馮國聰,石宏宇,黃宏聰,張銀鐵
業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的管理策略研究
馮國聰,石宏宇,黃宏聰,張銀鐵
業(yè)務(wù)系統(tǒng)是企業(yè)信息化的一個重要組成部分,是運(yùn)行在基礎(chǔ)軟硬件資源上的應(yīng)用程序。近年來隨著企業(yè)信息化程度的不斷加深,企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加,更新頻率也越來越快,直接造成了信息化基礎(chǔ)設(shè)施中基礎(chǔ)硬件資源的管理混亂,頻繁出現(xiàn)硬件資源不足或資源浪費(fèi)的情況。通過梳理硬件資源的生命周期活動,合理利用硬件資源的歷史數(shù)據(jù)記錄,重視采購規(guī)劃工作,變被動管理為主動管理,形成業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的管理策略。管理策略的實施可以提高企業(yè)信息化硬件采購和建設(shè)的工作成效。
硬件資源;管理策略;采購規(guī)劃;歷史分析
隨著IT技術(shù)的突飛猛進(jìn),企業(yè)信息化程度在不斷加深,企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)量不斷增加,系統(tǒng)的更新頻率也越來越快,承載業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)硬件資源需要頻繁的采購與調(diào)整。企業(yè)硬件資源的采購與規(guī)劃主要是依據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的需求估算,這種估算多數(shù)是在業(yè)務(wù)系統(tǒng)可行性研究階段進(jìn)行的,此階段業(yè)務(wù)系統(tǒng)是存在不確定性的,因此經(jīng)常出現(xiàn)企業(yè)硬件資源采購不足的現(xiàn)象,也經(jīng)常出現(xiàn)硬件資源過渡采購而浪費(fèi)的現(xiàn)象,直接造成硬件資源的管理混亂。
對硬件資源的管理首先要明確硬件資源的管理核心活動,要充分重視采購規(guī)劃工作的重要性,合理整合不同層面的硬件需求內(nèi)容,從源頭改變硬件采購追著硬件需求跑的被動局面。同時充分利用已有硬件資源建設(shè)成果及運(yùn)行歷史數(shù)據(jù),對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源占用情況進(jìn)行有效評估,不斷提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源利用率。
研究業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的管理策略必須明確管理的對象是什么,以及管理的活動有哪些。只有識別管理對象的共性和特性才能更好的開展管理活動,同樣只有重視主要的管理活動才能夠不盲目的處理管理對象。
1.1 管理對象
承載業(yè)務(wù)系統(tǒng)的硬件資源包含很多內(nèi)容,例如有服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全和終端等。網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)備可以歸屬于共用的基礎(chǔ)設(shè)施資源環(huán)境,終端設(shè)備可以歸屬于個人辦公的資源環(huán)境,因此服務(wù)器資源和存儲資源是業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬資源件管理的主要管理對象。
(1)服務(wù)器資源
服務(wù)器資源以小型機(jī)、PC服務(wù)器、刀片服務(wù)器和虛擬服務(wù)器為主,還包括一體機(jī)和定制化服務(wù)器。由于近年來
X86架構(gòu)計算技術(shù)的迅猛發(fā)展,高端的8路PC服務(wù)器計算能力持平甚至超過中高端小型機(jī),依據(jù)運(yùn)維經(jīng)驗只是在服務(wù)器穩(wěn)定性方面PC服務(wù)器略遜于小型機(jī),但是PC服務(wù)器低廉的價格正好彌補(bǔ)了這個遺憾,小型機(jī)的使用正在逐步減少。另一方面,一體機(jī)和定制化服務(wù)器主要用于特殊場合,需要企業(yè)有充足的數(shù)據(jù)依據(jù)來支持使用,所以不作為主要的管理對象。因此企業(yè)當(dāng)前的業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源管理對象主要是 X86服務(wù)器和虛擬機(jī)服務(wù)器。
(2)存儲資源
存儲資源包括高端存儲、中低端存儲、NAS存儲、分布式存儲等,其余備份保障類的磁帶庫等資源不屬于業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的必備資源,只屬于數(shù)據(jù)的保障資源。依據(jù)行業(yè)主流的業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu),業(yè)務(wù)系統(tǒng)的存儲以集中式存儲方式為主,大中型企業(yè)多數(shù)依靠數(shù)臺高端存儲支撐眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行,隨著分布式技術(shù)的發(fā)展,其他存儲資源也逐步應(yīng)用到各企業(yè)中。
