文 | 何作峰 青海油田公司檔案信息管理部

建設(shè)背景

青海油田是我國最早開發(fā)的油田之一，是青海、西藏兩省區(qū)重要的產(chǎn)油、供油基地。近年來，隨著油田公司管理的進(jìn)步及技術(shù)的不斷發(fā)展，精細(xì)化生產(chǎn)管理，提升生產(chǎn)效率，提高效益，安全生產(chǎn)，綠色低碳，成為指導(dǎo)實(shí)際工作的目標(biāo)。作為生產(chǎn)單位，油田總部及下屬廠站的生產(chǎn)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維及管理的要求也不斷提升。比如，近年來，廠站已經(jīng)由傳統(tǒng)的人工作業(yè)型單位，逐漸向自動(dòng)化，智能化，聯(lián)網(wǎng)化不斷邁進(jìn)，與此同時(shí)，總部及廠站客戶的諸多困擾也隨之而來，如系統(tǒng)各自擁有獨(dú)立的硬件設(shè)備和軟件，造成資源浪費(fèi)，使用效率低下及管理困難。更進(jìn)一步，由此帶來的信息孤島現(xiàn)象，系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享困難，大量數(shù)據(jù)無法綜合分析，對于總部與廠站各部門協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)與控制一體化造成了很大障礙，這必將對廠站實(shí)現(xiàn)其管理和效益目標(biāo)造成影響。而作為總部，隨著管理層對油田公司及各級單位業(yè)務(wù)掌控能力，管理能力要求的不斷提升，對以往只管人事組織，不管生產(chǎn)細(xì)節(jié)，只管總量提升，不重效率提升的傳統(tǒng)管理模式提出了新的要求。以上各項(xiàng)業(yè)務(wù)層面的需求，反映到信息化層面所對應(yīng)的課題就是怎樣對油田公司及下級生產(chǎn)單位的核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一收集、統(tǒng)一管理管理、維護(hù)和深化綜合利用。從外部同業(yè)情況來看, 隨著“數(shù)字油田”等新的石化行業(yè)信息化理念被普遍接受，很多大型石油石化企業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了一切決策由信息系統(tǒng)先說話的地步，全面數(shù)字化已經(jīng)成為各石油石化企業(yè)的重要戰(zhàn)略舉措之一。

綜上所述，云計(jì)算平臺作為解決上述問題挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)未來油田競爭力全面提升的重要實(shí)現(xiàn)手段，已經(jīng)成為大家的共識，云計(jì)算作為目前IT界最為熱門的技術(shù)，以其超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、高通用性、按需服務(wù)、費(fèi)用低廉的優(yōu)勢與特性為油田企業(yè)的IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了全新的思路。

由于企業(yè)的數(shù)據(jù)信息集中在“云”中，以數(shù)據(jù)整合為核心的數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺，是兼顧了實(shí)施速度，技術(shù)難度和價(jià)值體現(xiàn)的平衡選擇，可以幫助青海油田迅速找到建設(shè)“抓手”，幫助青海油田滿足“數(shù)據(jù)到信息，信息到知識，知識到智慧”的全面提升，實(shí)現(xiàn)速贏。

建設(shè)目標(biāo)與需求分析

根據(jù)青海油田的需求情況，高性能云計(jì)算數(shù)據(jù)庫平臺建設(shè)主要實(shí)現(xiàn)以下業(yè)務(wù)目標(biāo)：

1. 實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)及主要管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合，提高整體硬件利用率，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提升精細(xì)化管理，協(xié)同工作水平，為提升采收率等業(yè)務(wù)目標(biāo)服務(wù)。

2. 消除或降低各種IT系統(tǒng)硬件和軟件故障對業(yè)務(wù)應(yīng)用運(yùn)行的影響，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)和滿意度。

3. 滿足公司I T建設(shè)的長遠(yuǎn)目標(biāo)，提升IT系統(tǒng)在不斷變化的業(yè)務(wù)需求面前的適應(yīng)能力和快速任務(wù)構(gòu)建能力，為數(shù)字化，智能化油田的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

據(jù)筆者所知，目前國際和國內(nèi)的大多數(shù)石油企業(yè)都在籌劃涉及自己的數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算中心，以提高企業(yè)應(yīng)對市場變化的競爭力，使企業(yè)具備敏捷的市場洞察力和適應(yīng)能力。

