基于IBM Power VM虛擬化技術(shù)在高校校園網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

陳開兵

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

一、引言

隨著高校的擴(kuò)招，學(xué)校對(duì)外的宣傳、自身的教育資源等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求也隨其迅速擴(kuò)張。目前，高校的校園網(wǎng)服務(wù)器主要包括學(xué)校主頁服務(wù)器、視頻服務(wù)器、教學(xué)資源服務(wù)器、OA服務(wù)器、精品課程服務(wù)器、郵件服務(wù)器以及提供WEB、DHCP、FTP絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器，其對(duì)應(yīng)的每一項(xiàng)服務(wù)都需要有一臺(tái)硬件服務(wù)器或存儲(chǔ)設(shè)備來支撐，有的還可能會(huì)考慮到數(shù)據(jù)的安全可靠性，配置了雙機(jī)。這些服務(wù)器在部署和運(yùn)行期間，存在著一些問題：

（一）利用效率不高。由于不同的服務(wù)運(yùn)行都存在著高峰和低谷的周期，為了滿足這種要求，在配置服務(wù)器的時(shí)候就必須按照其峰值進(jìn)行配置，這樣就會(huì)造成該服務(wù)器的大量時(shí)間處于空閑的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致浪費(fèi)大量的計(jì)算機(jī)資源。

（二）擴(kuò)展性差。目前，很多應(yīng)用軟件系統(tǒng)都是基于32位的操作系統(tǒng)，其只能訪問服務(wù)器的4GB的內(nèi)存，如果要訪問更多的內(nèi)存，就需要重新配置更高的服務(wù)器。同時(shí)，隨著IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，最新的服務(wù)器內(nèi)存配置已達(dá)到16GB或更高，而現(xiàn)有的32位應(yīng)用軟件系統(tǒng)無法訪問。

（三）管理難度大。由于應(yīng)用軟件系統(tǒng)的不斷升級(jí)、更新和維護(hù)，造成各種沖突或出現(xiàn)故障是不可避免的，這必然會(huì)導(dǎo)致管理難度加大，無法向用戶提供穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（四）運(yùn)維成本高。服務(wù)器的數(shù)量不斷增加，對(duì)數(shù)據(jù)中心的要求也越來越高，其所需要的網(wǎng)絡(luò)、耗電、制冷等也越來越大，相應(yīng)的各種成本就越來越高。

綜上各種因素，要提高高校校園網(wǎng)服務(wù)器的運(yùn)行效率和質(zhì)量，就必須要減少相應(yīng)的硬件投資、降低其運(yùn)維成本、簡化數(shù)據(jù)中心的管理，同時(shí)，還要提高服務(wù)的連續(xù)性。為此，本文提出了一種基于IBM Power VM技術(shù)的高校校園網(wǎng)虛擬化方案，該方案可以有效地對(duì)高校的校園網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行整合，從而解決這些問題。

二、服務(wù)器虛擬化

（一）虛擬化概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中提到的虛擬化是將一個(gè)單體資源加以子集化、抽象化的過程，以設(shè)計(jì)者的概念運(yùn)行，并獲得更佳的資源利用率，虛擬化提供了對(duì)于數(shù)據(jù)、計(jì)算能力、儲(chǔ)存容量及其它資源一個(gè)邏輯的分類，而不是一個(gè)實(shí)體界限。

虛擬化的概念最早出現(xiàn)于1967年IBM M44/44X主機(jī)中提出，為讓使用者能夠充分地利用昂貴的大型機(jī)資源，研發(fā)了虛擬化技術(shù)，讓使用者在同一臺(tái)主機(jī)上可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，而這個(gè)技術(shù)就是IBM公司所提出的邏輯分區(qū)(Logical Partition，LPAR)與動(dòng)態(tài)邏輯分區(qū) (Dynamic LPAR，DLPAR)的概念，其中DLPAR甚至可以在不重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的情況下，將CPU等系統(tǒng)資源分配給獨(dú)立的分區(qū)，在管理層面上提供了很高的彈性與便利性。

（二）虛擬化需要考慮的問題

虛擬化技術(shù)包括硬件虛擬化、并行虛擬化和操作系統(tǒng)虛擬化，不同的虛擬化有不同的效果，在對(duì)服務(wù)器進(jìn)行虛擬之前，必須先考慮以下問題：

