虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

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摘要：該文通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀的分析，指出具有人員配備、資源利用率、安全隱患和數(shù)據(jù)備份方面的問(wèn)題，并分析對(duì)比了現(xiàn)行主流的虛擬化軟件，選定VMware作為數(shù)據(jù)中心的虛擬化軟件。討論了使用VMware虛擬化技術(shù)帶來(lái)的改觀，不僅降低了運(yùn)行維護(hù)的工作量，對(duì)服務(wù)器出現(xiàn)的問(wèn)題響應(yīng)速度也加快，提高了數(shù)據(jù)中心的資源利用率。由于VMware本身的高可用性，簡(jiǎn)化了應(yīng)用系統(tǒng)的遷移備份，整體降低了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行成本，提高了管理運(yùn)維水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;VMware;虛擬化

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0256-02

隨著高校信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備日益增多，數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)房環(huán)境改造的成本費(fèi)用也水漲船高。為了使得數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)中心為數(shù)據(jù)中心提供了不間斷電源、網(wǎng)絡(luò)帶寬和安全防護(hù)等運(yùn)行支撐環(huán)境。高校應(yīng)用服務(wù)具備下列共同特點(diǎn)：1）應(yīng)用系統(tǒng)種類繁多，系統(tǒng)環(huán)境配置復(fù)雜，對(duì)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)功能要求各不相同;2）服務(wù)器存放在學(xué)校數(shù)據(jù)中心由信息化部門統(tǒng)一管理，而不同的應(yīng)用系統(tǒng)分由各二級(jí)學(xué)院或部門管理;3）一臺(tái)物理服務(wù)器只安裝一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)或軟件;4）數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器資源不平衡，有的服務(wù)器因?yàn)檫\(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)占有資源小，造成了極大的浪費(fèi)，而有的服務(wù)器運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)占有資源大，后期擴(kuò)容又無(wú)法找到適應(yīng)件而滿負(fù)荷運(yùn)行。這些特點(diǎn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心在管理和維護(hù)服務(wù)器時(shí)面臨人員配備、資源利用率、安全隱患和數(shù)據(jù)備份方面的問(wèn)題。而這些問(wèn)題的解決成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的首要考慮因素，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用可較好地解決當(dāng)前數(shù)據(jù)中心面臨的一系列問(wèn)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。

1 數(shù)據(jù)中心服務(wù)器管理面臨的問(wèn)題

1）人員配備：數(shù)據(jù)中心物理服務(wù)器數(shù)目大而且服務(wù)器種類繁多，這就導(dǎo)致需要數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理人員人數(shù)要足夠，但現(xiàn)實(shí)是人數(shù)不足，而種類和數(shù)量的多樣性也導(dǎo)致對(duì)人員的技術(shù)要求更高，系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間也相應(yīng)比較長(zhǎng)，所以物理服務(wù)器這種需要投入大量人力、物力模式的運(yùn)維方式有待改進(jìn)。2）資源利用率：物理服務(wù)器一般都是一臺(tái)服務(wù)器對(duì)應(yīng)一項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)，這會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器的資源利用率很低，而運(yùn)行服務(wù)器的空間資源和成本資源并沒(méi)有降低。3）安全隱患：數(shù)據(jù)中心作為學(xué)校的核心設(shè)備存放地，數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)安全保障了校園網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。而數(shù)據(jù)中心防病毒手段薄弱，造成了極大的安全隱患。4）數(shù)據(jù)備份：數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)備份方式比較簡(jiǎn)單，只是單一進(jìn)行，并無(wú)法做到服務(wù)器宕機(jī)或者文件丟失后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)和實(shí)時(shí)備份。而且服務(wù)器種類和操作系統(tǒng)的繁多也給系統(tǒng)備份和快速恢復(fù)造成了很大的困難。

