让税收信息化建设变得更加绿色云计算与虚拟化技术在税务系统中的应用初探

让税收信息化建设变得更加绿色——云计算与虚拟化技术在税务系统中的应用初探内容提要：2009年12月7日，在丹麦哥本哈根召开的联合国气候变化大会再次敲响了环境危机的警钟，全球人口不断增长与环境持续恶化、资源迅速枯竭及生态环境承载能力减弱的矛盾，在许多国家和地区日益凸显，如何节省能源、保护生态环境及实现可持续发展已经是全球每个政府、每个企业和每个人所共同面临的严峻挑战和紧迫任务。税收信息化建设会朝着高效率、低能耗、低成本、绿色的方向发展，利用云计算的一系列产品和理念，优化IT基础设施的能源效率、以降低成本，消除空间和资源的限制。为税收信息化建设减少成本的同时也为环境保护做出应有的贡献。本文着重讨论税收信息化建设利用云计算和虚拟化技术在节约能耗、降低成本、提高效率等方面的优势。关键词：绿色云计算税收信息化随着GDP的高速增长，我国的能源消耗也正以每年10%的速度在增长。据调查，全国每年800亿元的政府能源消耗中，50%来自IT产品。在哥本哈根气候大会中，中国已经承诺将单位GDP碳强度降低40%-45%，而碳强度与能耗是严格相关的。这意味着，未来国家在各个领域内都会严格限制能耗，IT领域也不例外。在这种背景下，以节能、环保、高效为核心标准价值的绿色IT产品将逐渐成为引领IT产业下一代革命的创新潮流。我国税收信息化建设从1994年税制改革，提出“以计算机网络为依托”到2009年提出“信息管税”，对信息化手段的依赖程度越来越高。在税收信息化近20年的发展过程中，税务系统建立起了覆盖全国省、市、县（区）的庞大的计算机网络与省级集中的数据处理模式。传统数据中心正在消耗大量的能源、空间和成本，而且近年来消耗量日益膨胀。由于数据量呈现了井喷式增长，全国税务系统的数据中心也在不断地升级更新中，能源的消耗可想而知。税务系统“金税工程”是我国政府管理部门各金字头工程中的重要组成部分，当低能耗、高效能成为各行各业的发展方向时，税务系统作为重要的政府职能部门，税收信息化建设过程中也面临高耗能、高污染和高成本的问题。在这种背景下，以云计算模式建立数据中心无疑是实现绿色未来的有力驱动力。云计算是一个极为绿色的运行模式，它的实质就是对计算资源、存储资源进行整合，来提高利用率和降低能耗。从技术角度看，云计算技术作为一种全新的体系架构，不再一味追求单个服务器的性能参数，而更多的关注如何用云集群的综合性能来弥补单个服务器的性能不足。通过建立“税务私有云”，应用虚拟化技术，使用较少的硬件和较少的电源实现更大的处理能力。通过适当的分析与集中处理，将许多低使用量设备整合为单一服务器，不仅可以缩减原始设备的电力损耗，更可以节省成本支出。一、税收信息化发展现状从1994年金税工程一期的实施到今天的金税三期工程，税收信息化建设经历了一个从无到有的成长过程，税收信息化的发展推动了征管模式的变化和税收业务流程的重组。今天，税收信息化建设已经和税务工作融为一体，成为税务工作的有力支撑和重要组成部分。但随着税收征管工作需求的不断增多，必然给税收信息化建设提出新的要求，许多问题日益显现。（一）传统IT架构建设更新成本高以山西省国税系统为例，全省国税系统共设置11个市局、122个县（市、区）局、12个经济技术开发区税务分局，也就是说全省至少有145个中心机房，每个机房需配备若干服务器、存储设备和网络设备等，同时还需配备相应的电力设备、环境调节设备以及监控设备等支撑系统。硬件的建设成本很高，同时随着设备的老化、坏损，硬件的更新维修也是一笔巨大的开支。（二）运行效率低、维护管理难度大税务系统应用系统林立，目前包括省级集中的综合征管、防伪税控、稽核、协查、核查、成品油、车购税征管、货运发票、税库银、财务、人事、税收执法、出口退税、数据同步、所得税管理、公文处理系统等，各系统的技术架构以及对于硬件设备的要求都不完全相同，每个系统都部署在不同的服务器上，客观上造成了服务器多、但资源利用率低的局面，同时由于系统众多，加大了维护管理的难度。