服務(wù)器虛擬化技術(shù)在哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心資源整合中的應(yīng)用

譚 佳，朱振生，丁愛(ài)禮，段莉莉，曲 希

（1.哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150021；2.黑龍江省信息中心，黑龍江 哈爾濱 150030）

0 引言

隨著信息化建設(shè)的深入開(kāi)展，新業(yè)務(wù)的部署，業(yè)務(wù)可靠性要求不斷提高，哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心現(xiàn)有的服務(wù)器配備少、機(jī)房面積小、制冷不足、布線困難等諸多環(huán)境設(shè)施方面配備不足的壓力越來(lái)越大。因此，打破以往各應(yīng)用系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的部署格局，更加合理高效地利用有限的資源，構(gòu)建一體化的信息化應(yīng)用環(huán)境，已成為哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心迫在眉睫的任務(wù)。一機(jī)多用、一機(jī)多能，充分發(fā)揮服務(wù)器的性能，提高服務(wù)器利用率是最直接解決矛盾與問(wèn)題的思路［1］。2011年6月，哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心引入了先進(jìn)的VMware虛擬化技術(shù)架構(gòu)，對(duì)現(xiàn)有的硬件設(shè)備進(jìn)行虛擬化及資源整合，將一臺(tái)服務(wù)器虛擬成多臺(tái)計(jì)算機(jī)，同時(shí)運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，這使得服務(wù)器整合技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

1 虛擬化

1.1 虛擬化的定義

虛擬化（Virtualization）是一個(gè)廣義的術(shù)語(yǔ)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，是指計(jì)算機(jī)相關(guān)模塊在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的獨(dú)立的物理硬件基礎(chǔ)上運(yùn)行，這種把有限的固定資源根據(jù)不同需求進(jìn)行重新規(guī)劃以達(dá)到最大利用率，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化管理，優(yōu)化資源等目的的解決方案，就叫做虛擬化技術(shù)。

VMware虛擬化打破了傳統(tǒng)的 “一臺(tái)服務(wù)器上只運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用”的服務(wù)器部署方法，將一臺(tái)服務(wù)器劃分為多個(gè)安全、可移植的虛擬機(jī)［2］，每個(gè)虛擬機(jī)都是一個(gè)具有處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)器的完整主機(jī)（圖1）。VMware ESXi主機(jī)通過(guò)在虛擬機(jī)上分區(qū)和分割服務(wù)器資源來(lái)簡(jiǎn)化服務(wù)器的基礎(chǔ)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)物理服務(wù)器上獨(dú)立運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用。

圖1 x86物理體系結(jié)構(gòu)與虛擬體系結(jié)構(gòu)比較Fig.1 Comparison between x86 physical structure and virtual structure

1.2 VMware虛擬化功能特點(diǎn)

1.2.1 整合服務(wù)器

服務(wù)器虛擬化技術(shù)主要是對(duì)服務(wù)器的物理硬件進(jìn)行抽象，為虛擬機(jī)操作系統(tǒng)呈現(xiàn)和物理硬件相同或相近的硬件抽象層，無(wú)論實(shí)際采用了什么物理硬件組件，操作系統(tǒng)都將它們視為一組標(biāo)準(zhǔn)化的硬件。由于每個(gè)虛擬機(jī)都有自己的一套虛擬硬件（例如：CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、

圖2 服務(wù)器整合前拓?fù)鋱DFig.2 The topology before server consolidation

1.2.2 實(shí)時(shí)遷移

VMware VMotion支持虛擬機(jī)在主機(jī)之間的實(shí)時(shí)遷移。作為動(dòng)態(tài)、自動(dòng)化并自我優(yōu)化的數(shù)據(jù)中心的一個(gè)關(guān)鍵啟動(dòng)組件，VMware VMotion支持在物理服務(wù)器之間實(shí)時(shí)遷移運(yùn)行中的虛擬機(jī)，同時(shí)又可以避免宕機(jī)、確保連續(xù)的服務(wù)供應(yīng)以及處理過(guò)程的完整性。借助虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移技術(shù)，在執(zhí)行硬件維護(hù)時(shí)就無(wú)需安排宕機(jī)和中斷業(yè)務(wù)操作。VMotion還可以使資源池內(nèi)的網(wǎng)卡等），因此虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的行為和在物理平臺(tái)上沒(méi)有什么區(qū)別。服務(wù)器虛擬化技術(shù)使得物理硬件與操作系統(tǒng)分開(kāi)，允許具有不同操作系統(tǒng)的多個(gè)虛擬機(jī)在同一物理服務(wù)器上獨(dú)立并行運(yùn)行，從而有效地減少服務(wù)器數(shù)量、提高服務(wù)器的資源利用率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器集中管理（圖2、 圖3）。虛擬機(jī)持續(xù)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，最大程度地提高硬件的利用率、靈活性和可用性。