業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的管理活動,需要與企業(yè)的實際工作困難相結(jié)合。硬件資源管理主要出現(xiàn)工作難點的有如下幾點:一是業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)該如何準(zhǔn)確的估算硬件需求;二是企業(yè)應(yīng)該如何采購硬件資源滿足所有業(yè)務(wù)系統(tǒng),不浪費(fèi)也不能短缺;三是業(yè)務(wù)系統(tǒng)占用資源后極少做調(diào)整,資源使用情況并不清晰。針對各項工作難點識別的主要管理活動如下:
(1)需求估算活動
主要是指業(yè)務(wù)系統(tǒng)的硬件資源的估算方法,需要明確的公式或數(shù)據(jù)依據(jù)做支撐,提高估算準(zhǔn)確度;
(2)采購規(guī)劃活動
主要是指諸多業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求的整合規(guī)劃方法,如何平衡投資與需求,降低采購成本;
(3)歷史分析活動
主要是指如何分析業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源占用情況,評估資源的利用率,積累數(shù)據(jù)依據(jù);
(4)優(yōu)化調(diào)整活動
主要是指業(yè)務(wù)系統(tǒng)的硬件資源優(yōu)化,提高采購設(shè)備的利用率。
2.1 識別管理對象的需求差異
硬件資源可以按照性能、穩(wěn)定性等多個維度進(jìn)行資源分類。只有識別業(yè)務(wù)系統(tǒng)對硬件資源的需求差異,整合不同系統(tǒng)間相同類型的資源,差異化硬件資源的配置,才能很好的在采購階段進(jìn)行硬件資源的合理規(guī)劃。識別需求差異是優(yōu)化采購?fù)顿Y的必經(jīng)之路,是避免用昂貴硬件資源來滿足低端資源需求的必要手段。管理對象的差異識別如下。
(1)服務(wù)器差異
服務(wù)器需求主要有虛擬化、CPU、內(nèi)存、I/O和運(yùn)行時間等幾個方面的差異。虛擬化差異是指需要的服務(wù)器是否可以使用虛擬化服務(wù)器,虛擬化是云架構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ);CPU差異是指需要服務(wù)器的CPU處理能力,可分為高中低3個級別;內(nèi)存差異是指需要服務(wù)器的內(nèi)存容量的多少,可以分為高中低3個級別;I/O差異是指需要服務(wù)器的I/O讀寫能力,可以分為高中低3個級別;運(yùn)行時間差異是指業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高負(fù)載運(yùn)行時間,可以按照小時或天來劃分。
(2)存儲差異
存儲需求主要有穩(wěn)定性、IOPS性能、數(shù)據(jù)總量、增長速度、非結(jié)構(gòu)化等幾方面的差異。穩(wěn)定性差異是指存儲數(shù)據(jù)的核心程度差異,越重要的數(shù)據(jù)越需要處理的穩(wěn)定性;IOPS性能差異是指存儲數(shù)據(jù)的訪問性能差異,可以分為高中低3個級別;數(shù)據(jù)總量差異是指存儲數(shù)據(jù)總量的差異,可以分為高中低3個級別;增長速度差異是指單位時間存儲數(shù)據(jù)的增長量差異,可以分為高中低3個級別;非結(jié)構(gòu)化差異是指存儲數(shù)據(jù)的類型,分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)2種。
2.2 識別管理活動之間的聯(lián)系
主要管理活動需要緊密的配合,不能獨立進(jìn)行某一項管理活動而不顧及其他活動。改變業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源管理被動的現(xiàn)狀,需要將各項管理活動作為一個整體,注重每項活動的數(shù)據(jù)依據(jù)。管理活動之間的聯(lián)系如圖1所示:
圖1 硬件資源管理活動之間的關(guān)系
需求估算、采購規(guī)劃和歷史分析形成一個需求循環(huán)管理的過程,采購規(guī)劃、歷史分析和優(yōu)化調(diào)整形成一個采購循環(huán)管理的過程。歷史分析是基礎(chǔ),提供各種原始分析數(shù)據(jù),通過需求估算和優(yōu)化調(diào)整的再處理,提供給采購規(guī)劃使用。因此業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的管理活動要特別重視采購規(guī)劃中的需求整合活動和采購設(shè)計活動。
3.1 需求估算策略
3.1.1 資源估算策略[1,2](1)服務(wù)器估算
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以交易型數(shù)據(jù)庫舉例,估算參考國際通用的TPC-C及TPC-E測試方法,結(jié)合企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)特點量化可變參數(shù)的取值范圍。估算公式如式(1)所示:
TPS:數(shù)據(jù)庫服務(wù)器每秒交易數(shù)量;
U:信息系統(tǒng)最大在線用戶數(shù)量;
O:每用戶日平均操作數(shù)量;
P:高峰時段業(yè)務(wù)量占全天業(yè)務(wù)量的百分比;
S:業(yè)務(wù)復(fù)雜度系數(shù),信息系統(tǒng)相對TPC-E標(biāo)準(zhǔn)模型的復(fù)雜程度;
