的系統采用遷移、復制、部署后切換等方法遷移到目標機房。
純物理搬遷一般適用于設備量較少、應用比較簡單的數據中心，可以在一個時間窗口內一次性完成整個數據中心遷移。通常的物理搬遷用于非關鍵系統的遷移。
邏輯遷移過程中經常會采用一種或多種方法來達成目標，這種方法包括基于數據庫的復制技術、基于存儲的復制技術、基于虛擬化的虛擬機遷移技術等。除此之外，數據中心遷移中還經常采用類似于用于容災的主備系統切換。 3.1 基于數據庫的數據復制
基于數據庫的數據復制只針對數據庫數據，常用的數據庫軟件如Oracle、DB2、SQLServer等都可以通過數據庫軟件自帶的或其他軟件進行數據復制。在此以Oracle數據庫為例介紹。
3.1.1 實現數據庫復制需要具備的軟硬件條件
服務器：目標機房需要用于部署數據庫的服務器，服務器性能與源數據中心服務器性能相當。
磁盤陣列存儲設備：一般配置的磁盤陣列的可使用空間高于源數據中心數據庫數據量，因為在遷移過程中，除部署數據庫外，經常需要存放其他數據。
光纖交換機：建議采用雙機架構部署，每臺光纖交換機端口配置數量按照需要接入的服務器計算。
以太網交換機：如果是集群數據庫，可能需要心跳網絡，如條件允許，建議心跳網絡和業務網絡使用不同交換機，或采用邏輯隔離，交換機端口數量按照需要接入的服務器端口計算。
基于數據庫的復制軟件較多，視具體情況，部分軟件需要購買軟件許可。以Oracle數據庫為例，基于Oracle數據庫的數據復制技術大體上可分為兩類：Oracle自己提供的數據同步技術和第三方廠商提供的數據同步技術。Oracle自己的同步技術有DataGuard、Streams、Advanced Replication和GoldenGate的數據同步軟件。第三方廠商的數據同步技術有Quest公司的SharePlex和DSG的RealSync。其中，Oracle的DataGuard是免費軟件，其它都是付費軟件。
3.1.2 源數據中心和目標數據中心之間專線網絡需求
除第一次創建目標數據中心數據庫時數據量較大外，在后續數據復制時只需傳送日志，普通專線即可滿足。數據復制分為實時同步和定時同步，所需專線帶寬可根據所產生的日志量決定。
3.1.3 基于數據庫復制的特點
目標數據中心數據庫可以以打開方式存在，在數據復制過程中可以檢查數據庫數據，減少系統遷移窗口內的數據檢查時間。
如采用一些付費軟件，可以在不同數據庫軟件、不同版本間復制數據，可在遷移期間實現軟件基線統一。
部分復制軟件支持一對多、多對一、雙向復制等，也可以選擇部分對象進行復制，可滿足數據分發和數據集成的需要，在遷移期間可同時實現數據庫架構調整。
3.2 基于存儲的數據復制
基于存儲的數據復制是一種最常見也是最昂貴的一種方式，可以實現同步或異步的數據復制，同時不消耗主機資源。一般情況下這種復制方式不適于窄帶的環境，同步方式也不適于遠距離的復制。
3.2.1 基于存儲的數據復制需要具備的軟硬件條件
磁盤陣列存儲設備：要求與源數據中心同品牌、性能相當的存儲設備，所需存儲容量按照源數據中心需要復制的數據所使用的存儲卷空間計算。
服務器：目標數據中心可以配置服務器。
光纖交換機：目標數據中心在不配置服務器的情況下，可不用光纖交換機，否則，光纖交換機端口按接入設備計算。
波分設備：如采用同步方式，需要波分設備。
復制軟件：與存儲同一廠商軟件，需要購買軟件許可。
3.2.2 源數據中心和目標數據中心之間專線網絡需求
