高速公路服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用與探討

潘彥

摘要：為解決高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中軟件和硬件耦合程度高、容災(zāi)能力弱、服務(wù)器資源利用率偏低等缺點(diǎn)，通過(guò)虛擬化技術(shù)優(yōu)化高速公路收費(fèi)系統(tǒng)，提升系統(tǒng)的可用性、穩(wěn)定性。通過(guò)數(shù)據(jù)備份、故障自動(dòng)切換，提升容災(zāi)能力，以提升硬件資源利用率，降低管理、維護(hù)、營(yíng)運(yùn)成本。

關(guān)鍵詞：收費(fèi)系統(tǒng)；虛擬化技術(shù)；性能測(cè)試

服務(wù)器虛擬化技術(shù)作為一種新興的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式，將傳統(tǒng)的以桌面為核心的任務(wù)處理轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為核心的任務(wù)處理，利用非本地或遠(yuǎn)程服務(wù)器（集群）的分布式計(jì)算機(jī)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供了IT基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（計(jì)算能力、存儲(chǔ)和軟硬件等服務(wù)）。這使得用戶可以將資源切換到所需要的實(shí)際應(yīng)用上，根據(jù)需求，訪問(wèn)計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。此外，利用虛擬化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、存儲(chǔ)資源的虛擬化管理和調(diào)度。云計(jì)算的虛擬化、負(fù)載均衡及雙活中心等技術(shù)可以大大提高數(shù)據(jù)中心的資源利用率，降低維護(hù)成本，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心高可靠性、防止發(fā)生業(yè)務(wù)中斷和數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的手段。

一、高速公路數(shù)據(jù)中心建設(shè)的現(xiàn)狀

高速公路數(shù)據(jù)中心是公路部門網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和公路信息化對(duì)數(shù)據(jù)中心需求的不斷提升，原有數(shù)據(jù)中心的高能耗和低靈活性以及服務(wù)器和存儲(chǔ)資源的利用率低等弊端日益顯現(xiàn)。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件的故障會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)宕機(jī)或服務(wù)中斷，系統(tǒng)崩潰后的恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)高。原有的數(shù)據(jù)中心缺少一個(gè)統(tǒng)一的設(shè)備管理、調(diào)度平臺(tái)，應(yīng)用系統(tǒng)分布在多個(gè)互相獨(dú)立硬件服務(wù)器上，難于有效地集中管理。服務(wù)器雖然很多，但設(shè)備之間相互孤立，總體利用率很低。忙碌的設(shè)備不堪重負(fù)，閑置的設(shè)備資源儲(chǔ)備過(guò)多，相互之間無(wú)法支援和共享。存儲(chǔ)設(shè)備被分配到互相孤立的服務(wù)器上，存儲(chǔ)資源同樣得不到有效的利用，同時(shí)，還存在存儲(chǔ)資源利用率低和資源數(shù)量不足的問(wèn)題。按粗略估算，淮安公路處數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本中，電費(fèi)占到實(shí)際運(yùn)營(yíng)成本的40%以上。一方面，服務(wù)器資源難以得到有效利用，另一方面，業(yè)務(wù)需求導(dǎo)致服務(wù)器數(shù)量不斷增加，消耗了更多的電力，同時(shí)，還對(duì)空調(diào)和供電等設(shè)備提出了更高的要求，導(dǎo)致電力消耗迅速增長(zhǎng)。隨著公路信息化應(yīng)用的不斷深入，數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻圖像及文檔資料等公路數(shù)據(jù)資源快速積累，數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)T級(jí)。龐大的數(shù)據(jù)量和未來(lái)增長(zhǎng)需求使原有數(shù)據(jù)中心場(chǎng)地和設(shè)備面臨很大的壓力。面對(duì)公路數(shù)據(jù)中心的種種困境，急需對(duì)其進(jìn)行各項(xiàng)資源整合以提高效率。虛擬化技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的又一次創(chuàng)新，通過(guò)在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中劃分出一個(gè)新的虛擬化層，采用動(dòng)態(tài)分配的方式提高計(jì)算機(jī)硬件的利用率，為資源整合提供了新思路。

二、服務(wù)器虛擬化技術(shù)