(1)性能：虛擬化的性能影響應(yīng)用程序的性能，并最終影響終端客戶的滿意程度。虛擬化的應(yīng)用程序運(yùn)行效率差異相當(dāng)大，效率高的能夠做到接近原始物理環(huán)境下運(yùn)行的效率，效率低的則讓終端用戶都無法接受。另外，同一虛擬化技術(shù)的不同產(chǎn)品性能也有很大差異。

(2)利用率：服務(wù)器的利用率直接關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)中心的資源總擁有成本，在服務(wù)器整合中要考慮到數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)、電力和硬件維護(hù)成本等因素。提高服務(wù)器的實(shí)際使用率，最大化服務(wù)器的性價(jià)比和投資回報(bào)率，這是服務(wù)器整合的根本目標(biāo)。

(3)管理成本：虛擬化可以降低硬件以及環(huán)境的成本，但操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序更新、補(bǔ)丁、備份、安裝和應(yīng)用管理等這些管理性任務(wù)的成本也相當(dāng)可觀。因此對(duì)于虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施的管理，虛擬化的管理工具就更加重要，只有很好地進(jìn)行資源的管理和監(jiān)控才能降低管理成本，才能有效地利用虛擬服務(wù)器的資源。

(4)平臺(tái)支持：虛擬化技術(shù)是將虛擬服務(wù)器從其下的硬件中抽象出來，此時(shí)，必須要考慮到平臺(tái)的支持問題。對(duì)于硬件虛擬化和并行虛擬化而言，必須要支持從CPU芯片到顯卡等計(jì)算機(jī)的所有硬件。而對(duì)于操作系統(tǒng)虛擬化來說，其技術(shù)是建立在標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)之上，所以操作系統(tǒng)虛擬化產(chǎn)品部署過程相對(duì)于硬件虛擬化和并行虛擬化來說比較容易。

(5)資源利用：硬件虛擬化和并行虛擬化分配的硬件資源是一種虛擬資源，有一定的限制性，其中有些虛擬資源是動(dòng)態(tài)的可以實(shí)時(shí)更新，而有些虛擬資源可能需重啟服務(wù)器或中斷虛擬服務(wù)器才能利用。操作系統(tǒng)虛擬化對(duì)資源的管理相對(duì)來說比較靈活，可以在不中斷應(yīng)用服務(wù)或虛擬服務(wù)器情況下實(shí)時(shí)更新資源。

（6)遷移：遷移是虛擬化技術(shù)的一項(xiàng)重要功能，其允許將虛擬服務(wù)器克隆出來，或從一臺(tái)物理服務(wù)器遷移到另外一臺(tái)服務(wù)器。許多虛擬化解決方案雖具有遷移能力，但他們在軟件功能和成本方面有相當(dāng)大的差異，因此，在做服務(wù)器遷移之前，用戶需要評(píng)估遷移的重要性，明確如何遷移才能更適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境。

(7)隔離和安全：不同虛擬化技術(shù)具有不同的隔離和安全處理方式，虛擬化解決方案最基本的組件就是分區(qū)。所有虛擬計(jì)算機(jī)必須完全隔離，這樣進(jìn)程、動(dòng)態(tài)鏈接庫以及應(yīng)用程序才不會(huì)影響同一臺(tái)服務(wù)器的其它虛擬計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。同隔離一樣，對(duì)于同一臺(tái)物理服務(wù)器上的兩個(gè)虛擬服務(wù)器來說，彼此之間的安全同樣重要。因此，要確保這些技術(shù)隔離和安全的級(jí)別是可靠的。

（三）虛擬化的效果

通過對(duì)服務(wù)器虛擬化后，必須要達(dá)到以下效果：

(1)降低成本：通過對(duì)服務(wù)器進(jìn)行虛擬化后，一方面可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器資源整合，用戶將自己的多個(gè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)整合至一個(gè)硬件服務(wù)器中，從而控制和減少物理服務(wù)器的數(shù)量，提高每個(gè)物理服務(wù)器及其CPU的資源利用率，降低硬件成本。另一方面，經(jīng)過整合后的系統(tǒng)管理大大簡化，其運(yùn)維成本也必須大幅下降，包括數(shù)據(jù)中心空間、機(jī)柜、網(wǎng)線、耗電量、空調(diào)和人力成本等。