如果采用同步數據復制方式，在兩個數據中心間需要裸光纖連接，并且需要配置遠距離單模光纖模塊或波分設備，如果需要多個光纖通道，建議配置波分設備。
如果采用異步數據復制方式，可以按照數據增量配置普通專線。
3.2.3 基于存儲復制的特點
以卷為單位，可以按需進行復制。
可以用于虛擬機、數據庫數據、文件等數據復制。
基于存儲的數據復制保證其數據一致性和可靠性。
數據復制過程中不能對數據進行讀寫操作，如果在正式遷移前需要利用復制數據來做測試工作，需要斷開數據復制。
同步方式復制一般在同城數據中心實現，且目標機房和源機房光纖距離建議不超過30公里。
3.3 虛擬機遷移
目前使用的虛擬化軟件較多，在此以VMWare虛擬化軟件為例來介紹。
首先需要在目標數據中心搭建一個虛擬化平臺，同時在目標數據中心部署用于虛擬化平臺的X86服務器。虛擬化平臺的資源和服務能力需要根據遷移實施的業務系統數量進行詳細計算。
3.3.1 在目標數據中心搭建虛擬化平臺需要的設備
服務器：如果需要在線遷移，應選用硬件兼容設備，設備性能數量如能配置與源數據中心相當則最好。如不具備條件，可暫時配置一定數量設備，可逐批次遷移虛擬機，源機房服務器上虛擬機清空后可搬遷到目標數據中心使用，這樣做的優點是投入成本較少，缺點是每批次遷移虛擬機受限，劃分遷移批次受限。
以太網交換機：建議采用雙機架構部署，每臺交換機端口數量需要滿足資源池內所有服務器的接入需要，即按每臺服務器的一半端口計算。
磁盤陣列存儲設備：需要首先確定采用什么RAID技術。然后再根據部署的應用系統數量、存儲空間計算。如果為新部署服務器，本地硬盤至少需按100GB計算;如果是P2V遷移服務器需要按原有物理服務器硬盤計算，另外還需考慮預留平臺管理使用空間。
光纖交換機：建議采用雙機架構部署，每臺光纖交換機端口配置數量應不少于資源池內服務器數量。
如果還有部分采用物理服務器部署的DB數據庫服務器，則需要統一考慮其網絡、存儲等資源。
3.3.2 虛擬化平臺間專線網絡需求
為了滿足從原有虛擬化平臺遷移到目標數據中心虛擬化平臺，實現業務系統的在線遷移割接或者業務系統的安全應急保障。需要在兩個數據中心打通以太網專線網絡和存儲專線網絡。 兩個數據中心的以太網專線和存儲網絡專線不是必要條件，用戶可根據實際情況進行網絡專線的申請。
3.3.3 虛擬機遷移特點
虛擬化因成本低廉、靈活高效、節能環保、管理便捷等諸多優勢，正在被眾多企業所推崇和應用。在未來的企業IT部署中，虛擬化必將在服務器、存儲、網絡、應用、數據中心、災難恢復等諸多領域廣泛普及，并發揮重大作用。
VMWare虛擬化遷移方案，可以幫助用戶在不影響生產主機的情況下，完成生產主機到虛擬主機的復制遷移，然后在很短的時間內（計劃時間內），就可以將業務系統切換到虛擬主機上。該方案可以幫助用戶快速高效地部署實現虛擬化的數據中心和站點遷移。同時，可以對虛擬機和基于虛擬機的業務系統，提供數據和業務連續性的保護。
3.4 系統切換
系統切換經常發生在數據中心容災中，將運行在生產數據中心系統的業務切換到災備數據中心的系統中。如果把目標數據中心看作災備中心，采用系統切換的方式進行數據中心遷移則是一次單向的主備切換，即按生產系統在災備中心部署應用系統，通過測試后，在計劃的時間窗口內將業務切換到災備中心應用系統。
系統切換可以用于某些特定系統，比如核心業務系統、除核心外的關鍵業務系統，一般這種系統業務連續性要求較高，停機時間短，通過系統切換可以快速完成遷移。