（三）专业技术人员缺乏，运行维护工作繁重我国税务系统中，专业的税收业务人员占绝大多数，信息技术人员只占很小的比例。但是随着各项税收业务对信息化的依赖程度越来越高，专业技术人员的工作量与日俱增，运行维护工作繁重。技术人员往往不光要保证网络畅通、众多应用系统的平稳运行，而且还要负责全局计算机、打印机等硬件设备以及操作系统的维护工作，一个一百多人的县区局，通常只有一名专业技术人员，工作量可想而知。虽然每年通过公务员招考有部分地区的技术力量得到了补充，但是缺口仍然很大。二、云计算的技术背景（一）云计算的定义在互联网技术刚刚兴起时，人们画图时习惯用一朵云来代替互联网，因此在选择一个名词来表示这种基于互联网的新一代计算方式的时候，选择了“云计算”这个名词。云计算技术的产生是以往技术和计算模式发展和演变的必然结果。云计算是一种计算模式，把IT资源、数据和应用作为服务通过网络提供给用户。所谓的“云”其实就是将所有的计算资源整合起来，形成一种具备强大计算能力的资源池，透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由这个多部服务器所组成的资源池的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。终端用户不需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接进行控制，只需要向网络发出请求来得到相应的服务。（二）云计算的特征云计算具有弹性伸缩、快速部署和资源抽象的特征。1、弹性伸缩云计算可以根据访问用户的多少，增减相应的IT资源（包括CPU、存储、带宽和中间件应用等），使得IT资源的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模变化的需要。2、快速部署云计算模式具有极大的灵活性，足以适应各个开发和部署阶段的各种类型和规模的应用程序。提供者可以根据用户的需求及时部署资源，最终用户也可按需选择。3、资源抽象最终用户不知道云上的应用运行的具体物理资源位置，同时云计算支持用户在任意位置使用各种终端获取应用服务。所以最终用户无需了解应用运行的具体物理资源位置，云计算通过资源抽象特性来实现云的灵活性和应用广泛支持性。三、云计算在税收信息化建设中的节能优势云计算技术的出现，对税务系统信息化建设既是机遇也是挑战。从国家内部网络信息安全考虑，不宜使用在互联网上运行的向任何用户开放的公有云，因此我们需要构建以自身网络架构为基础的云计算平台基础设施，即税务系统的“税务私有云”。构建“税务私有云”在节能减排、降低能耗方面具有以下优势：（一）减少硬件投资，最大限度降低成本税务系统信息化建设已走过了近20年的历程，随着征管业务需求的不断增加以及设备的逐渐老化，数据中心需要持续不断的投资更新来维护IT基础设施，而硬件设备的更新淘汰是很大一笔投资。1、利用虚拟服务器技术，降低服务器投资税务系统应用系统众多，每台服务器运行单一的应用程序，一个省级数据处理中心至少要存放几十台服务器。服务器的计算能力利用率普遍低于20%，资源使用率极低，80%的计算能力都处于闲置状态，极大地浪费了资源。服务器虚拟化将系统虚拟化技术应用于服务器上，将一个服务器虚拟成若干个服务器使用，如图1所示，在采用服务器虚拟化之前，协查系统、出口退税系统、税收执法管理系统三种不同的应用分别运行在三个独立的物理服务器上；在采用服务器虚拟化之后，这三种应用运行在三个独立的虚拟服务器上，而这三个虚拟服务器可以被一个物理服务器托管。也就是说，服务器虚拟化是在单一物理服务器上可以运行多个虚拟服务器。服务器虚拟化为虚拟服务器提供了能够支持其运行的硬件资源抽象，包括虚拟BIOS、虚拟处理器、虚拟内存、虚拟设备与I/O，并为虚拟机提供了良好的隔离性和安全性。同时，由于需要的服务器数量极大下降，每台服务器的利用率大幅提高，从而显著节省了硬件费用，也减少了将来的硬件投资。