数据中心机房IT硬件管理知识图谱模型的应用路径探索

文 / 中国农业银行数据中心(北京) 芦伟 荆峥 郑嵘 孟丰

近年来，随着技术快速发展与精细化管理逐步普及，银行业对机房IT硬件设备运维也提出了更高的要求。传统模式下，IT硬件管理包含了主机管理、服务器管理、存储管理、网络管理等多种类型，这些硬件不但与应用系统及机房的SPC资源(空间资源、供配电资源、空气调节资源)有着复杂的关联关系，同时在IT硬件内部也存在复杂的关联性。此外，当前在机房环境中部署的IT硬件设备类型和数量都非常庞大，运维人员在进行日常管理或变更实施的过程中，经常需要对IT硬件设备开展端到端的关联分析，期间涉及多个部门及工作条线，往往很难在短时间内获取全面的关联信息，因此也难以满足数据中心日益精细化的运维需求。

一般来说，传统机房的IT硬件管理通常分散在不同部门，且针对不同类型的IT硬件均配置了不同的管理系统，但彼此之间却缺乏IT硬件层面的关联关系，同时也缺乏IT硬件与应用系统及机房关键基础设施资源的关联关系，更没有全面统一的IT硬件可视化视图。在此背景下，当需要开展日常运维及变更管理时，往往会消耗大量时间来梳理IT硬件存在的各种关联关系，从而降低了数据中心机房的运维效率。此外，从分离的部门及条线汇总的IT硬件关联信息经常分散在各种不同的文档、图表中，不够直观方便且沟通效率较低，一旦在特殊情况下需要临时梳理IT硬件的关联关系，将可能因忽略某些重要关系而造成安全隐患。为了解决上述问题，本文设计提出了一种适用于机房IT硬件设备的知识图谱模型及可视化实现方法，以期在改善机房IT硬件管理效率的同时，进一步提高整体IT环境的快速响应能力。

1.运维对象分布

当前，数据中心机房承载了企业的大部分业务信息系统，包含不同种类的运维对象(见表1)。

表1 数据中心机房运维对象种类

这些运维对象间存在着复杂的关联关系，从数据中心机房全局角度看，可以分为A应用层、I平台层、F关键基础设施层。其中，A应用层主要包括各类应用对象，根据应用类型不同可分为渠道服务、外部接口、管理分析、业务支持、核心系统等。I平台层主要包括各类IT硬件设备，如服务器、存储、网络等。F关键基础设施层主要包括各类机房关键基础设施，如供配电系统、空气调节系统、综合布线系统、安防系统、消防系统等，此外也与空间、供配电、空气调节等存在较强的关联性。数据中心机房运维环境示意如图1所示。

图1 数据中心机房运维环境示意

2.知识图谱原型设计

在上述分层中，数据中心机房内的IT硬件主要集中在I平台层，并在整个数据中心架构中起着承上启下的重要作用，但IT硬件管理却不仅仅限于对I平台层的管理，还包括管理其与A应用层、F关键基础设施层的复杂关联关系，即需要IT硬件管理从全局出发，端到端地综合评估IT硬件设备间的影响关系。针对这一需求，数据中心机房IT硬件管理知识图谱模型结合数据中心的全局视角，通过梳理IT硬件与其他运维对象的关联关系，形成了完整的IT硬件知识图谱，并能够通过一种可视化方法展现全貌。其中，数据中心机房IT硬件管理知识图谱建模工作主要包括数据采集、节点和关系梳理、模型建立等部分，源数据则主要来自于资产管理系统、配置管理系统、DCIM系统等，古玩数据类型主要为结构化和半结构化数据。数据中心IT硬件知识图谱模型如图2所示。

图2 数据中心IT硬件知识图谱模型示意

在应用路径选择上，本文通过对涉及的原始数据、节点及关联关系进行梳理，建立了数据中心IT硬件知识图谱原型，其中所有运维对象都将被看作知识图谱的节点，而硬件间的关联关系则成为知识图谱中的关系。在此基础上，本文从应用系统、IT硬件和关键基础设施等三方面入手，分别展望了IT硬件知识图谱的应用场景，并进一步设计了可视化实现方式。

