面向國土信息化部門的服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用研究

曾勇軍

摘 要：在信息化迅速發(fā)展的今天，企業(yè)的信息化應(yīng)用范圍快速擴大，不斷增加的服務(wù)器設(shè)備雖然能較好的支撐應(yīng)用，但也導(dǎo)致服務(wù)器系統(tǒng)面臨管理復(fù)雜、資源利用率低、靈活性和可靠性降低等問題。利用虛擬化技術(shù)可將多種應(yīng)用進行整合，不僅可以提高服務(wù)器的使用效率，降低運行成本，而且可以簡化服務(wù)器管理模式，提高數(shù)據(jù)中心的管理與服務(wù)保障水平。

關(guān)鍵詞：虛擬化；數(shù)據(jù)中心；VMware

0 引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，國有中型企業(yè)信息化建設(shè)取得了長足的進步。目前，越來越多的企業(yè)已部署了一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，建立了OA系統(tǒng)、檔案系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、DNC系統(tǒng)、車間生產(chǎn)管理、財務(wù)系統(tǒng)等管理服務(wù)、計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)，工程分析與仿真（CAE）系統(tǒng)、計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）系統(tǒng)以及計算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)、電子設(shè)計等軟硬件平臺。企業(yè)信息化建設(shè)水平的不斷提高，對日常辦公、科研、生產(chǎn)的影響越來越大，同時，服務(wù)器虛擬化技術(shù)在國土信息化部門當中的作用也越來越大，要求越來越高，影響越來越深。因此，服務(wù)器虛擬化技術(shù)在國土信息化部門中的應(yīng)用研究也顯得尤為重要。

1 當前國土部門信息中心普遍現(xiàn)狀

目前數(shù)據(jù)中心基本上具備以下特點：

（1）應(yīng)用種類多，系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，對操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的類型、版本要求各不相同，對應(yīng)用技術(shù)的投入也各不相同；

（2）服務(wù)器硬件由網(wǎng)絡(luò)中心管理，應(yīng)用系統(tǒng)由各相關(guān)職能部門負責管理和維護，職責分工較為明確，各相關(guān)部門使用情況也不同；

（3）部分應(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中對應(yīng)著一臺物理服務(wù)器，實現(xiàn)了一臺物理服務(wù)器管理多項應(yīng)用系統(tǒng)；

（4）部分應(yīng)用服務(wù)器運行負荷較輕，服務(wù)器資源未得到充分利用，造成了一定的資源浪費。

伴隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴大和應(yīng)用的不斷增多，信息化的應(yīng)用需要部署大量的服務(wù)器作為硬件支撐平臺。上述特點對企業(yè)目前的數(shù)據(jù)中心形成了以下問題：

（1）維護量大，管理水平偏低

因為部分應(yīng)用服務(wù)器運行負荷較輕，服務(wù)器資源未得到充分利用，造成了一定的資源浪費，所以快速增長的應(yīng)用使得服務(wù)器的數(shù)目不斷上升，機房中堆滿了不同時期采購的不同的基礎(chǔ)設(shè)施，這樣導(dǎo)致了硬件投入越來越大；系統(tǒng)狀況、兼容性越來越復(fù)雜，很難實現(xiàn)自動化管理，對今后信息化建設(shè)帶來阻礙。目前主要以手工管理為主，維護的工作量逐步加大，而且效率低下、維護困難。

（2）故障率發(fā)生率偏高，服務(wù)保障水平較低

由于部分應(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中對應(yīng)著一臺物理服務(wù)器，實現(xiàn)了一臺物理服務(wù)器管理多項應(yīng)用系統(tǒng)，故目前各種應(yīng)用大都采用獨立服務(wù)器的方式進行部署，故障點比較多，一旦服務(wù)器出現(xiàn)問題就會導(dǎo)致多項應(yīng)用癱瘓。系統(tǒng)管理員疲于安裝服務(wù)器操作系統(tǒng)、更換硬件、應(yīng)用軟件升級、病毒查殺、系統(tǒng)漏洞掃描等這些維護操作，系統(tǒng)恢復(fù)需要較長時間。有些時候嚴重影響了辦公、設(shè)計、生產(chǎn)的正常運行。