一方面由于服务器数量减少，服务器的折旧费用也随之降低；另一方面服务器数量的减少，直接节省了电力、制冷及机房的开支。2、利用桌面虚拟化技术，降低客户端硬件投资桌面虚拟化将用户的桌面环境与其使用的终端设备解耦合。服务器上存放的是每个用户的完整桌面环境，用户可以使用具有足够处理和显示功能的终端设备，通过网络访问该桌面环境，如图2所示。利用桌面虚拟化技术，每个税务人员只需要使用一个靠屏幕、键盘与网络接头连接到“云端”这个电脑，就可以像用水、电、煤气一样，按需取用这种计算能力，迅速完成各项业务工作。与现有的传统分布式PC桌面系统部署相比，采用桌面虚拟化的轻量级客户端架构部署服务可减少硬件与软件的采购开销，并进一步降低税务系统的内部管理成本与风险。随着硬件的快速更新换代、应用软件的增加和分布、工作环境的分散，管理和维护终端设备的工作变得越来越困难。桌面虚拟化技术的使用可大大降低电费、管理、PC购买、正版软件购买、运行和维护等成本，同时大大提高了硬件设备的使用效率，非常符合当前节约型社会发展的需求。（二）提高电能利用率，实现节能目标图3是一个典型的传统模式下数据中心电力消耗的示意图。电力输送到数据中心后，平均只有45%被IT设备使用，其他55%则用于冷却系统等耗电设备。用于IT设备的部分，也只有30%被处理器所用，剩下的70%则用于电源、风扇、内存、磁盘等部件。处理器的平均负载只有5%—20%，剩余部分都被浪费了。降低服务器的数量是节省电力行之有效的方法。目前数据中心服务器的利用率普遍偏低，企业数据中心服务器资源平均利用率在10—30%之间，一半以上的IT资源都在浪费。服务器的性能越来越强，而被有效利用部分的比例却越来越小。服务器的能耗通常可以分为两个部分：一部分是CPU的能耗，这部分能耗和CPU的利用率直接相关，CPU的利用率越高则能耗越高；另一部分是主板、内存、网络等其他部件的能耗，这一部分能耗基本为固定值，只与服务器是否开机有关。假设有三台服务器的CPU利用率都是10%，如果可以把上面的应用迁移到一台服务器上，关掉剩下的两台就可以省下这两台服务器的固定能耗，而运行服务器的CPU能耗也不会增加太多。税务系统完全可以利用虚拟化技术设定多个虚拟机共享同一台物理机，从而达到提升服务器资源利用率的目的，进而降低电力消耗，达到绿色节能的目的。（三）将技术人员从繁琐的重复劳动中解放出来，人力资源大大节省税务部门信息技术专业人才较为缺乏，尤其是县区级税务机关，一名技术人员往往要负责维护全局上百台计算机，遇到软件或操作系统升级、或是安装部署一项应用时，往往要进行上百次的重复操作，工作效率极低。云计算利用桌面虚拟化技术，将众多终端的资源集合到后台数据中心，利用整合资源的虚拟化软件和服务管理软件，由系统维护人员统一配置数百上千个客户端设备，进行统一认证、统一管理和更为灵活的调配资源，同时对各应用系统进行整合，使系统管理员摆脱大量繁重的与物理服务器、客户端、操作系统、中间件及兼容性问题打交道的管理工作，更加专注于应用的管理，而不是在每个用户的桌面现场管理众多的客户端，减少了现场支持工作，加强了对应用软件和补丁管理的控制。图4显示了中等规模和大型云计算环境下自动化安装部署带来的节省情况。虚拟化软件和服务管理软件的使用，使部署一套系统的时间从40—70小时减少到了30分钟。在安装环境复杂、映象众多的情况下，自动化安装部署带来的节省尤其突出。在大型环境下，支出节省达到了90%。服务器虚拟化技术和桌面虚拟化技术是新兴的计算模式，目前已引起IT业界的普遍关注，它们必将成为今后IT产业发展的必然趋势。如果这朵“税务私有云”能够建立起来，使得云计算和虚拟化技术在税务信息化建设中得以运用，相信信息化的成本会得到很大降低，信息资源的利用也会得到很大提高，税收信息化会变得更加节能、环保、绿色。参考文献：（1）朱近之主编，《智慧的云计算》，电子工业出版社。（2）《虚拟化与云计算》，电子工业出版社。