基于vSphere的虛擬化技術(shù)在高職院校數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

楊皓

摘要：隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，高校信息化建設(shè)也在不斷推進(jìn)。VMware vSphere為我們實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心虛擬化提供了一個可靠的工具，它可以幫助我們實現(xiàn)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲和桌面的虛擬化，還能智能地控制資源平衡。本文以VMware vSphere虛擬化架構(gòu)為基礎(chǔ)，介紹了虛擬化的概念、類型和技術(shù)優(yōu)勢。

Abstract： With the rapid development of computer technology， the construction of information technology in college is also constantly advancing. VMware vSphere provides a reliable tool for our data center virtualization， which can help us to realize the virtualization of servers， networks， storage and virtual desktop， and intelligent control of the balance of resources. This paper is based on the VMware vSphere virtualization architecture， introduces the concept， types and advantages of virtualization technology.

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù)；vSphere；高校

Key words： virtualization technology；vSphere；college

中圖分類號：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0146-03

0 引言

高校的信息化建設(shè)是國家信息化建設(shè)的重要組成部分，隨著國家的大力投入建設(shè)，高校信息化建設(shè)已經(jīng)具有較大規(guī)模，各種應(yīng)用也層出不窮，為教學(xué)形式、教學(xué)理念和教學(xué)改革帶來了深遠(yuǎn)的影響。云南財經(jīng)職業(yè)學(xué)院從2000年初開始建設(shè)計算機(jī)實訓(xùn)室至今，已陸續(xù)建設(shè)了近20間計算機(jī)實訓(xùn)室以及3間數(shù)據(jù)中心機(jī)房。隨著應(yīng)用需求增加，服務(wù)器也在增加，對應(yīng)的機(jī)房基礎(chǔ)配套設(shè)施、機(jī)柜、UPS、空調(diào)和電力需求等也隨之增加，造成了機(jī)房建設(shè)運行成本高、故障率增加、防災(zāi)能力弱、管理復(fù)雜化。在大量資金投入的同時，大部分的設(shè)備利用率卻很低，服務(wù)器很多時候都是閑置的，造成了巨大的資源浪費。此外，采用傳統(tǒng)物理架構(gòu)的操作系統(tǒng)，直接安裝在物理硬件上，使得整個學(xué)校網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)非常不靈活，同時由于軟硬件的故障，穩(wěn)定性較差，對教師的正常上課造成影響，提高了維護(hù)人員的工作量，效果卻不甚理想。針對以上問題，筆者在滿足正常教學(xué)和工作需求的前提下，充分利用服務(wù)器閑置資源，減少浪費，降低能耗，減輕管理人員負(fù)擔(dān)，積極研究探索一個符合該校情況的合理高效的虛擬化建設(shè)方案。

1 虛擬化技術(shù)概述

虛擬化[1]的概念早在上世紀(jì)六十年代就已經(jīng)誕生，經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用都在不斷深化。云計算[2]作為虛擬化技術(shù)、分布式計算技術(shù)和并行計算技術(shù)等技術(shù)的混合演化結(jié)果，是未來研究的熱門。所以說計算機(jī)虛擬化技術(shù)是一個重要的技術(shù)基石，支撐起了云計算偉大構(gòu)想的實現(xiàn)。

虛擬化技術(shù)是一種調(diào)配計算資源的方法。它將計算機(jī)的硬件層、軟件層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和存儲層分為不同的層面。對傳統(tǒng)計算機(jī)來說，所有層面都是一個整體，運行模式為：先在在計算機(jī)“裸機(jī)”上安裝操作系統(tǒng)，裝好系統(tǒng)后再裝應(yīng)用程序，最后在顯示器上顯示程序界面。在這種情況下，改動一層將影響到其他層，使得改動難以實施。為了更容易地實施改動，虛擬化技術(shù)通過軟件，讓不同層面的應(yīng)用分開，讓管理簡單化，讓計算機(jī)資源的使用更加靈活。

利用虛擬化技術(shù)，我們可以把各種物理硬件設(shè)備都變?yōu)樘摂M設(shè)備?？偟膩碚f主要分為幾大類：①平臺虛擬化。主要指上述所說的服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化。服務(wù)器虛擬化又可以細(xì)分為硬件和軟件虛擬化。硬件虛擬化指平臺直接運行在物理硬件上，如VMware vSphere平臺[3]；軟件虛擬化指平臺運行在操作系統(tǒng)上，如VMware Workstation。②網(wǎng)絡(luò)虛擬化。利用虛擬交換機(jī)和虛擬網(wǎng)卡，可以組建一個虛擬網(wǎng)絡(luò)，在虛擬機(jī)內(nèi)部進(jìn)行通信，也可以與外部的物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。③存儲虛擬化。利用存儲網(wǎng)絡(luò)，可以把磁盤空間連接到服務(wù)器硬盤上，用戶使用時感覺不到磁盤資源和在本地有什么區(qū)別。④應(yīng)用虛擬化。把操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序分離出來，讓用戶可以遠(yuǎn)程使用服務(wù)器上的應(yīng)用資源，跟操作系統(tǒng)相對獨立。