（3）資源分配不合理，利用率較低

由于應(yīng)用種類多，系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，對操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的類型、版本要求各不相同，對應(yīng)用技術(shù)的投入也各不相同，造成資源分配不合理，使得快速發(fā)展的各類應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源十分緊張。部分應(yīng)用如OA、郵件系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、各種基本的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用等均對現(xiàn)有硬件資源產(chǎn)生了巨大的壓力。但同時一些獨立服務(wù)器的利用率不高，平均在15%-20%左右。這些利用率低的服務(wù)器無法參與其他系統(tǒng)，造成資源閑置浪費，不僅占據(jù)了機房空間，而且增加了電力供應(yīng)和制冷的能源消耗。

（4）數(shù)據(jù)備份困難

應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，不同的硬件平臺與操作系統(tǒng)給系統(tǒng)備份與快速恢復(fù)帶來了困難。管理員難以對不同的系統(tǒng)進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)備份，不能快速恢復(fù)軟件系統(tǒng)。

如何解決上述問題成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運行中重點考慮的因素。將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到中型企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，特別是國土信息化部門的信息建設(shè)中，可較好地解決當前數(shù)據(jù)中心面臨的一系列問題，為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器部署提供了一種新的解決方案。

2 基于VMware架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)設(shè)計

2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化是一種從邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，是物理實際的邏輯抽象。使用虛擬技術(shù)，一臺計算機可以看做是多臺計算機，每臺都有其各自的CPU、內(nèi)存、硬盤等物理資源。虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了軟件跟硬件的分離，讓資源的使用方式更具效率。用戶不需要考慮后臺的具體硬件實現(xiàn)，而只需在虛擬層環(huán)境上運行自己的系統(tǒng)和軟件。

與VMware Workstation之類的應(yīng)用不一樣，虛擬化技術(shù)從技術(shù)上是一次大的飛躍，對減少軟件虛擬機的開銷與支撐更廣泛的操作系統(tǒng)具有重要作用。虛擬化技術(shù)是一套解決方案。完整的情況需要CPU、主板芯片組、BIOS和軟件的支持。即使只是CPU支持虛擬化技術(shù)，在配合VMM的軟件情況下，也會比完全不支持虛擬化技術(shù)的系統(tǒng)有更好的性能。

2.2 虛擬化軟件平臺

目前，服務(wù)器廣泛應(yīng)用的兩種虛擬化技術(shù)分別是硬件層次的完全虛擬化技術(shù)和操作系統(tǒng)層次的虛擬化。即以EMC公司的VMware和Microsoft公司的Virtual Server為代表的完全虛擬化，和以SWsoft公司的Virutozzo和oracle公司的SolarisContainer采用了操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)。其中VMware是目前服務(wù)器完全虛擬化的主流應(yīng)用技術(shù)，它利用ESX Server直接構(gòu)建于硬件層之上，將處理器、內(nèi)存、存儲器、網(wǎng)絡(luò)和一些I/O設(shè)備資源抽象到多個虛擬機中。這些虛擬機間相對獨立，各自擁有虛擬資源，每個虛擬機再在這些抽象的資源上運行自己不同的OS和應(yīng)用程序，支持不同32位與64位的OS。這不但提供軟件解決方案，而且提供一定的硬件解決方案。因此，ESX Server是目前中型企業(yè)數(shù)據(jù)中心的較佳虛擬化應(yīng)用平臺。

2.3 虛擬化管理特點

（1） 改善資源分配，提高資源利用率

利用虛擬化技術(shù)，數(shù)據(jù)中心可以按照不同業(yè)務(wù)所需資源的不同，動態(tài)地對物理服務(wù)器進行虛擬分區(qū)，提供最合適的虛擬環(huán)境，極大地提高了每臺服務(wù)器的利用率，也使得資源分配更加合理。

（2） 資源整合管理，提高服務(wù)保障水平

服務(wù)器整合改變了基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜的現(xiàn)狀，管理人員可對多臺服務(wù)器進行集中管理。靈活的集中管理模式使管理員從簡單機械的重復(fù)操作中解脫出來，極大地降低了管理工作量。VMware Server提供了基于IP地址的虛擬機網(wǎng)絡(luò)遠程管理功能，系統(tǒng)管理員可在任何地方通過網(wǎng)絡(luò)對虛擬機進行管理與監(jiān)控。通過直觀的Web管理界面管理員可遠程開關(guān)重啟動每個虛擬機，觀察宿主機與每個虛擬機的運行時間，CPU、內(nèi)存等使用情況，完成新建、導(dǎo)入虛擬機，改變虛擬機的硬件配置，調(diào)整虛擬機參數(shù)，對運行中的虛擬機進行軟件安裝與調(diào)試等工作。