(2)提高工作效率：通過服務(wù)器虛擬化，可以加快新服務(wù)器和應(yīng)用的部署，完成了傳統(tǒng)方式下需要幾十臺(tái)服務(wù)器才能完成的工作。在降低物理服務(wù)器數(shù)量的同時(shí)，還要大大降低對(duì)機(jī)房環(huán)境的需求。由于虛擬機(jī)可快速遷移和備份，使得IT硬件維護(hù)工作要變得更簡單。另外，虛擬化還要提高開發(fā)人員和質(zhì)量保證人員的工作效率，系統(tǒng)開發(fā)人員可以通過在隔離的虛擬機(jī)上執(zhí)行測試來縮短停機(jī)時(shí)間和周轉(zhuǎn)時(shí)間。

(3)實(shí)現(xiàn)環(huán)保：服務(wù)器虛擬化前與服務(wù)器虛擬化后相比，設(shè)備能耗差要大，每年減排的二氧化碳要盡可能多，這樣可以真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

(4)保障服務(wù)的連續(xù)性：通過對(duì)服務(wù)器虛擬化，能利用虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)硬件、存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的完全統(tǒng)一，從而真正實(shí)現(xiàn)不間斷的實(shí)時(shí)備份，保證業(yè)務(wù)連續(xù)性。

三、基于IBMPower VM技術(shù)的服務(wù)器虛擬化方案

（一）IBM Power VM虛擬化架構(gòu)

IBM Power VM虛擬化架構(gòu)如圖1所示。IBM Power VM虛擬化技術(shù)源于IBM大型機(jī)上使用的虛擬化技術(shù)。該虛擬化架構(gòu)分成三層：物理層、微碼層和操作系統(tǒng)層。其中物理層包括物理的CPU、內(nèi)存、I/O適配器、服務(wù)處理器等實(shí)現(xiàn)物理上的資源。微碼層又叫做抽象層，主要是指Hypervisor，這是虛擬化技術(shù)中的一個(gè)核心組件，主要負(fù)責(zé)上層操作系統(tǒng)層與下層物理層之間通信、使用物理資源以及邏輯分區(qū)之間的通信。操作系統(tǒng)層即邏輯分區(qū)層，IBM的p系統(tǒng)服務(wù)器虛擬化技術(shù)允許在一臺(tái)物理服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行多套不同的操作系統(tǒng)，每個(gè)操作系統(tǒng)及其所使用的資源定義文件就組成了一個(gè)邏輯分區(qū)(LPAR)。

例如，在UNIX平臺(tái)上，用戶可以選擇IBM Power VM實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，并通過IBM提供的虛擬化服務(wù)器管理軟件實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，能夠提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)調(diào)整、虛擬高可用性、虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)部署遷移、虛擬備份、全方位虛擬化及集成，從而簡化IT基礎(chǔ)設(shè)施，降低成本。

本方案以節(jié)約成本為本質(zhì)，提高資源利用率為目的，采用IBM Power VM虛擬化技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)、整合，既滿足了三層架構(gòu)的安全要求，同時(shí)又節(jié)約了服務(wù)器資源。

3.2方案的系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D

方案的系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D如圖2所示。本次配置2套12 core IBM Power 740服務(wù)器，將每臺(tái)服務(wù)器分成5個(gè)分區(qū)，其中第一分區(qū)為數(shù)據(jù)庫分區(qū)，分配6 core Power 7，第二分區(qū)為DNS分區(qū)，分配2 core Power7，第三分區(qū)為OA及郵件系統(tǒng)分區(qū)，分配2 core Power 7，第四分區(qū)四為WAS分區(qū)，分配2core Power 7。兩臺(tái)IBM Power 740服務(wù)器的第一分區(qū)通過Power HA做成雙機(jī)集群，共享磁盤陣列采用IBM DS5020，其他幾個(gè)分區(qū)通過應(yīng)用本身的集群工作機(jī)制做成互為備份。

四、總結(jié)

本文利用了IBM Power VM技術(shù)，提出了高校校園網(wǎng)服務(wù)器虛擬化的方案，虛擬化不僅僅是一個(gè)技術(shù)，一個(gè)應(yīng)用手段，其實(shí)更是高校校園網(wǎng)發(fā)展的必經(jīng)的歷程。虛擬化的前景雖然是無限的，但也必須清醒地意識(shí)到，高校校園網(wǎng)并不能為了虛擬化而虛擬化，而應(yīng)該將虛擬化技術(shù)與自身的服務(wù)有機(jī)的結(jié)合起來，以實(shí)際使用為準(zhǔn)則，切實(shí)提高高校的校園網(wǎng)服務(wù)。該方案已在某高校中投入使用近一年，效果良好。

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