圖3 服務(wù)器整合后拓?fù)鋱DFig.3 The topology after server consolidation

1.2.3 VMware DRS功能

VMware DRS（Distributed Resource Scheduler）可以在虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)中不斷自動(dòng)平衡同一群集中各虛擬機(jī)的工作負(fù)載。在群集中首次啟動(dòng)某個(gè)虛擬機(jī)時(shí)，VMware DRS會(huì)自動(dòng)找出具有足夠資源的ESXi主機(jī)來(lái)運(yùn)行該虛擬機(jī)。如果所選主機(jī)的情況發(fā)生變化，例如，其他虛擬機(jī)的活動(dòng)增加，使該虛擬機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)最低資源分配保障，VMware DRS將會(huì)群集上搜索能夠滿足該虛擬機(jī)資源分配需求的備用 ESXi主機(jī)。然后，VMware DRS使用 VMotion自動(dòng)將虛擬機(jī)遷移到新主機(jī)上，用戶操作和應(yīng)用程序均不會(huì)受到任何影響。這樣，在虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)中，所有服務(wù)器工作負(fù)載便可實(shí)現(xiàn)持續(xù)平衡。

1.2.4 VMware HA功能

VMware HA（High Availability）為虛擬機(jī)中運(yùn)行的應(yīng)用程序提供了易于使用、經(jīng)濟(jì)高效的高可用性功能。VMware HA群集一般包括兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上的ESXi主機(jī)，每一臺(tái)ESXi主機(jī)配有一個(gè)HA代理，持續(xù)不斷地檢測(cè)群集中其他服務(wù)器的 “心跳”信號(hào)。假如某臺(tái)ESXi主機(jī)發(fā)生了故障或者與網(wǎng)絡(luò)的連接出現(xiàn)了問(wèn)題，導(dǎo)致“心跳”信號(hào)丟失，HA會(huì)在群集中的其他ESXi主機(jī)上為故障主機(jī)上的虛擬機(jī)重新分配資源并重新啟動(dòng)這些虛擬機(jī)（圖4）。HA在整個(gè)虛擬化環(huán)境中提供始終如一的高可用，不會(huì)局限于某一操作系統(tǒng)或特定的應(yīng)用程序故障切換。

圖4 HA確保系統(tǒng)高可用Fig.4 High availability system ensured by HA

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有6臺(tái)服務(wù)器的詳細(xì)情況如表1所示。根據(jù)哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心實(shí)際應(yīng)用需求，需要維持現(xiàn)有的港震測(cè)震系統(tǒng)、 “十五”前兆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、FTP服務(wù)等多個(gè)應(yīng)用的同時(shí)，新部署JOPNES測(cè)震系統(tǒng)。由于JOPNES測(cè)震系統(tǒng)要求安裝在Suse Linux操作系統(tǒng)上，需要購(gòu)置新服務(wù)器來(lái)滿足應(yīng)用。但由于諸多環(huán)境設(shè)施方面的限制，以及考慮到未來(lái)新業(yè)務(wù)的部署也會(huì)面臨同樣問(wèn)題，所以引入了服務(wù)器虛擬化技術(shù)。

按照ESXi主機(jī)盡可能選擇統(tǒng)一品牌型號(hào)的原則，采用2臺(tái)IBM X3850 M2服務(wù)器作為ESXi主機(jī)，并且將其內(nèi)存添加至32G；1臺(tái)IBM DS3200存儲(chǔ)作為共享的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；一臺(tái)IBM X3850服務(wù)器安裝VMware Virtual Center管理平臺(tái)，對(duì)物理服務(wù)器和虛擬機(jī)在一個(gè)控制臺(tái)里面統(tǒng)一管理。

表1 6臺(tái)服務(wù)器情況

2.2 存儲(chǔ)方式

采用SAN集中存儲(chǔ)方式，選用IBM DS3200存儲(chǔ)（1.33T），通過(guò)光纖通道與兩臺(tái)Esxi主機(jī)連接。這樣可以將每個(gè)虛擬機(jī)的文件系統(tǒng)創(chuàng)建在共享的SAN集中存儲(chǔ)陣列上，虛擬化VMFS虛擬機(jī)文件系統(tǒng)，是一種高性能的群集文件系統(tǒng)，允許多個(gè)ESXi主機(jī)安裝同時(shí)訪問(wèn)同一虛擬機(jī)存儲(chǔ)，支持通過(guò)VMotion、HA提供的基于虛擬化的分布式的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)。由于我們提供的虛擬架構(gòu)系統(tǒng)中的虛擬機(jī)實(shí)際上是被封裝成了一個(gè)檔案文件和若干相關(guān)環(huán)境配置文件，通過(guò)將這些文件放在SAN存儲(chǔ)陣列上的VMFS文件系統(tǒng)中，可以讓不同服務(wù)器上的虛擬機(jī)都可以訪問(wèn)到該文件，從而消除了單點(diǎn)故障。