2 虛擬化平臺概述

云計算的實現(xiàn)依賴于虛擬化平臺，利用虛擬化平臺軟件，我們可以把傳統(tǒng)的物理服務(wù)器、交換機(jī)等物理資源轉(zhuǎn)化為虛擬資源，構(gòu)建“資源池”，協(xié)調(diào)統(tǒng)一的管理數(shù)據(jù)中心。從國際市場占有率看，這一領(lǐng)域的提供商以VMware、Microsoft和Citrix為主流[4]，占據(jù)了x86平臺的90%以上市場份額。其中又以VMware為主導(dǎo)，占據(jù)了系統(tǒng)虛擬化85%以上份額，旗下的vSphere平臺是目前最先進(jìn)的企業(yè)級服務(wù)器虛擬化解決方案。

2.1 VMware vSphere概述

VMware vSphere是VMware公司推出的虛擬化平臺產(chǎn)品，在服務(wù)器虛擬化市場處于領(lǐng)導(dǎo)地位，也是當(dāng)前最先進(jìn)的企業(yè)級虛擬化平臺。從2001年的ESX到現(xiàn)在最新的ESXi6.0版本，功能經(jīng)過不斷完善，已經(jīng)可以實現(xiàn)搭建一整套的虛擬數(shù)據(jù)中心方案，獲得了廣大用戶的認(rèn)可。

2.2 VMware vSphere組件層架構(gòu)

VMware vSphere[5]是VMware公司推出的虛擬化產(chǎn)品系列軟件。它利用虛擬化功能將傳統(tǒng)的物理服務(wù)器數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為簡化的虛擬數(shù)據(jù)中心，且具有高度的靈活性。VMware vSphere 讓物理數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、交換機(jī)等硬件變?yōu)樘摂M架構(gòu)， 成為大量的虛擬資源。

VMware vSphere 的組件層如圖1所示。

①底層：主要有虛擬計算、虛擬存儲和虛擬網(wǎng)絡(luò)。也可以叫做基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，它是整個vSphere平臺架構(gòu)的基石，組件名為ESX/ESXi。②應(yīng)用層：具體指對程序的應(yīng)用，同時也包括了程序的安全性和可擴(kuò)展性。③管理層：它是平臺的數(shù)據(jù)管理中心。我們所有的操作都可以通過它來完成，包括增加刪除虛擬機(jī)，資源的動態(tài)平衡，虛擬機(jī)遷移等，組件名為vCenter Server。④客戶端：用于訪問 VMware vSphere的數(shù)據(jù)中心，工具主要有 vSphere Client 或 Web Access（通過 Web 瀏覽器）等。

2.3 VMware vSphere的主要組件

①VMware ESX和VMware ESXi 。運行在物理機(jī)上的底層架構(gòu)，它將CPU、內(nèi)存、 磁盤、交換機(jī)等物理設(shè)備虛擬化為邏輯資源。②VMware vCenter Server。管理整個虛擬平臺的控制中心，大部分操作都得通過登錄它來完成。③VMware vSphere Client?？蛻舳顺绦?，通過它來登錄vCenter Server或 ESXi主機(jī)，然后在程序界面中完成操作。④VMware vMotion。vMotion的功能是虛擬機(jī)的遷移，在遷移 同時保持用戶的正常使用，但不遷移磁盤，這也是HA、DRS等高級功能部署的前提。vMotion遷移能在不關(guān)機(jī)的情況下將正在使用的虛擬機(jī)遷移到另一臺虛擬機(jī)上，但無法遷移到另一個數(shù)據(jù)中心，而且存儲無法移動。vMotion還有一個加強(qiáng)版，叫做 Storage vMotion。Storage vMotion遷移除了具有vMotion的功能外，還可以移動虛擬機(jī)的存儲器。