T:業(yè)務(wù)高峰時段的時長,單位為秒;
C:可接受最大CPU利用率。
結(jié)合企業(yè)對2路、4路和8路PC服務(wù)器處理能力的測試結(jié)果,預(yù)先定義本企業(yè)2路、4路和8路PC服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn)配置的TPS取值范圍,依據(jù)計算結(jié)果選擇目標(biāo)服務(wù)器。特別需要指出的是,為保障數(shù)據(jù)庫的高可用最少配置2臺數(shù)據(jù)庫。
應(yīng)用服務(wù)器使用虛擬化技術(shù),無法使用虛擬化的系統(tǒng)直接使用2路PC服務(wù)器為應(yīng)用節(jié)點,除非特別需要否則4路、8路PC服務(wù)器做應(yīng)用服務(wù)器是資源浪費(fèi)。虛擬機(jī)的配置依
據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)測試結(jié)果,預(yù)先定義兩個級別的標(biāo)準(zhǔn)虛擬機(jī),例如4C/8G虛擬機(jī)和8C/16G虛擬機(jī),每個級別標(biāo)配虛擬機(jī)定義好在線并發(fā)用戶數(shù)。通過系統(tǒng)最大在線用戶數(shù)量來直接計算滿足系統(tǒng)運(yùn)行所需的虛擬機(jī)標(biāo)準(zhǔn)單元的數(shù)量,為保障應(yīng)用的高可用最少配置2臺應(yīng)用服務(wù)器。虛擬機(jī)的內(nèi)存配置過高(原則上不超過32G)會降低虛擬資源池的整體使用率,如確有高配置虛擬機(jī)要求,則考慮直接配置2路PC服務(wù)器,降低對虛擬資源池的影響。
新建業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用上述策略直接估算資源需求,而續(xù)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)則需要結(jié)合系統(tǒng)的實際運(yùn)行情況,預(yù)估續(xù)建系統(tǒng)的各變量取值。
(2)存儲估算
結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)測估算需要明確初始數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)增長量,估算公式如式(2):
SD:為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(Structured Data)存儲需求總量,按一年需求測算,單位為GB;
I:結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)初始數(shù)據(jù)量;
U:數(shù)據(jù)年增長量;
P:其他數(shù)據(jù)調(diào)整系數(shù),其他數(shù)據(jù)主要包含數(shù)據(jù)庫索引、日志等系統(tǒng)數(shù)據(jù);
D:考慮冗余量,一年按照365天計算,即D=365;
R:磁盤損耗因子,如采用RAID10方式,則R=2.3,如采用RAID5方式,則R=1.5。
非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)估算與結(jié)構(gòu)化類似,只需要將公式中 P替換為L,L為文件重復(fù)比例。
新建業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用上述策略直接估算資源需求,而續(xù)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)則需要結(jié)合系統(tǒng)的實際運(yùn)行情況,預(yù)估續(xù)建系統(tǒng)的各變量取值。
3.1.2 需求審核策略[3]
業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源需求的審核內(nèi)容包括系統(tǒng)的邏輯和物理架構(gòu)、業(yè)務(wù)復(fù)雜度度、負(fù)載運(yùn)行時間、并發(fā)用戶數(shù)等變量,并充分利用已建設(shè)系統(tǒng)運(yùn)行情況審核資源分配歷史和當(dāng)前資源負(fù)載情況,反向評估續(xù)建資源需求合理性,必要時以業(yè)務(wù)系統(tǒng)為單位開展需求方座談,明確次年各系統(tǒng)的資源需求。審核范圍還包括測試、培訓(xùn)的資源需求,測試、培訓(xùn)資源只分標(biāo)配的虛擬機(jī)。
通過對收集信息的審核,強(qiáng)化對系統(tǒng)建設(shè)的控制力度,熟悉各系統(tǒng)的應(yīng)用特點,在規(guī)劃階段就暴露和挖掘系統(tǒng)的潛在資源風(fēng)險,審核資源估算依據(jù)的合理性,降低虛高資源申請的情況,為采購規(guī)劃夯實基礎(chǔ)。
3.2 采購規(guī)劃策略
3.2.1 需求整合策略
(1)服務(wù)器資源整合
根據(jù)資源的差異性,將資源需求從 I/O、內(nèi)存、CPU3個維度劃分資源需求類別,并依據(jù)應(yīng)用等保級別、資源需求等級規(guī)劃資源群集。例如先劃分內(nèi)外網(wǎng),再整合劃分等級保護(hù)二、三級資源需求集合,每個級別的集合內(nèi)再劃分計算密集型集群、高內(nèi)存密集型集群、高I/O密集型集群、虛擬化資源池集群。