基于上述業(yè)務(wù)目標(biāo)，筆者通過研究認(rèn)為高性能數(shù)據(jù)庫云平臺的需求具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：高效的數(shù)據(jù)整合、處理能力及強(qiáng)大的存儲能力；安全可靠的運(yùn)行環(huán)境；便捷的維護(hù)管理；同時(shí)兼顧綠色節(jié)約建設(shè)理念，下面分別予以闡述。

1. 高效的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫整合能力

目前油田生產(chǎn)管理，后臺管理財(cái)務(wù)等系統(tǒng)應(yīng)用中對數(shù)據(jù)的訪問存在不同的訪問特點(diǎn)，既有不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，也有由用戶發(fā)起的基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的大量計(jì)算分析匯總業(yè)務(wù)。而在傳統(tǒng)三層架構(gòu)或單純服務(wù)器集群架構(gòu)下，服務(wù)器的CPU即使?jié)M足計(jì)算要求，即使采用最好的服務(wù)器搭配最好的存儲陣列，在大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用下，數(shù)據(jù)的讀取、響應(yīng)性能也很難得到提升，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，SAN光纖通道帶寬等限制由于存儲磁盤帶寬限制或者存儲網(wǎng)絡(luò)端口限制，無法提供足夠的輸入輸出帶寬吞吐量或傳輸速率，存儲到服務(wù)器主機(jī)的瓶頸問題凸顯，最終導(dǎo)致計(jì)算分析結(jié)果響應(yīng)時(shí)間非常慢。數(shù)據(jù)庫平臺的數(shù)據(jù)處理效率提升需要利用軟硬件相結(jié)合，主機(jī)、存儲以及存儲網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的一體化云計(jì)算解決方案，能夠有效突破傳統(tǒng)架構(gòu)下的吞吐量及傳輸瓶頸，針對不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理要求，滿足系統(tǒng)性能要求。

2. 彈性的擴(kuò)展能力

目前的生產(chǎn)，管理應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中，任何局部的改動(dòng)，都將影響所有應(yīng)用，顯然這種牽一發(fā)而動(dòng)全身的系統(tǒng)架構(gòu)對于系統(tǒng)的運(yùn)維管理和擴(kuò)展性都有著非常不利的影響。提高數(shù)據(jù)庫平臺系統(tǒng)的擴(kuò)展性，并適應(yīng)未來業(yè)務(wù)規(guī)模和用戶規(guī)模不斷增長的挑戰(zhàn)，是對系統(tǒng)可擴(kuò)展性提出的要求。目前已經(jīng)建立的生產(chǎn)系統(tǒng)，財(cái)務(wù)系統(tǒng)和OA等應(yīng)用系統(tǒng)包括應(yīng)用層和數(shù)據(jù)庫層，通常，應(yīng)用層的擴(kuò)展性比較容易實(shí)現(xiàn)，而數(shù)據(jù)庫層的擴(kuò)展性受最初架構(gòu)設(shè)計(jì)的影響非常大，好的數(shù)據(jù)庫層設(shè)計(jì)能夠在業(yè)務(wù)擴(kuò)張和用戶規(guī)模增長過程中，以較低的成本和風(fēng)險(xiǎn)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行擴(kuò)容和升級。尤其是對于未來3-5年建設(shè)多個(gè)數(shù)據(jù)庫，多表的訪問、檢索和查詢井噴式增長的情況下，采用數(shù)據(jù)庫云平臺能夠快速有效地搭建數(shù)據(jù)庫，迅速支撐應(yīng)用層的需求，從而滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)的迅猛增長要求。

3. 強(qiáng)大的存儲能力

數(shù)據(jù)庫平臺需要的存儲應(yīng)該具備海量容量和智能存儲功能。數(shù)據(jù)處理和數(shù)值計(jì)算時(shí)，前提條件就是需要有足夠的硬盤空間存儲所需的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括地質(zhì)數(shù)據(jù)，測井曲線數(shù)據(jù)等，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則包括井屬性數(shù)據(jù)、油水井生產(chǎn)日周月數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)等。隨著生產(chǎn)實(shí)際需求和對準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的要求越來越高，高性能數(shù)據(jù)庫云平臺需要更大程度上提高存儲容量，且保證存儲智能化，防止存儲成為系統(tǒng)訪問中的瓶頸。