1.应用系统

应用系统是企业IT价值的展现窗口，按照应用系统的用途，一般可分为渠道服务、外部接口、管理分析、业务支持、核心系统等。对此，每个应用系统均可表示为一个知识图谱的节点，每条连线可表示为一种关系。应用系统层知识图谱模型如图3所示。

图3 应用系统层知识图谱模型示意

2.IT硬件

IT硬件设备管理是数据中心机房运维的重要环节，本文按照网络硬件设备和其他IT硬件设备分类，分别进行总结分析。其中，网络硬件设备是机房神经网络的核心组成部分，包括了路由器、交换机、防火墙、入侵检测、负载均衡等多种硬件设备，且通常都按照各类IT系统的重要性划分了不同的安全区域，相关的IT硬件设备部署在各自区域内。在此情况下，网络拓扑图和知识图谱很接近，每台网络设备均可表示为一个知识图谱的节点，而每条连线则可表示为一种关系。IT硬件层网络设备部分知识图谱模型如图4所示。

图4 IT硬件层网络设备部分知识图谱模型示意

此外，对于其他IT硬件设备而言，平台层的IT硬件设备部署方式主要由应用系统的类型决定：一是传统应用系统IT硬件部署架构。传统的应用系统大多直接部署在物理设备上，可按照硬件功能不同进行划分，如Web层提供Web对外服务、App层处理业务逻辑、DB层处理业务数据管理、存储层存放业务数据等。此时，每台IT设备可表示为一个知识图谱的节点，每条连线可表示为一种关系。

二是基于云平台的应用系统硬件部署架构。随着云计算技术的快速发展，云平台已经成为大部分企业IT部署的主要方式，且在各种硬件资源集中池化后，还可通过云管理平台进行统一调度，而应用系统需要的各种资源也都部署在云端。此时，云平台环境中的每台IT设备可表示为一个知识图谱的节点，每条连线可表示为一种关系。

三是大数据平台系统硬件部署架构。随着业务数据量的飞速增长，大部分企业都在通过大数据平台来获取、提炼重要的数据信息，进而辅助企业决策，增强自身竞争能力。在此过程中，大数据平台主要通过管理平台实现对大数据的采集、清洗、数据分类汇总以及多维度的管理分析。此时，大数据平台环境的每台IT设备可表示为一个知识图谱的节点，每条连线可表示为一种关系。

3.关键基础设施

IT硬件设备主要依赖的基础设施部分包括机房空间、供配电设施和空气调节设施等。此时，每个关键基础设施可表示为一个知识图谱的节点，每条连线可表示为一种关系。

结合以上对IT硬件关联关系的分析，汇总出APP应用类、SE服务器类、ST存储类、N网络设备类、S空间类、P供配电类、C空气调节类和M管理类共计8类主要的知识图谱节点，并在此基础上，进一步归纳总结了IT硬件管理领域的常见知识图谱关系。

4.可视化实现

实践中，当知识图谱建模工作完成后还需要进行可视化实现，其主要工作包括将数据导入数据库及Web前台渲染。为提高运行效率，本文采用的数据库为当前较为流行的原生图数据库，通过其提供的数据接口完成了数据导入，并建立了节点和关系模型。机房IT硬件知识图谱的关系是一种典型的图数据结构，所以在Web层渲染中采用了力导向图(Force-DirectedGraph)的形式去展现。力导向图是建立在物理力学模型基础上的一种特殊图表，具有良好的对称性和局部聚合性，适合展现如机房IT硬件知识图谱般复杂的关系网络。

截至目前，数据中心机房IT硬件知识图谱模型中的节点数目约为5000个，关系数量约为10000条，且后续还将不断增加。该模型不仅建立了IT硬件与应用系统及机房关键基础设施资源的关联关系，还提供了统一的IT硬件关联关系可视化视图，并在实际工作中取得了良好成效。例如，在日常故障处理工作中，可根据故障对象快速查询各种关联关系，进而了解影响范围、重要级别、维保情况等信息，加快故障处理进度;在变更管理工作中，可根据变更对象快速查询各种关联关系，进而加快业务影响分析工作进度，为变更方案提供决策支持。总而言之，该模型使用更为直观简捷的方法，通过充分利用现有的运维数据，可帮助运维人员快速全面了解相关信息，在进一步确保数据中心机房安全稳定的同时，也为IT硬件管理提供了更为高效、规范、易操作的方法。