3 數(shù)據(jù)中心虛擬化實施

3.1 硬件環(huán)境 ①服務(wù)器。學(xué)院訓(xùn)導(dǎo)樓數(shù)據(jù)中心共配備了4臺物理服務(wù)器，表1是服務(wù)器配置說明。②物理網(wǎng)絡(luò)。使用學(xué)院訓(xùn)導(dǎo)樓數(shù)據(jù)中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)。

3.2 軟件環(huán)境說明

3.3 實現(xiàn)原理 在曙光I840上安裝域、DNS和證書服務(wù)，安裝SQLServer 2012數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有計算機(jī)都加入域。在2臺IBM上部署底層架構(gòu)ESXi5.5，作為虛擬服務(wù)器主機(jī)，并創(chuàng)建一個獨立網(wǎng)絡(luò)vMotion?？紤]到管理端配置要求不高，在配置較低的DELL服務(wù)器上安裝vCenter server，通過管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺PC機(jī)使用VMware vSphere Client客戶端程序登錄vCenter server服務(wù)器對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一配置管理。

3.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖2）

3.5 安裝部署

3.5.1 準(zhǔn)備工作 ①配置域控制器。按拓?fù)渑渲肐P，DNS配置127.0.0.1指向自己；更改計算機(jī)名為dc；插入光盤，添加角色，安裝AD域服務(wù)和DNS；新建林，添加域名test.com；最后提升本機(jī)為域控制器。②把vCenter服務(wù)器和一臺客戶機(jī)（win7 64位）加入域，并按拓?fù)涓挠嬎銠C(jī)名和IP地址。③安裝數(shù)據(jù)庫。在DC服務(wù)器上安裝SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫。④配置DSN，連接數(shù)據(jù)庫。在vCenter服務(wù)器上安裝數(shù)據(jù)庫管理工具，運行管理工具，使用域用戶名dc.test.com登錄。在ODBC數(shù)據(jù)源程序系統(tǒng)DSN中創(chuàng)建一個新數(shù)據(jù)源，取名vsphere-db，連接服務(wù)器DC，更改默認(rèn)數(shù)據(jù)庫為vsphere。配置完成測試成功。

3.5.2 環(huán)境要求 ESXi[6-7]是vSphere產(chǎn)品套件中最核心的部分。它負(fù)責(zé)將計算機(jī)的物力資源轉(zhuǎn)化為邏輯資源，其他的組件都是建立在它之上的。這里筆者使用的是5.5版本。最低配置要求主機(jī)CPU至少具有兩個內(nèi)核；如果是AMD 平臺的系統(tǒng)，處理器版本至少是Opteron Rev E；如果是Intel平臺的系統(tǒng)，處理器必須支持Virtualization Technology（VT）技術(shù)，許多CPU雖然支持VT但默認(rèn)都禁用，需要進(jìn)BIOS手動啟用；需要至少2GB內(nèi)存，至少一個千兆或10GB以太網(wǎng)控制器；至少一個控制器。如果想知道自己的計算機(jī)硬件是否滿足要求，可以登錄VMware的官方網(wǎng)站查詢。當(dāng)然，上述要求只是最低配置要求，要想真正體驗虛擬化，這樣的配置是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

VMware vCenter Server是vSphere產(chǎn)品套件中的重要組件，它負(fù)責(zé)對整個平臺的各個組件進(jìn)行集中管理，是整個vSphere虛擬化平臺的中心。

vCenter[8-9]的安裝要求：可以安裝在一臺物理機(jī)上，也可以安裝在一臺虛擬機(jī)上，按照拓?fù)溥@里筆者選擇安裝在物理機(jī)上。

硬件要求：兩個64位cpu或一個64位雙核CPU，CPU主頻為2.0GHz或2.0GHz以上；內(nèi)存4G，如果數(shù)據(jù)庫也裝在同一臺電腦上，則配置要求更高；4G存儲空間；千兆網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)存大小主要影響可控制的虛擬機(jī)臺數(shù)，小清單（主機(jī)小于100 臺或虛擬機(jī)小于1000臺）內(nèi)存至少要 1G，中等清單（主機(jī) 100～400臺或虛擬機(jī)1000～4000臺）內(nèi)存至少要 2G，大清單（主機(jī)超過 400臺或虛擬機(jī)超過4000臺）內(nèi)存至少要 3G。筆者準(zhǔn)備創(chuàng)建的虛擬機(jī)不超過 100臺，所以這次選擇小清單。