4. 高可用運(yùn)行環(huán)境

數(shù)據(jù)庫平臺需要運(yùn)行在安全性極高的環(huán)境中，必須考慮各種可能的故障或?yàn)?zāi)難對系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的影響。該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫、存儲、網(wǎng)絡(luò)，以及備份、電源等各個(gè)方面均應(yīng)該滿足穩(wěn)定型、可靠性需求。云環(huán)境需要能夠提供完全的數(shù)據(jù)庫訪問和對于出現(xiàn)問題時(shí)無縫的平滑過渡，不間斷的數(shù)據(jù)庫操作。

5. 便捷的維護(hù)管理

基于自動(dòng)和自助式的維護(hù)管理方式，數(shù)據(jù)庫云平臺需要具有利用簡單直觀的維護(hù)管理工具來管理整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)的能力，不僅能監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件運(yùn)行狀態(tài)，而且還可提供故障預(yù)警功能，當(dāng)出現(xiàn)故障點(diǎn)時(shí)（如溫度異常、風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)等），可以及時(shí)提醒系統(tǒng)管理員進(jìn)行處理，以避免或減少系統(tǒng)故障和由其引起的數(shù)據(jù)損失；此外，系統(tǒng)還需要提供多種聯(lián)機(jī)技術(shù)支持，在對內(nèi)存和存儲進(jìn)行自動(dòng)管理的同時(shí)，還具有數(shù)據(jù)庫性能自我診斷、自動(dòng)糾錯(cuò)和自動(dòng)調(diào)整優(yōu)化的能力，以減輕系統(tǒng)維護(hù)人員的工作強(qiáng)度、降低整體維護(hù)成本。

6. 綠色節(jié)約建設(shè)

不僅是為了響應(yīng)上級主管部門的號召，也是為了更好的在前期建設(shè)和后期運(yùn)營過程中避免傳統(tǒng)建設(shè)模式帶來的總體投資成本高，實(shí)施時(shí)間長，占地面積大，制冷及電力消費(fèi)巨大等弊病。數(shù)據(jù)庫云平臺的構(gòu)建要兼顧省地，省電，快速的建設(shè)原則，并以此為指導(dǎo)選取相應(yīng)的技術(shù)和產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)庫云平臺參考架構(gòu)

圖1. 高性能數(shù)據(jù)庫云平臺整體系統(tǒng)架構(gòu)圖

筆者探討構(gòu)建的云計(jì)算平臺是為了油田企業(yè)構(gòu)建，屬于企業(yè)私有云。從系統(tǒng)架構(gòu)圖上可以反映出，云計(jì)算平臺方案重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)庫云化，原因在于：

1、企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)最為關(guān)鍵，不能發(fā)生錯(cuò)誤和丟失，對于高性能和高可用性要求更高，對服務(wù)品質(zhì)（SLA）的要求也會(huì)不同，這就要求不同的基礎(chǔ)架構(gòu)提供支持，因此數(shù)據(jù)庫整體的硬件配置往往會(huì)高于其他部分的硬件配置

2、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)架構(gòu)相對穩(wěn)定，即便是隨著工作負(fù)載的增加而彈性擴(kuò)展，往往也是靠橫向節(jié)點(diǎn)的增加和縱向硬件擴(kuò)展同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

3、數(shù)據(jù)庫操作是I/O密集型，對于網(wǎng)絡(luò)帶寬要求的比較高。

4、數(shù)據(jù)庫由于依靠數(shù)據(jù)文件存儲數(shù)據(jù)，對存儲的可靠性，可用性和容量要求更高。

5、應(yīng)用往往和業(yè)務(wù)相關(guān)性強(qiáng)，特別是下屬單位自用的應(yīng)用，獨(dú)立性強(qiáng)，進(jìn)行云化集中困難很大；而數(shù)據(jù)庫層面相對技術(shù)性強(qiáng)而業(yè)務(wù)性較弱，標(biāo)準(zhǔn)性高，組件化程度高，容易被我們的技術(shù)部門掌控，容易體現(xiàn)成果，易實(shí)現(xiàn)云化部署。

根據(jù)青海油田的需求特點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫云平臺向上可以支撐未來應(yīng)用層面深化云計(jì)算建設(shè)；向下，可以對下屬各級單位的建設(shè)起到引領(lǐng)、示范作用，還能夠很好的兼顧下級單位數(shù)據(jù)集中災(zāi)備需求。

