基于虛擬技術(shù)構(gòu)建校園云數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵技術(shù)研究

程容斌+盛晨

摘要：分析了傳統(tǒng)校園數(shù)據(jù)中心存在的資源利用率低、硬件資源緊張、維護(hù)成本高等問題，提出基于虛擬技術(shù)構(gòu)建校園數(shù)據(jù)中心，對其中服務(wù)器虛擬技術(shù)、存儲虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)加以研究。

關(guān)鍵詞：服務(wù)器虛擬化；存儲虛擬化；網(wǎng)絡(luò)虛擬化；數(shù)據(jù)中心

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）22-0198-02

1當(dāng)前校園網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心建設(shè)存在的問題

數(shù)據(jù)中心是校園網(wǎng)絡(luò)的中心，集成了各種軟硬件和應(yīng)用系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)提供各種服務(wù)和信息。隨著各個校園網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模擴(kuò)大和基于校園數(shù)據(jù)中心所提供服務(wù)擴(kuò)展，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)面臨著資源利用率低、硬件資源緊張、應(yīng)用維護(hù)成本高等突出問題。

1.1資源利用率低

當(dāng)前校園網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心一般采用S-S模式提供服務(wù)，一般一個信息系統(tǒng)都有一個或多個服務(wù)器存放于數(shù)據(jù)中心內(nèi)，這些服務(wù)器都只針對單個應(yīng)用服務(wù)，軟硬件資源利用率很低，有些信息系統(tǒng)如心理測試系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、學(xué)籍管理系統(tǒng)等，一年自由少部分時間需要運行，大部分時間都是閑置的。這種現(xiàn)象造成了軟硬件資源和網(wǎng)絡(luò)資源的極大浪費。

1.2硬件資源緊張

隨著校園網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)展和相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的拓展，基于數(shù)據(jù)中心的校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)越來越過，有限的數(shù)據(jù)中心機(jī)房空間內(nèi)服務(wù)器數(shù)量逐年遞增，交換機(jī)需要過幾年就重新升級部署，很多機(jī)房遇到了超載的瓶頸。一些系統(tǒng)如教務(wù)的選課系統(tǒng)，科研管理系統(tǒng)在年初生選課和年底科研成果申報時候，服務(wù)器并發(fā)連接巨增，經(jīng)常造成服務(wù)器資源緊張。

1.3維護(hù)成本、能耗逐年增長

隨著數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器數(shù)量逐年遞增，而且設(shè)備新老程度不一，而且隨著設(shè)備的逐年老化，由于缺乏對所有服務(wù)器的運行狀態(tài)和性能的監(jiān)控，使得服務(wù)器宕機(jī)風(fēng)險逐年增大，維護(hù)成本逐年增長。此外，由于數(shù)據(jù)中心對機(jī)房內(nèi)溫濕度的要求較高，隨著機(jī)房規(guī)模的逐年增大，設(shè)備能耗和空調(diào)能耗也逐年增長。

基于虛擬技術(shù)的校園云數(shù)據(jù)中心建設(shè)，能有效地解決上述問題。利用虛擬技術(shù)，整合現(xiàn)有的服務(wù)器資源和網(wǎng)絡(luò)、存儲等硬件資源為一個統(tǒng)一的平臺，給不同的信息系統(tǒng)按需提供硬件和網(wǎng)絡(luò)資源。我們對基于虛擬技術(shù)搭建校園云數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)加以研究。

2服務(wù)器虛擬技術(shù)

經(jīng)過十多年的發(fā)展，服務(wù)器虛擬化技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，很多公司都推出了自己的商業(yè)產(chǎn)品，如VMware的VSphere、Microsoft的Hyper-V、Citric的Xenserver，我們可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)中心規(guī)模和特點，選擇一款合適的服務(wù)器虛擬產(chǎn)品。

2.1服務(wù)器虛擬化的基本概念

服務(wù)器虛擬化是指將一臺物理服務(wù)器通過虛擬軟件虛擬成多臺服務(wù)器，每個虛擬服務(wù)器可以獨立安裝操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用軟件，支撐一個信息系統(tǒng)，虛擬出來的服務(wù)器在性能和穩(wěn)定上跟普通的物理服務(wù)器相當(dāng)，這樣就能有效解決資源浪費、資源緊張等問題。通過虛擬機(jī)監(jiān)視平臺可以有效監(jiān)控所有虛擬機(jī)的運行和負(fù)載狀況，能做到負(fù)載均衡，出現(xiàn)故障可以實施虛擬機(jī)動態(tài)遷移和快速重新部署，能有效地解決運行維護(hù)成本較高的問題。

2.2服務(wù)器虛擬化技術(shù)的分類

服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以分為軟件虛擬化、硬件虛擬化。軟件虛擬化通過虛擬化軟件將同一個物理服務(wù)器虛擬成多個虛擬服務(wù)器，每個虛擬服務(wù)器獨立安裝操作系統(tǒng)，相互不影響，能獨立運行，每個虛擬服務(wù)器都能運行支撐一個信息系統(tǒng)。硬件虛擬化是指通過服務(wù)器的硬件支持來提供特殊功能。一般需要和虛擬化軟件統(tǒng)一設(shè)計，配合使用，在一些大型的數(shù)據(jù)中心中使用較多。

