服務(wù)器虛擬化在校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

付平武 (華東交通大學(xué)軌道交通學(xué)院，江西 南昌 330013)

服務(wù)器虛擬化在校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

付平武 (華東交通大學(xué)軌道交通學(xué)院，江西 南昌 330013)

分析了校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器使用狀況，介紹了服務(wù)器虛擬化技術(shù)及其應(yīng)用。針對數(shù)據(jù)中心應(yīng)用需求不斷增加，物理服務(wù)器數(shù)量不斷增長的狀況，提出了基于VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)的解決方案，優(yōu)化管理模式，減少物理服務(wù)器的數(shù)量，簡化服務(wù)器管理，提高服務(wù)器資源利用率。

服務(wù)器;虛擬化技術(shù)；VMware;數(shù)據(jù)中心

隨著計算機的廣泛應(yīng)用，高校不斷推進校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實現(xiàn)了校園信息化。隨著各種應(yīng)用系統(tǒng)的增加，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量越來越多，系統(tǒng)運行環(huán)境日益復(fù)雜，使得服務(wù)器管理工作量增大、系統(tǒng)資源利用率降低，數(shù)據(jù)管理維護困難，系統(tǒng)的整體性能下降[1]。下面，筆者通過采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，構(gòu)建虛擬化服務(wù)器資源池，合理地調(diào)配資源，提高服務(wù)器的利用率，解決校園網(wǎng)使用和管理中面臨的問題。

1 校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心狀況

隨著校園信息化不斷推進，各種教學(xué)、管理和科研方面的應(yīng)用系統(tǒng)相繼投入運行，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器數(shù)量不斷增多，系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)管理和維護變得日益復(fù)雜，在使用過程中出現(xiàn)一些問題，具體狀況如下：

(1)應(yīng)用系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，種類繁多，運行環(huán)境復(fù)雜。由于應(yīng)用系統(tǒng)是在不同時期投入運行，操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫具有多個類型和版本，具有Windows、Unix和Linux平臺下的多種應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫有多個版本的SQL Server和Oracle；這些系統(tǒng)運行環(huán)境不同，性能差異很大，導(dǎo)致服務(wù)器數(shù)量越來越多，系統(tǒng)維護工作量大。

(2)系統(tǒng)故障率高，可靠性低，服務(wù)保障水平低。各種應(yīng)用系統(tǒng)大都是不同時期投入使用，基本在獨立的物理服務(wù)器中運行,容易形成單點故障，可靠性較低，服務(wù)器故障就會導(dǎo)致某個應(yīng)用系統(tǒng)癱瘓。且系統(tǒng)故障后恢復(fù)時間長，可用性差[2]。

(3)系統(tǒng)資源分配不均衡，不能發(fā)揮整體效能。由于不同時期購置的服務(wù)器硬件，性能相差較大，且有些應(yīng)用系統(tǒng)具有時效性，負載不均衡，導(dǎo)致資源分配不合理，有的應(yīng)用系統(tǒng)高峰時資源十分緊張，CPU利用率過高，系統(tǒng)響應(yīng)慢；空閑時利用率很低,造成資源配置不均衡。

2 虛擬化技術(shù)概述

2.1虛擬化技術(shù)的概念

虛擬化是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運行，是一個為了簡化管理、優(yōu)化資源的解決方案[3]。虛擬化技術(shù)可以擴大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程。

服務(wù)器虛擬化是指在一臺物理主機上虛擬出多個虛擬機，各個虛擬機之間相互隔離，并能同時運行相互獨立的操作系統(tǒng)[4]。通過服務(wù)器虛擬化，可以在一臺物理服務(wù)器上同時運行Windows，Linux和Unix等多種操作系統(tǒng)。服務(wù)虛擬化將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，可以把一臺物理服務(wù)器變成幾十臺甚至上百臺相互隔離的邏輯服務(wù)器，或者把多臺物理服務(wù)器虛擬成一臺大的邏輯服務(wù)器，讓用戶可以像使用一臺服務(wù)器一樣來支配這些服務(wù)器，以達到資源利用最大化的目的。

2.2服務(wù)器虛擬化技術(shù)優(yōu)勢

(1)實現(xiàn)了資源整合，提高了資源利用率。服務(wù)器虛擬化技術(shù)，通過把物理服務(wù)器進行合并、整合，這樣可以淘汰老舊的性能較低的服務(wù)器，減少服務(wù)器的數(shù)量，節(jié)約了電能；虛擬化技術(shù)通過把物理資源形成邏輯的資源池，實現(xiàn)了資源池的動態(tài)共享，簡化了服務(wù)器部署，提高了服務(wù)系統(tǒng)的靈活性，滿足了不斷變化的應(yīng)用需求，從而降低整個服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)的總體擁有成本。