圖2. 數(shù)據(jù)庫云平臺邏輯架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)庫云計(jì)算平臺整體技術(shù)架構(gòu)包括十個(gè)部分，合并來說有九個(gè)主要模塊：

1. 云基礎(chǔ)平臺：包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)，存儲，操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)性組件。作為支撐上層其他模塊的基礎(chǔ)，需要考慮基礎(chǔ)平臺硬件的構(gòu)建要符合幾個(gè)原則：

a) “均衡性”，即其硬件設(shè)計(jì)各部分不能對數(shù)據(jù)庫性能發(fā)揮產(chǎn)生任何硬的瓶頸，如網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸，磁盤吞吐IO的瓶頸等；

b) “高性能”，構(gòu)建后整體性能要保證很高，以便支撐未來多數(shù)據(jù)庫云化整合的服務(wù)質(zhì)量保證；

c) “高可靠性”，設(shè)計(jì)符合全冗余，保證安全可靠的生產(chǎn)運(yùn)行，不出現(xiàn)單點(diǎn)；

d) “靈活擴(kuò)展”，擴(kuò)展方便，方式靈活保證未來云平臺從小到大的建設(shè)演進(jìn)方式，同時(shí)做到既有投資的有效保護(hù)，即可以支持硬件隔代混用能力和在線升級能力。

2. 數(shù)據(jù)庫池：本模塊是支撐多個(gè)上層應(yīng)用的必要模塊，現(xiàn)有環(huán)境中，這些信息是分別按照結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)使用文件系統(tǒng)環(huán)境存儲保存。筆者認(rèn)為，以目前技術(shù)水平，應(yīng)該使用數(shù)據(jù)庫作為結(jié)構(gòu)化非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲平臺，使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和管理策略管理所有信息。同時(shí)，本模塊對并行計(jì)算模式，數(shù)據(jù)庫處理優(yōu)化應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)支持。

3. 高可靠集群：通過集群模塊，云平臺不僅繼承了服務(wù)器

冗余帶來的高可用性，而且在軟件層面強(qiáng)化了高可用性。同時(shí)，通過在服務(wù)器池中添加更多節(jié)點(diǎn)（橫向擴(kuò)展）或者在現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)中添加更多CPU、內(nèi)存或 I/O 卡等物理資源（縱向擴(kuò)展），可以實(shí)現(xiàn)靈活性和可伸縮性，從而為計(jì)算資源的池化和動(dòng)態(tài)分配提供支持。

4. 異構(gòu)數(shù)據(jù)復(fù)制及轉(zhuǎn)換：針對油田不同平臺，不同數(shù)據(jù)庫版本的整合提供可能性，主要完成數(shù)據(jù)復(fù)制及轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)以下功能：

a) 跨不同表結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)復(fù)制能力。為了滿足各自業(yè)務(wù)的性能要求，生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)倉庫在相同的業(yè)務(wù)實(shí)體在不同數(shù)據(jù)表上可能會(huì)采用不同的字段數(shù)量和字段屬性。

b) 對異構(gòu)平臺的支持。未來可能會(huì)出現(xiàn)跨平臺（包括可能出現(xiàn)的不同主機(jī)服務(wù)器和操作系統(tǒng)、不同的數(shù)據(jù)庫及版本）的數(shù)據(jù)ETL需求。

5. 資源調(diào)度與存儲優(yōu)化：數(shù)據(jù)庫云的資源調(diào)度與隔離主要分為三個(gè)級別：服務(wù)器級、數(shù)據(jù)庫級與數(shù)據(jù)庫內(nèi)部級（或用戶級）。三個(gè)級別并不是完全分割的，可以互相組合、相輔相成。而且要能夠靈活調(diào)度資源，能夠設(shè)定資源調(diào)度計(jì)劃，使得計(jì)劃在設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)發(fā)揮作用。例如，白天對生產(chǎn)管理系統(tǒng)分配更多資源以提升用戶滿意度；晚上對決策支持系統(tǒng)分配更多資源以提升吞吐量。能夠進(jìn)行資源調(diào)配的元素主要包括：CPU，存儲I/O帶寬，SQL并行執(zhí)行，內(nèi)存，磁盤存儲。