軟件要求：操作系統(tǒng)不支持32位，只能使用64位版本，如windows server 2008 R2；必須安裝數(shù)據(jù)庫，vCenter安裝時自帶Microsoft SQL Server 2008 R2 Express數(shù)據(jù)庫，通常我們要事先準(zhǔn)備好一臺專用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，安裝時把數(shù)據(jù)源鏈接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。vCenter支持的數(shù)據(jù)庫有IBM DB2 9.5、IBM DB2 9.7、Microsoft SQL Server 2008 R2 Express、Microsoft SQL Server 2005/2008/2008 R2、Oracle 10g R2和Oracle 11g；必須安裝Microsoft .net 3.5 SP1 Framework。如果要使用自帶數(shù)據(jù)庫，還必須安裝Microsoft Windows Installer 4.5（MSI 4.5）。

3.5.3 部署流程 搭建環(huán)境準(zhǔn)備好后就可以進(jìn)行安裝部署，按照以下流程依次進(jìn)行安裝：

安裝ESXi5.5→安裝vCenter及相關(guān)組件→安裝vSphere Client客戶端工具→創(chuàng)建虛擬機(jī)。

3.5.4 管理虛擬機(jī) 在PC機(jī)啟動Client程序，輸入vCenter Server服務(wù)器名和密碼登錄。右鍵新建虛擬機(jī)，然后根據(jù)需求配置操作系統(tǒng)版本、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲和SCSI控制器類型等參數(shù)，注意CPU核數(shù)不能超過物理機(jī)，網(wǎng)絡(luò)適配器類型默認(rèn)E1000。配置完成后啟動虛擬機(jī)安裝操作系統(tǒng)就可使用了。

3.5.5 管理網(wǎng)絡(luò) 虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)[10]通過配置虛擬交換機(jī)來實現(xiàn)，通過添加標(biāo)準(zhǔn)虛擬交換機(jī)和分布式虛擬交換機(jī)，與外部物理交換機(jī)相連接進(jìn)行使用，同樣是在vCenter管理平臺進(jìn)行操作。為了未來管理需要，添加了一個標(biāo)準(zhǔn)虛擬交換機(jī)用于配置vMotion虛擬機(jī)遷移網(wǎng)絡(luò)，連接到第二塊物理網(wǎng)卡。

4 結(jié)語

經(jīng)過服務(wù)器虛擬化改造后，服務(wù)器的利用率從之前的不到10%增加到了70%左右，1個管理員就可以輕松管理維護(hù)，虛擬數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也完成了最重要的基礎(chǔ)搭建。隨著校園信息化建設(shè)的推進(jìn)，新設(shè)備也會逐漸增加，經(jīng)過了虛擬化改造后，我們的設(shè)備已經(jīng)不再是獨立的資源，而是整合成一個“資源池”，新的設(shè)備加入，作為管理者只用在vCenter Server中對設(shè)備進(jìn)行添加就可以進(jìn)行管理。如果需要的服務(wù)器不夠或利用率過低，我們也可以在vCenter Server中創(chuàng)建虛擬服務(wù)器或整合服務(wù)器來實現(xiàn)靈活管理，經(jīng)過測試，我們的2臺ESXi主機(jī)可以支撐近20臺單路6核、4GB內(nèi)存配置的虛擬機(jī)同時運行，整合比接近1：10。虛擬化技術(shù)還有許多資源可以挖掘，值得各學(xué)院的機(jī)房管理人員進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]李喬，鄭嘯.云計算研究現(xiàn)狀綜述[J].計算機(jī)科學(xué)，2011，04：32-37.

[2]張耀祥.云計算和虛擬化技術(shù)[J].計算機(jī)安全，2011，05：80-82.

[3] David B. Henderson .VMware vSphere 5： building a virtual datacenter[J]. Computing reviews， 2013， 54（6）.

[4] 馬博峰.VMware Ctrix和Microsoft虛擬化技術(shù)詳解與應(yīng)用實踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012，11.

[5]VMware.vSphere 5文檔中心.http：//pubs.vmware.com/vsphere-50/index.jsp#com.vmware.vsphere.doc_50/GUID-553E2EBD-6D19-4873-98FD-265B3A92F1F0.html，2016.01.

[6]施慶. 基于VMware vSphere的高校數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)研究[D].復(fù)旦大學(xué)，2012.

[7]白晟，包鋒.基于VMware構(gòu)建的虛擬實驗教學(xué)平臺[J].河北省科學(xué)院學(xué)報，2016，01：14-17.

[8]李永亮，鄭晨溪. 基于VMware vSphere應(yīng)用的虛擬化技術(shù)[J].科技展望，2015，27：18.

[9]葉建輝.服務(wù)器虛擬化技術(shù)在高校數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用探究[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，05：30-31.

[10]柳華.服務(wù)器虛擬化在高校網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016，04：87-88.