2.3服務(wù)器虛擬化發(fā)展前景和面臨的問題

服務(wù)器虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)的資源集中起來，讓管理者按需分配，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)中心的集中管理和控制，提高了資源使用效率，降低了維護(hù)成本和數(shù)據(jù)中心的能耗，滿足當(dāng)前社會的發(fā)展需求，發(fā)展前景廣闊。但是服務(wù)器虛擬化也存在現(xiàn)實問題，第一、當(dāng)前商用的虛擬化產(chǎn)品都價格昂貴，數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期的成本上升。第二、服務(wù)器虛擬化的安全問題，服務(wù)器虛擬機(jī)在備份、恢復(fù)、遷移的功能都存在一定的風(fēng)險。

3存儲虛擬化技術(shù)

3.1存儲虛擬化基本概念

存儲虛擬化技術(shù)指借助虛擬化存儲設(shè)備，在服務(wù)器和存儲系統(tǒng)之間構(gòu)建出一個虛擬存儲層。如HP公司出品的EVA磁盤陣列，IBM公司出品的SVC軟件。存儲虛擬化把存儲邏輯表現(xiàn)形式從物理存儲實體中分離開來，通過這種分離，應(yīng)用服務(wù)器只要面對存儲邏卷，而不需要再去關(guān)心數(shù)據(jù)的實際物理存儲實體。

3.2存儲虛擬化技術(shù)分類和特點

存儲虛擬化技術(shù)可以分為基于主機(jī)和基于存儲設(shè)備兩類?；谥鳈C(jī)的虛擬存儲依賴主機(jī)上的邏輯卷來進(jìn)行管理軟件，從而實現(xiàn)對存儲虛擬化的控制和管理，屏蔽掉應(yīng)用信息系統(tǒng)對物理磁盤的管理，通過邏輯管理軟件的控制，完成存儲的管理和控制。不過，由于管理和控制軟件是運行在主機(jī)上的，這樣就會占用主機(jī)的一部分系統(tǒng)資源，此外，存儲空間受限制于主機(jī)連接的物理存儲磁盤，其擴(kuò)充性較差。

基于存儲設(shè)備的存儲虛擬化方法依靠于存儲控制器，將所管理的存儲設(shè)備實現(xiàn)虛擬化，通過存儲控制器來實現(xiàn)對服務(wù)器進(jìn)行管理并且提供存儲空間。基于存儲設(shè)備的虛擬化方法，同時它對不同的服務(wù)器和管理技術(shù)人員都是透明的，所以管理起來相對容易。但是這種方法需要在存儲控制管理服務(wù)器上安裝第三方軟件，一般這種第三方軟件都只能管理同一個廠商的系列產(chǎn)品，對其他廠商產(chǎn)品的兼容性較差。

4網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以在邏輯上把數(shù)據(jù)中心的物理網(wǎng)絡(luò)劃分成多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，同時他提供了一種強(qiáng)有力的方式使得多個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)同時運行，常見的虛擬化技術(shù)有VLAN，VPN等。虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)中心的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整合成一套邏輯設(shè)備，同時在網(wǎng)絡(luò)各層之間的多條鏈路連接也就變成了多條物理鏈路跨設(shè)備的鏈路聚合，從而形成一條邏輯鏈路，實現(xiàn)增加帶寬的同時也避免了由于多條物理鏈路所引起的環(huán)路問題。

4.1網(wǎng)絡(luò)核心層虛擬化

核心網(wǎng)絡(luò)虛擬化即數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化，由于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部需要處理的信息量巨大，要求內(nèi)部核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換能力特別大，要達(dá)到萬兆規(guī)模的信息接入和處理能力。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部交換機(jī)之間的端口捆綁可以通過VPC技術(shù)實現(xiàn)這樣上下級交換機(jī)鏈接時，可以采用IEEE802.3兼容技術(shù)，形成以太網(wǎng)鏈路，簡化了網(wǎng)絡(luò)，而且便于進(jìn)行維護(hù)。

4.2 接入層虛擬化

通過網(wǎng)絡(luò)接入層的虛擬化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入層的分級進(jìn)行設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)接入層的交換機(jī)需要支持各種靈活的部署和而且要不斷滿足新的以太網(wǎng)技術(shù)。

4.3 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)

虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)包含了物理服務(wù)器內(nèi)部的網(wǎng)卡虛擬化和服務(wù)器內(nèi)部虛擬出來的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。通過虛擬軟件，在物理服務(wù)器內(nèi)部虛擬出虛擬機(jī)交換機(jī)和虛擬網(wǎng)卡，通過虛擬交換機(jī)實現(xiàn)物理服務(wù)器內(nèi)部的多個虛擬網(wǎng)卡互聯(lián)，而且實現(xiàn)不同物理服務(wù)器之間的虛擬機(jī)互聯(lián)。這樣，每個虛擬機(jī)都有唯一獨立的MAC地址，唯一的IP地址。此外，還可以在不同虛擬機(jī)之間采取相應(yīng)流量調(diào)度策略，實現(xiàn)流量的管理于調(diào)度。

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