當然，如果條件滿足，所有系統都能實現系統切換則是最理想的方法。比如數據中心遷移的目標機房是災備機房，且災備機房具備滿足生產系統的網絡環境，有一定數量和性能的服務器，通過分批次利舊設備的方式完成數據中心遷移。
3.4.1 目標數據中心需要具備的環境和設備
網絡環境：具備完整的、滿足部署生產環境的網絡環境。
服務器：根據批次劃分，至少擁有承載最大批次系統的服務器數量，且性能滿足系統需求，當然最好擁有1：1的數量和性能的服務器。
磁盤陣列存儲設備：根據所選用的數據遷移技術確定設備品牌和相關需求。
光纖交換機：建議采用雙機架構部署，每臺光纖交換機端口配置數量按照需要接入的服務器計算。
3.4.2 主備數據中心間專線網絡需求
一般需要用于傳送同步數據和業務數據、以及遠程切換或維護操作的網絡，用于同步數據的網絡帶寬根據選用的數據復制技術決定;用于傳送業務數據的帶寬根據數據中心遷移期間兩個數據中心系統互訪的數據量峰值決定;遠程切換或維護操作所使用網絡帶寬要求不高，可與業務網絡公用。
3.4.3 系統切換遷移特點
系統切換相對快，需要的停機時間短。
目標數據中心部署相同系統，在系統切換前可以進行充分的測試，遷移成功率高。
在遷移過程中源數據中心系統保留，一旦遷移失敗或遷移后目標數據中心系統故障，可以快速回退。
目標數據中心的網絡環境、應用系統重新部署后可以充分測試，使得平時一些不能實施調整、優化的工作成為可能。
對系統部署的實施能力要求較高，包括廠商支持、實施文檔的質量、部署工程師的技術能力等。同時，通過部署期間對文檔的整理、完善，將明顯提高后期的系統維護能力。
如果源數據中心和目標數據中心間能夠二層網絡互通，則系統切換可以靈活進行，批次劃分簡單，否則必須整網段遷移或遷移后的系統變更IP所在的網段。
4 數據中心遷移方法選擇
4.1 決定遷移方法選擇的因素
選擇適用的遷移方法，是項目成功的關鍵，影響遷移方法選擇的主要因素，包括項目資源投入、業務連續性要求、實施風險、遷移涉及數據量、新舊數據中心距離、項目工期要求等。
4.1.1 資源投入
資源包括項目投入資金、可用設備、人力資源等。如果投入資金有限，且無其它可用設備，則只能考慮物理搬遷;如能購置適量設備或有適量利舊設備，則可考慮核心系統邏輯遷移，其它系統物理搬遷，或分批次邏輯遷移;如有足夠資金或設備，則可考慮完全采用邏輯遷移。人力資源包括遷移實施人員、應用廠商支持人員、配合遷移和測試的業務人員。
相對來說，純物理搬遷需要投入的資源最少，而搭建1：1系統進行遷移所需投入資源最多。
4.1.2 業務連續性要求
即便在同一個遷移項目中，不同的系統業務連續性要求也會不同，針對業務連續性要求不同的系統，可以采用不同的遷移方法。對于業務連續性要求高的，應選用快速遷移的方法。比如停機時間2小時的系統，一般來說只能采用系統切換的方法，并且數據復制應采用同步方式。
相對來說，純物理搬遷需要較長的停機時間窗口，而搭建1：1系統進行遷移所需停機時間較短。
4.1.3 實施風險
實施風險來自設備故障風險、設備故障導致的系統和數據破壞風險、遷移失敗等。
相對來說，純物理搬遷由于設備故障帶來的風險較高，且回退困難，而搭建1：1系統如果遷移失敗，可以快速回退，也不受設備故障影響，風險較小。
4.1.4 數據量
數據量包括數據總量和數據增量。如果數據量在GB級別的，則對遷移方法的選擇幾乎無影響。但如果數據量巨大，如幾十TB，且數據增量較大，則需要選用合適的遷移方法和帶寬，如存儲復制、波分鏈路或裸光纖。