(2)實現(xiàn)服務(wù)器資源的統(tǒng)一管理，提高運維水平。服務(wù)器虛擬化技術(shù)改變了基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜的現(xiàn)狀，管理人員可以通過統(tǒng)一的管理平臺對多臺服務(wù)器進行集中管理，降低管理復(fù)雜度，實現(xiàn)負載自動化、減輕了管理工作量，降低了運維費用。

(3)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。系統(tǒng)管理員可以在數(shù)據(jù)中心對運行的數(shù)據(jù)進行集中管理。由于虛擬機完全獨立于硬件環(huán)境，使得系統(tǒng)的備份和恢復(fù)操作變得簡單、迅速，數(shù)據(jù)的安全性得到提高，可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)運行狀況便捷地實現(xiàn)透明的負載均衡、動態(tài)遷移和故障自動轉(zhuǎn)移等服務(wù)，構(gòu)造高可靠應(yīng)用環(huán)境。

3 數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1虛擬化軟件產(chǎn)品選型

目前服務(wù)器虛擬化軟件產(chǎn)品主要有3種：VMware ESX Server，Citrix XenServer和Microsoft Hyper-V。VMware ESX Server技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，在各行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。ESX Server是完全虛擬化產(chǎn)品，直接安裝于服務(wù)器硬件之上，把操作系統(tǒng)從底層硬件中分離，從而使得多臺虛擬機直接構(gòu)建于硬件層之上，把服務(wù)器硬件資源抽象為多個邏輯的虛擬機[5]。這些虛擬機各自擁有虛擬的CPU、內(nèi)存、存儲器、網(wǎng)卡等資源，在虛擬機中的資源上可以部署不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，支持在虛擬機中同時運行Windows、Linux和Unix等32位與64位的操作系統(tǒng)。

VMware服務(wù)器虛擬化提供了系統(tǒng)平臺的集中化管理和性能監(jiān)控，通過虛擬機的克隆、快照等功能，實現(xiàn)了服務(wù)器的快速部署；通過連接到公用存儲的物理服務(wù)器，可以實現(xiàn)Vmotion(遷移)、HA(高可用性)和DRS(分布式資源調(diào)度)等，優(yōu)化系統(tǒng)資源，達到系統(tǒng)的高可靠性，可維護性和高可用性。

3.2服務(wù)器虛擬化技術(shù)架構(gòu)

在校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心引入服務(wù)器虛擬化技術(shù)，不改變原有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，只是改變了數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施的管理模式，通過服務(wù)器虛擬化，搭建虛擬化集群，形成服務(wù)器資源池，并進行統(tǒng)一管理。原有的服務(wù)器仍然可以正常運行，并且與虛擬化服務(wù)器融合在一起。隨著虛擬化的不斷深入應(yīng)用，可以動態(tài)地增加服務(wù)器資源，擴大虛擬化集群的規(guī)模，構(gòu)建更加合理的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。

在客戶端使用方面，不改變用戶原有的操作方式和使用習(xí)慣，各應(yīng)用系統(tǒng)對虛擬服務(wù)器訪問和數(shù)據(jù)交換等操作，仍然沿用原來傳統(tǒng)物理服務(wù)器的訪問模式，不會對后臺的業(yè)務(wù)系統(tǒng)造成不利影響。通過在服務(wù)器主機的本地硬盤上安裝ESX Server，用vCenter創(chuàng)建虛擬機，在虛擬機上部署操各種操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用平臺，用VMware Converter工具把各種應(yīng)用系統(tǒng)從物理機遷移到虛擬機，實現(xiàn)VMware vSphere的高可用性。同時根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)狀況可以提供資源動態(tài)調(diào)整、虛擬HA、虛擬機動態(tài)部署遷移、虛擬備份及系統(tǒng)整合解決方案，整合數(shù)據(jù)中心的各種應(yīng)用服務(wù)器。

3.3服務(wù)器虛擬化實施方案

根據(jù)校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)架構(gòu)，整合服務(wù)器資源，構(gòu)建新型管理應(yīng)用平臺，對服務(wù)器虛擬化方案技術(shù)實施，具體過程如下：