2.3 虛擬機(jī)資源分配

建立虛擬機(jī)前，還要做好虛擬服務(wù)器資源分配計(jì)劃。一般的原則是分配給每臺(tái)虛擬機(jī)的虛擬CPU數(shù)量、內(nèi)存不要超過(guò)物理服務(wù)器相應(yīng)資源的總和，硬盤(pán)空間的分配最好不要超過(guò)共享存儲(chǔ)磁盤(pán)空間的70%。表2是9臺(tái)虛擬機(jī)資源的分配情況。

表2 虛擬服務(wù)器資源分配

2.4 方案拓?fù)鋱D

由以上三節(jié)分析，可實(shí)施建設(shè)方案拓?fù)鋱D如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)拓?fù)鋱DFig.5 Topology of system design

3 方案實(shí)施

3.1 Esxi系統(tǒng)，VCenter服務(wù)器的安裝

從IBM服務(wù)器啟動(dòng)Esxi光盤(pán)進(jìn)行安裝，Esxi的安裝和一般的Linux系統(tǒng)安裝過(guò)程相似，只需按安裝向?qū)Р僮鳌０惭b完成后，對(duì)系統(tǒng)主機(jī)名、IP地址、登錄名、密碼等設(shè)置。

安裝好Esxi系統(tǒng)后，在IBM X3850服務(wù)器上安裝VMware的VCenter統(tǒng)一管理平臺(tái)，只需按照向?qū)Р僮骷纯赏瓿绍浖惭b，需要注意的是此管理平臺(tái)需要安裝64位Windows操作系統(tǒng)上。

3.2 建立虛擬服務(wù)器

通過(guò)VCenter統(tǒng)一管理平臺(tái)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心并將Esxi主機(jī)添加到數(shù)據(jù)中心下的群集，完成主機(jī)資源池的搭建。虛擬服務(wù)器可以通過(guò)手工建立和從現(xiàn)有物理服務(wù)器遷移（P2V）兩種方式建立。

（1）手工建立

通過(guò)創(chuàng)建虛擬服務(wù)器向?qū)В凑仗崾拘畔⒃O(shè)置好虛擬機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)加載系統(tǒng)光盤(pán)到虛擬服務(wù)器的光驅(qū)，啟動(dòng)虛擬服務(wù)器，之后的操作與實(shí)際的服務(wù)器相同。

（2）P2V遷移

通過(guò)P2V遷移，就是通過(guò)VMware Converter軟件，把現(xiàn)在正在工作中的機(jī)器直接搬遷到Esxi系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)工作。

3.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)搭建

通過(guò)VCenter網(wǎng)絡(luò)管理搭建兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)作為生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)（可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用可以劃分多個(gè)VLAN），另一個(gè)作為虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移VMotion網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的要求，將網(wǎng)卡分別設(shè)置在不同的網(wǎng)段上。利用VMware VMotion功能，可以使虛擬服務(wù)器在ESXi主機(jī)硬件環(huán)境出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，能夠自動(dòng)遷移到另一臺(tái)ESXi主機(jī)上運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)橛布h(huán)境出現(xiàn)的問(wèn)題而導(dǎo)致應(yīng)用服務(wù)停止運(yùn)作，保證了業(yè)務(wù)連續(xù)性。

3.4 VMware DRS、VMware HA配置

在完成了主機(jī)資源池的搭建和已有系統(tǒng)的遷移之后，考慮到整合后系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，需要按照系統(tǒng)的重要性和隔離的需求，進(jìn)行DRS、HA的配置，在系統(tǒng)資源不足或者物理主機(jī)宕機(jī)的時(shí)候，保證應(yīng)用系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。

圖6 VCenter管理界面Fig.6 The interface of VCenter management

進(jìn)入群集的設(shè)置界面，分別激活VMware DRS、VMware HA功能，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求設(shè)置HA的相應(yīng)規(guī)則。

4 結(jié)語(yǔ)

VMware虛擬化隨著它技術(shù)越來(lái)越成熟以及它具有的各種無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多的企事業(yè)單位使用。經(jīng)過(guò)VMware服務(wù)器虛擬化整合后，哈爾濱市防震減災(zāi)技術(shù)中心虛擬服務(wù)器已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間，實(shí)踐證明，服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，提高了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可用性，提高了資源的利用效率，運(yùn)行維護(hù)成本大大降低，同時(shí)也節(jié)省了機(jī)房的使用空間，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

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［2］韓斌，楊挺.虛擬機(jī)在新疆氣象局機(jī)房服務(wù)器的初步應(yīng)用［J］.沙漠與綠洲氣象，2010，4（增刊 ）：53－54.

［3］李剛，周利霞，宋軍，等.基于VMware Esxi軟件的服務(wù)器虛擬化技術(shù)在天津地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用［J］.震災(zāi)防御技術(shù)，2011，6（3），311－318.

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