對于虛擬化資源池集群,內(nèi)部署的業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源需求互補(bǔ)、高效、分時享用,合理搭配I/O、內(nèi)存、CPU性能需求,保障集群內(nèi)資源分配均衡。
(2)存儲資源整合
根據(jù)資源的差異性,堅持區(qū)分應(yīng)用等保級別,優(yōu)先劃分內(nèi)外網(wǎng)存儲需求,然后再依據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求和IOPS性能要求劃分高端存儲集群、中低端存儲集群來存放結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)再按照等保級別分別配置非結(jié)構(gòu)化存儲集群。
按照資源差異整合眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)存儲資源需求,合理搭配存儲的高中低檔搭配,避免存儲資源浪費(fèi)和過高投資。
3.2.2 采購設(shè)計策略
(1)服務(wù)器采購
為保障整合的資源集群擁有足夠的余量,PC服務(wù)器以交付單元的方式整體采購,合理利用2路、4路和8路PC服務(wù)器來組成高密度的計算集群、高內(nèi)存集群、高I/O集群、虛擬化集群。交付單元如圖2所示:
圖2 服務(wù)器采購策略舉例
均以2個機(jī)柜為標(biāo)準(zhǔn)采購,每一個交付單元兩個機(jī)柜在不同排機(jī)柜中對位擺放。在交付單元內(nèi),對于部署于物理服務(wù)器的同一應(yīng)用系統(tǒng)模塊的不同節(jié)點,堅持“異排異柜”;對于虛擬資源池,同一應(yīng)用系統(tǒng)模塊的不同節(jié)點,堅持“異機(jī)”;對于虛擬資源池,同一群集內(nèi)資源需求等級相同的虛擬機(jī),堅持“異機(jī)優(yōu)先”。
(2)存儲采購
存儲資源的采購可以兩年或三年為一個周期,進(jìn)行階段性建設(shè),多配置設(shè)備冗余采購,提高整體性能,預(yù)留空間用于后續(xù)的磁盤擴(kuò)容。技術(shù)方面這種采購建設(shè)方式可以提高存儲的整體IOPS性能,管理方面可以預(yù)留較多存儲資源及空間用于擴(kuò)容,避免頻繁的存儲采購。如圖3舉例所示:
圖3 存儲采購策略舉例
如果次年需求200T中端存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),可以一次性采購600T空間共三個設(shè)備,不集中于一臺設(shè)備使用,后兩年可以不再采購。
3.3 歷史分析策略[4]
業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署在生產(chǎn)環(huán)境后,必須接入集中監(jiān)控系統(tǒng),收集和記錄資源的使用情況,并按照時間周期的不同,開展定期的應(yīng)用資源運(yùn)行的后評估。后評估主要分為周期分析和趨勢分析。
3.3.1 周期分析策略
周期評估對象為每一個業(yè)務(wù)系統(tǒng),評估周期依據(jù)由資源占用的多少和系統(tǒng)穩(wěn)定性要求來確定,短則一周進(jìn)行一次評估,長則一個季度進(jìn)行一次評估。主要評估業(yè)務(wù)系統(tǒng)每臺服務(wù)器的 CPU、內(nèi)存、存儲資源的利用情況。分析要區(qū)分業(yè)務(wù)系統(tǒng)的工作日和非工作日,也要區(qū)分工作時間和非工作時間,分析細(xì)化到小時、分鐘的資源占用情況。在分析中挖掘資源消耗的隱患,以及挖掘資源分配不合理、資源占用不合理的現(xiàn)象,以應(yīng)用的視角掌握資源使用情況。以此為依據(jù)對整體資源池使用情況進(jìn)行評估,為資源精益化管理和次年需求審核提供參考依據(jù)。
3.3.2 趨勢分析策略
趨勢分析需要通過長時間的數(shù)據(jù)積累,和每一個評估周期的記錄信息,可以分析到業(yè)務(wù)系統(tǒng)中每個服務(wù)器任何一項資源的變化趨勢。整合每一個服務(wù)器的趨勢數(shù)據(jù)可以分析業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體的資源變化趨勢。
按照資源集群的劃分,依據(jù)積累的數(shù)據(jù)分析物理集群和每個資源池的資源變化趨勢,通過長時間的趨勢分析最終建立趨勢模型。在趨勢中挖掘基礎(chǔ)設(shè)施的可用性、穩(wěn)定性和利用率,為長遠(yuǎn)的資源規(guī)劃提供參考依據(jù)。
3.4 優(yōu)化調(diào)整策略
3.4.1 服務(wù)器調(diào)整策略
面向業(yè)務(wù)系統(tǒng),依據(jù)運(yùn)行評估的工作成果,回收過高占用的資源、增加不夠使用的資源,使各系統(tǒng)的資源使用逐步趨于最優(yōu)化。同時在資源不斷調(diào)整的過程中挖掘資源消耗的異常,例如某系統(tǒng)頻繁增加某一資源的現(xiàn)象,及時發(fā)現(xiàn)應(yīng)用隱患或管理的漏洞,分析各資源對不同系統(tǒng)的影響程度,提高計算資源的管理細(xì)致程度。
面向資源集群,按照歷史分析的結(jié)論重新定義每一個系統(tǒng)的資源需求差異,按照實際的需求差異調(diào)整業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部署集群,讓最合適的資源運(yùn)行最需要的業(yè)務(wù)系統(tǒng),避免某一個資源集群的無限擴(kuò)容。
3.4.2 存儲調(diào)整策略[5]