虛擬化是一個(gè)廣義的詞，是為某些事物創(chuàng)造的虛擬（相對(duì)于真實(shí)）版本，比如操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源等。它是指計(jì)算機(jī)元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是在真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，是一個(gè)為了簡(jiǎn)化管理、優(yōu)化資源的解決方案。服務(wù)器虛擬化是將系統(tǒng)虛擬化技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)器上，將一個(gè)服務(wù)器虛擬成若干個(gè)服務(wù)器。服務(wù)器虛擬化使得單一屋里服務(wù)器上可以運(yùn)行多個(gè)虛擬服務(wù)器，為虛擬服務(wù)器提供了能夠支持其運(yùn)行的硬件資源抽象，包括虛擬BIOS、虛擬處理器、虛擬設(shè)備與I/O，并為虛擬機(jī)提供了良好的隔離性和安全性。思杰的XenServer是一款基于Xen hypervisor的開源虛擬化產(chǎn)品，它為客戶提供了一個(gè)開放性架構(gòu)，允許客戶按照與自身物理和虛擬服務(wù)器環(huán)境相同的方法來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，其管理工具CUI是其最大的亮點(diǎn)。同時(shí)，XenCenter是一種虛擬化圖形接口管理工具，可在同一界面，管理多臺(tái)的XenServer服務(wù)器。管理上，通常會(huì)先在XenCenter建立一個(gè)服務(wù)器群組（Pool），然后將位于同一機(jī)房?jī)?nèi)的XenServer服務(wù)器加入。微軟的服務(wù)器虛擬化軟件Hyper-V是微軟提出的一種系統(tǒng)管理程序虛擬化技術(shù)，是微軟第一個(gè)采用類似Vmware和Citrix開源Xen一樣的基于hypervisor的技術(shù)。Hyper-V設(shè)計(jì)的目的是為廣泛的用戶提供更為熟悉以及成本效益更高的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施軟件，這樣可以降低運(yùn)作成本、提高硬件利用率、優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施并提高服務(wù)器的可用性。

三、服務(wù)器虛擬化的實(shí)現(xiàn)

遼寧省高速公路聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心虛擬化服務(wù)器基于PC服務(wù)器架構(gòu)，以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，形成應(yīng)用服務(wù)器與存儲(chǔ)資源池，采用虛擬化控制平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的管理。主要由控制平臺(tái)、服務(wù)器資源池、存儲(chǔ)資源池以及數(shù)據(jù)交換、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)四部分組成。第一是控制平臺(tái)。主要為服務(wù)器虛擬化控制軟件，具體功能如下：對(duì)整個(gè)虛擬化平臺(tái)進(jìn)行管理監(jiān)控，是整個(gè)系統(tǒng)的管理端；對(duì)基礎(chǔ)軟硬件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和性能監(jiān)控；對(duì)虛擬化服務(wù)器劃分等進(jìn)行設(shè)置管理，包括分配CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)空間等；對(duì)基礎(chǔ)軟硬件異常情況觸發(fā)報(bào)警，提醒用戶及時(shí)維護(hù)問(wèn)題設(shè)備；對(duì)基礎(chǔ)軟硬件資源進(jìn)行長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)分析，為高層的資源調(diào)度提供決策依據(jù)。第二是服務(wù)器資源池。通過(guò)部署一批X86高性能服務(wù)器，并在每個(gè)服務(wù)器上安裝虛擬化軟件，將所有物理服務(wù)器上的CPU和內(nèi)存等資源解放出來(lái)，匯集到一起，形成CPU、內(nèi)存等資源池。主要提供對(duì)應(yīng)用透明的計(jì)算資源，為應(yīng)用軟件提供按需配置的運(yùn)行環(huán)境，整合提高物理服務(wù)器資源利用率，并保證業(yè)務(wù)應(yīng)用的可靠運(yùn)行。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器計(jì)算機(jī)資源的按需分配，將虛擬機(jī)合理均衡地分配到現(xiàn)有的物理服務(wù)器上。第三是存儲(chǔ)資源池。通過(guò)部署若干存儲(chǔ)設(shè)備，并進(jìn)行池化，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的按需分配和彈性伸縮.支撐大規(guī)模的存儲(chǔ)聚合與數(shù)據(jù)訪問(wèn)。第四是數(shù)據(jù)交換、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。在整個(gè)虛擬化服務(wù)器、存儲(chǔ)組建網(wǎng)絡(luò)中，需要將交換機(jī)接口劃分為業(yè)務(wù)VLAN區(qū)和管理VLAN區(qū)，并按業(yè)務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分類，將業(yè)務(wù)VLAN區(qū)劃分為多個(gè)VLAN段。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求，將實(shí)體機(jī)與存儲(chǔ)劃分為多個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)，并接入核心交換機(jī)相應(yīng)接口。在實(shí)現(xiàn)虛擬資源池可管理的同時(shí)，保證各業(yè)務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互連互通。

參考文獻(xiàn)：

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