6. 云安全：為滿足數(shù)據(jù)庫云安全的各項(xiàng)需求，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫云安全規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮以下能力：

a) 身份識別：保證信息只為合法用戶訪問。

b) 存取權(quán)限控制：防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)及防止合法用戶對系統(tǒng)資源的非法使用。

c) 審計(jì)追蹤：必須制定并在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的訪問控制機(jī)制和審計(jì)制度，包括物理層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的訪問控制和審計(jì)。

7. 海量數(shù)據(jù)分區(qū)：對未來幾年可預(yù)見整合后的數(shù)據(jù)量增長，百GB，TB級，需要有分區(qū)模塊進(jìn)行管理和劃分，在云計(jì)算平臺，雖然存儲介質(zhì)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面的配置已經(jīng)可以很大程度上滿足性能要求，但是為了進(jìn)一步優(yōu)化提升，需要提供對數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)的技術(shù)，以改善大型應(yīng)用系統(tǒng)的性能。

8. 數(shù)據(jù)壓縮：出于未來云平臺承載系統(tǒng)及相關(guān)數(shù)據(jù)量增長情況的判斷，數(shù)據(jù)壓縮將能夠有效的節(jié)約存儲空間，盡管存儲成本已下降，但需要在線保留的數(shù)據(jù)量的激增仍使得存儲成為IT 預(yù)算的最大因素之一。而實(shí)際情況也證明，對于油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)有相當(dāng)大的壓縮可能性，從我們在其他同業(yè)客戶的測試中我們看到，壓縮比從幾倍到幾十倍都有可能。除此之外，壓縮能夠帶來的另一個(gè)好處就是對性能提升有所幫助，可以想象，通過壓縮使得單位時(shí)間內(nèi)能夠處理的數(shù)據(jù)增加幾倍對性能的提升將有多大幫助。

9. 一體化綜合管理系統(tǒng)：企業(yè)云環(huán)境應(yīng)當(dāng)是完整的、統(tǒng)一的、自動(dòng)化的，需要統(tǒng)一管理工具完整覆蓋整個(gè)生命周期，而不是通過多個(gè)單點(diǎn)工具進(jìn)行維護(hù)管理。在一個(gè)云環(huán)境中，也需要有多種角色各司其職。一般地，包括最終使用者、自服務(wù)管理者、云管理者等三種角色。最終使用者提出資源申請；自服務(wù)管理者為最終使用者設(shè)計(jì)服務(wù)模版；云管理者設(shè)計(jì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫云架構(gòu)。一旦云開始運(yùn)營，監(jiān)控和管理將成為重點(diǎn)。當(dāng)前業(yè)界領(lǐng)先的是 “從應(yīng)用到磁盤”監(jiān)控模式，在單一面板中監(jiān)控所有組件，并提供深入的、開箱即用能力。

通過調(diào)研，筆者認(rèn)為以上參考架構(gòu)中涉及的各個(gè)模塊在技術(shù)上已經(jīng)成熟，市場上也出現(xiàn)符合要求的產(chǎn)品，因此從實(shí)現(xiàn)的角度來講，數(shù)據(jù)庫云平臺已經(jīng)不再僅僅是紙面上的藍(lán)圖，而是可以轉(zhuǎn)化為落地建設(shè)的項(xiàng)目。，當(dāng)然，從實(shí)踐角度而言，筆者認(rèn)為和所有項(xiàng)目一樣，數(shù)據(jù)庫云平臺建設(shè)項(xiàng)目也需要配合相關(guān)的集成和實(shí)施服務(wù)及運(yùn)維服務(wù)。其原因在于，相對于傳統(tǒng)產(chǎn)品和技術(shù)，新的產(chǎn)品和技術(shù)能夠更好的降低集成實(shí)施難度，縮短項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐，降低整體風(fēng)險(xiǎn)，但是服務(wù)永遠(yuǎn)是確保云平臺順利運(yùn)行的潤滑劑和重要保障。這一部分的探討將在后續(xù)文章中討論，此處不再累述。

總結(jié)

本文從青海油田建設(shè)云計(jì)算平臺的需求出發(fā)，分析了青海油田建設(shè)數(shù)據(jù)庫云平臺的動(dòng)因，關(guān)注點(diǎn)以及系統(tǒng)架構(gòu)。本文并不試圖給出完整詳細(xì)的設(shè)計(jì)，而是希望幫助讀者理解云計(jì)算平臺和企業(yè)需求結(jié)合的方式方法，對讀者所在企業(yè)云建設(shè)有所裨益。

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