引入歷史數(shù)據(jù)歸檔的方法,根據(jù)每一個應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點,以及歷史數(shù)據(jù)分析的結(jié)果,將業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為熱難而上,結(jié)合現(xiàn)有條件提出具體的建設(shè)方案,分步驟實施,系統(tǒng)化地進(jìn)行建設(shè),力爭我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)綜合改革試點項目如期、完滿地完成建設(shè)任務(wù),為地方高等學(xué)校的教學(xué)提供有力的支持。
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業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的管理策略研究,通過區(qū)分業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器資源和存儲資源的精細(xì)化需求差異,明確硬件資源各項管理活動之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,梳理了主要管理活動的策略內(nèi)容。在需求估算階段充分利用已有數(shù)據(jù)審核需求的合理性,在采購規(guī)劃階段按照需求的差異性進(jìn)行整合規(guī)劃,在歷史分析階段積累豐富的佐證材料指導(dǎo)各項管理活動,在優(yōu)化調(diào)整階段優(yōu)化已有的硬件資源結(jié)構(gòu)。通過管理策略的實施最終實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件資源的主動式管理,不斷提高硬件資源利用率,降低硬件資源采購成本。
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(收稿日期:2016.04.21)
Management Strategies Research For Hardware of IT System
Feng Guocong1, Shi Hongyu1, Huang Hongcong1, Zhang Yintie2
(1. China Southern Power Grid Company Limited, Guangzhou 510000, China;2. IT System Integration Company, Nari Group Cooperation, Nanjing 210000, China)
IT system is an important part of enterprise information, which is an application runing on the basis of hardware and software resources. The amount of IT system is increasing and the frequency of updates also increases rapidly with the enterprise information deepening in recent years. It takes management confusion of hardware. Hardware is always lacking or wasting. This paper presents an IT system hardware management strategy by combing hardware resource lifecycle activities, using historical data records of hardware resources, attaching great importance to procurement planning, changing passive management to active management. The implementation of the management strategy can improve the effectiveness and efficiency of the hardware procurement and construction.
Hardware; Management strategy; procurement Planning; Historical analysis
TP311
A
1007-757X(2016)11-0054-03
2016.01.25)
馮國聰,中國南方電網(wǎng)有限公司,工程師,中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司,研究方向:系統(tǒng)運(yùn)行,廣州 510000
石宏宇,中國南方電網(wǎng)有限公司,工程師,中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司,研究方向:系統(tǒng)運(yùn)行,廣州 510000
黃宏聰,中國南方電網(wǎng)有限公司,工程師,中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司,研究方向:系統(tǒng)運(yùn)行,廣州 510000
張銀鐵,南方南瑞集團(tuán)公司,工程師,南京南瑞集團(tuán)公司信息系統(tǒng)集成分公司,研究方向:信息化管理,南京 210000