(1)統(tǒng)一規(guī)劃系統(tǒng)資源。首先根據(jù)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用平臺對物理服務(wù)器進行分類，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的特點及對資源的需求情況進行統(tǒng)計、分析，確定應(yīng)用系統(tǒng)性能需求，對虛擬機的配置情況進行合理規(guī)劃，包括CPU、內(nèi)存和磁盤大小及利用率等，確定每臺虛擬機的資源需求；對應(yīng)用系統(tǒng)所需的Oracle、SQL Server等數(shù)據(jù)庫資源進行整合；把功能相同或相近的應(yīng)用服務(wù)，例如：Web、FTP和E-Mail服務(wù)等進行分類整合；根據(jù)性能及可用性要求確定虛擬服務(wù)器集群，匯總后確定所需的物理服務(wù)器數(shù)量。

(2)構(gòu)建虛擬應(yīng)用環(huán)境。在服務(wù)器主機上安裝配置ESX Server、Virtual Center等系統(tǒng)管理軟件，創(chuàng)建并配置虛擬機，配置虛擬服務(wù)器集群和負載平衡，搭建虛擬應(yīng)用環(huán)境。

(3)應(yīng)用系統(tǒng)遷移。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)實際情況，利用虛擬機的克隆功能快速部署新的系統(tǒng)平臺，或者使用系統(tǒng)遷移功能把不同物理服務(wù)器中的應(yīng)用系統(tǒng)遷移到虛擬服務(wù)器中，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)從獨立的服務(wù)器運行模式到虛擬機的遷移。

(4)系統(tǒng)測試及性能優(yōu)化。在應(yīng)用系統(tǒng)遷移過程中，要循序漸進，對每一個應(yīng)用系統(tǒng)進行運行環(huán)境測試，監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)在虛擬機的運行狀況，根據(jù)需要動態(tài)調(diào)整資源，確保系統(tǒng)的可用性；同時對虛擬運行環(huán)境的整體性能進行監(jiān)控，不斷調(diào)整資源，進行性能優(yōu)化，確保虛擬機可靠、高效運行。

數(shù)據(jù)中心實施服務(wù)虛擬化過程中需要考慮的一些因素：

(1)要整體規(guī)劃，分步實施[6]。對企業(yè)現(xiàn)有資源及資源的使用狀態(tài)進行充分調(diào)研與論證,制訂詳細的系統(tǒng)實施規(guī)劃，在實施遷移的過程中，要先搭建模擬環(huán)境進行兼容性測試，待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，再開始對下一個應(yīng)用系統(tǒng)進行遷移，這樣分步實施，確保系統(tǒng)的可靠性。

(2)要確定虛擬化適用范圍。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的性質(zhì)確定采用虛擬化技術(shù)，例如：實時生成調(diào)度系統(tǒng)要求系統(tǒng)響應(yīng)快、延遲小、高性能計算CPU占用率高等，一般不適合采用虛擬化共享服務(wù)器硬件。

4 結(jié) 語

服務(wù)器虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，改變了數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)，引入了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器管理新模式，通過把多個應(yīng)用系統(tǒng)進行有效整合，減少了物理服務(wù)器數(shù)量，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中控制和管理，提高了服務(wù)器的資源利用率；通過對應(yīng)用數(shù)據(jù)集中管理和備份，提高了系統(tǒng)的可靠性，縮短了系統(tǒng)故障恢復(fù)時間，提高了維護管理水平；服務(wù)器虛擬化技術(shù)，能夠有效解決數(shù)據(jù)中心普遍存在的問題，讓數(shù)據(jù)更加安全穩(wěn)定地運行，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

[1]服務(wù)器整合降低IT成本[EB/OL].http://www.vmware.com/cn/solutions/datacenter/consolidation/index.html，2013-05-20.

[2]劉撿平,黃勇,周西柳云.云計算科技服務(wù)系統(tǒng)平臺設(shè)計研究[J].科技通報，2012,28(10):19-21.

[3]雷葆華，饒少陽，張潔，等.云計算解碼[M].第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2012：53-55.

[4]雷萬云.云計算技術(shù)、平臺及應(yīng)用案例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011：121-125.

[5]何衛(wèi)華.基于VMware的數(shù)字化校園服務(wù)器虛擬化平臺[J].價值工程，2012，(34):192-193.

[6]陳希楠.高校綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理[J].軟件導(dǎo)刊,2012，(8):138-140.

2013-06-13

付平武(1969-)男，碩士，實驗師，現(xiàn)主要從事計算機應(yīng)用、虛擬化技術(shù)及云計算方面的教學(xué)與研究工作。

TP393.1

A

1673-1409(2013)28-0044-03

[編輯] 洪云飛