相對來說，純物理搬遷節約了大量的數據復制時間和設備投入，但一出現數據丟失則需要花費大量時間進行數據恢復。而采用數據復制技術，需要用較長時間實施數據復制，但可避免設備故障帶來的數據丟失風險。
4.1.5 新舊數據中心距離
如果是不同城市遷移數據中心，且對業務連續性要求較高，則不適用物理搬遷。實際中，對于生產系統，也是較多采用在目標數據中心重新部署后切換的方法。 4.1.6 項目工期要求
相對物理搬遷來說，采用邏輯遷移，從項目調研、系統搭建、數據復制實施、系統測試等環節都需要花費大量時間，項目工期相對較長。
4.2 遷移方法的選擇
首先確定哪個因素是最需要優先考慮的，如果希望盡可能降低風險和遷移造成對業務的影響，最好的方法就是目標數據中心搭建1：1的系統進行切換，但這樣勢必需要大量的資源投入;如果受限于資源投入，可以考慮核心系統進行邏輯遷移，其他系統進行物理搬遷;如果還是超出預算，可以考慮核心數據進行邏輯遷移，其他進行物理搬遷;如果還是超出預算，只能純物理搬遷了。
某汽車制造企業，系統硬件設備分別部署在3個機房，不利于統一管理。新數據中心作為未來集團級數據中心正式投入使用，具備同時承載以上機房所有設備能力，因此，需將3個機房的設備及系統遷移至新數據中心。項目項目涉及600臺設備，206套應用系統，從3個機房整體遷移到新機房，遷移過程需要修改系統IP地址。由于沒有新購設備預算，該項目采用物理搬遷，分4個批次完成搬遷，每個批次安排在周末48小時內完成，搬遷窗口內需要中斷業務，項目工期5個月。這個項目企業主要考慮投入成本采用了物理搬遷方法。
某央企，新建機房投入使用，原機房租期即將到期，需要將數據中心整體遷移到同城新機房。項目涉及157個業務系統，50多個測試系統，涉及服務器、存儲、網絡、安全等設備636臺，虛擬機736個，數據量約160TB。部分核心系統要求2個小時內完成遷移恢復業務，其他核心系統要求8小時內完成遷移。新機房內核心網絡新購設備搭建，新購100TB容量的磁盤陣列作為新核心存儲，新購少量高配置PC服務器。最終采用了邏輯遷移和物理搬遷的方法完成遷移，用新購服務器在新機房搭建虛擬化平臺，兩個數據中心二層網絡互通，采用騰挪方法，遷移一部分搬遷一部分，遷移大部分應用服務器，只有少量應用服務器采用物理搬遷。數據采用2個機房核心存儲配置數據復制進行遷移，其他存儲數據通過核心存儲遷移。數據庫服務器部署在冗余的IBM小型機，采用先搬遷一半恢復業務再搬遷另一半的方法，遷移過程滿足企業務連續性要求，項目工期6個月。這個項目企業較為重視業務連續性要求，大部分采用了邏輯遷移，有冗余設備部分采用物理搬遷的方法。
總之，綜合多種因素，選擇適合單位自身需要的遷移方法就是最好的方法。
5 結束語
本文介紹了對于數據中心遷移中的數據安全、業務連續、網絡及系統的整合等需求，提出多種的遷移方式及遷移方法，并綜合考慮數據中心遷移的資源投入、業務要求、實施風險、數據中心距離、項目工期等因素，為選擇適合數據中心遷移的方法提出科學合理的建議，希望能為有關數據中心遷移提供參考。
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作者簡介：
張黎明（1977-），女，漢族，北京人，英國伯明翰大學，碩士，國家能源集團神華信息技術有限公司，工程師;主要研究方向和關注領域：IT系統的安全及運行維護。
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