（3） 降低單點故障，增強系統(tǒng)可移植性

服務(wù)器合并后，減少了需要管理的物理服務(wù)器數(shù)量，降低了單點故障率。VMware VMotion可以在服務(wù)器需要維護升級時動態(tài)將虛擬機遷移到其他的物理服務(wù)器。虛擬機的實時遷移可以使數(shù)據(jù)中心在執(zhí)行硬件維護時無需調(diào)配停機時間及中斷業(yè)務(wù)操作，做到了停物理硬件、不停應(yīng)用。當服務(wù)器恢復(fù)時，系統(tǒng)又會將部分虛擬機遷移回來，以實現(xiàn)負載均衡，確保所有應(yīng)用服務(wù)全天候正常運轉(zhuǎn)，從而提高了服務(wù)保障水平。

（4） 節(jié)約能源，減少運行成本

絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中心機房耗電量較大，運用虛擬化技術(shù)將多種業(yè)務(wù)整合到一臺物理服務(wù)器上后，降低了電力供應(yīng)和制冷的能源消耗，可以節(jié)約大量的用電費用。

3 虛擬化管理的實施建議

數(shù)據(jù)中心實施虛擬化技術(shù)，需要充分考慮以下幾方面因素：

（1）頂層規(guī)劃，分步實施

在實施虛擬化過程中，需要對現(xiàn)有資源及資源的使用狀態(tài)進行充分調(diào)研與論證。要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的資源狀況，制訂系統(tǒng)的實施規(guī)劃，確定納入虛擬化管理的應(yīng)用服務(wù)資源。要根據(jù)系統(tǒng)資源的不同應(yīng)用類型，制定相應(yīng)的虛擬化策略及資源調(diào)度策略。

①分析各應(yīng)用系統(tǒng)對服務(wù)器資源的需求。

②擬整合的物理服務(wù)器數(shù)量。

③虛擬機運行的操作系統(tǒng)類型。

④采用何種虛擬化技術(shù)以及實施的軟件費用。

（2）制定正確的虛擬化使用范圍

要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況來分析。譬如以下應(yīng)用就不適合使用虛擬化技術(shù)：

①高性能計算就不適合采用虛擬化技術(shù)，因為高性能計算會完全利用CPU的資源，其CPU利用率非常高。

②視頻服務(wù)，如企業(yè)中的VOD系統(tǒng)。

③大負載應(yīng)用需要占用大量的I/O和內(nèi)存資源，一般也不適合同其他應(yīng)用程序共享服務(wù)器硬件。

④對于重要的應(yīng)用，仍然可以通過雙機備份的形式來保障應(yīng)用的可靠性。

（3）技術(shù)與管理并重

在實施虛擬化管理過程中，既涉及如何將物理資源虛擬化的問題，又涉及管理虛擬環(huán)境的問題，這是虛擬化管理的兩個支撐點。從技術(shù)角度而言，資源虛擬化的技術(shù)方案要具體；從管理角度考慮，虛擬化管理更要規(guī)范。因此，在公司數(shù)據(jù)中心中，既要重視物理環(huán)境的管理，更要重視虛擬環(huán)境的管理。

4 結(jié)束語

國土部門數(shù)據(jù)信息中心目前正在高速發(fā)展中，結(jié)合對信息化軟硬件的大量投入，企業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)越來越多，的數(shù)據(jù)中心體系會越來越大，數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用系統(tǒng)能否長期、高效、健康的運行，數(shù)據(jù)資源能否合理共享，硬件資源能否充分使用，數(shù)據(jù)中心的構(gòu)架和優(yōu)化至關(guān)重要。因此從發(fā)展趨勢看，公司對數(shù)據(jù)中心的管理應(yīng)該有更高的要求，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)應(yīng)該向更加智能、更加節(jié)能的方向發(fā)展。

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