2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)的研究

2.1 虛擬化技術(shù)實(shí)施考慮因素

數(shù)據(jù)中心使用虛擬化技術(shù)，并不是單純的采購(gòu)設(shè)備進(jìn)行建設(shè)即可，而是需要充分評(píng)估可行性，主要影響因素有包括五種：1）應(yīng)用系統(tǒng)的需求：采用虛擬化技術(shù)一方面是為了優(yōu)化物理空間的占有，另一方面是對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)資源的整合，應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的要求主要體現(xiàn)在對(duì)硬盤、CPU、內(nèi)存大小的要求，而將物理服務(wù)器里面的應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)虛擬機(jī)的服務(wù)器進(jìn)行遷移，要滿足基本的設(shè)備要求，但是像視頻服務(wù)器這類存儲(chǔ)空間占有比較大的應(yīng)用并不適合遷移至虛擬機(jī)，可以對(duì)現(xiàn)有的物理服務(wù)器整合，擴(kuò)大硬盤和內(nèi)存容量等。2）物理服務(wù)器數(shù)量：數(shù)據(jù)中心虛擬化也并不是一蹴而就的，具體來(lái)說(shuō)并不需要將所有的物理服務(wù)器全部淘汰，虛擬化技術(shù)的使用也是對(duì)原有服務(wù)器的梳理過(guò)程，可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)和服務(wù)器采購(gòu)年限等各方面的因素考慮，將有必要的應(yīng)用系統(tǒng)遷移至虛擬機(jī)中，對(duì)剩余的服務(wù)器運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的無(wú)使用價(jià)值老舊服務(wù)器進(jìn)行資產(chǎn)報(bào)廢，而較新的服務(wù)器進(jìn)行整合，看是否可以掛載成為新的虛擬資源池增加存儲(chǔ)空間。3）操作系統(tǒng)類型：原有數(shù)據(jù)中心并不是只有單一的操作系統(tǒng)，虛擬化技術(shù)的上線要考慮多種操作系統(tǒng)并存的問(wèn)題。4）選擇何種虛擬化技術(shù)：可以根據(jù)市場(chǎng)占有率和各種不同性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，選出最適合現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的虛擬化技術(shù)。5）費(fèi)用：要和學(xué)校的實(shí)際情況相結(jié)合，對(duì)各種性能比對(duì)后，采用性價(jià)比最高的。

2.2 虛擬化平臺(tái)比較

通過(guò)調(diào)研，虛擬化服務(wù)方面的主流供應(yīng)商主要有VMware，Microsoft和Citrix，且應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品版本分別為VMware vSphere 5.0、Hyper-V R2和Xen Server，就相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)這三家的市場(chǎng)份額調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，VMware公司、Microsoft公司和Citrix公司的市場(chǎng)占有率分別為65%、27%和6%。[1，2]對(duì)三家公司的虛擬化技術(shù)性能與功能方面而言，VMware公司一般采用VMwarevSphere5.0，可以完全虛擬化，對(duì)軟件和操作系統(tǒng)的兼容性都很高，Microsoft公司一般采用Hyper-VR2，支持半虛擬化，對(duì)軟件和操作系統(tǒng)的兼容性低，Citrix公司一般采用XenServer，支持半虛擬化，對(duì)軟件和操作系統(tǒng)的兼容性低。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出VMware公司的虛擬化技術(shù)更符合數(shù)據(jù)中心目前架構(gòu)，它的這種高可用性和適應(yīng)性對(duì)數(shù)據(jù)中心以后設(shè)備的擴(kuò)充可以無(wú)縫對(duì)接。

2.3 VMwareServer虛擬機(jī)軟件

VMwarevSphere將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)從底層硬件中分離出來(lái)，可以使得應(yīng)用程序看到專有資源，而服務(wù)器則可以在資源池內(nèi)進(jìn)行管理，根據(jù)業(yè)務(wù)的不同，分配不同的服務(wù)，在虛擬服務(wù)平臺(tái)上對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)等進(jìn)行虛擬化，利用虛擬技術(shù)進(jìn)行服務(wù)器的新建、備份和遷移等操作[3，4]。

VMware vSphere系統(tǒng)架構(gòu)主要包括VMware vCenterServer管理中心、應(yīng)用程序服務(wù)、基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)和云服務(wù)。1）VMware vCenterServer管理中心相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的總控中心，通過(guò)管理硬件服務(wù)器可以同時(shí)管理虛擬機(jī)服務(wù)器，有兩種方式可以完成管理，一種是通過(guò)Web端，另一種是通過(guò)客戶端，都可以實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器的開關(guān)機(jī)、故障監(jiān)控、日常維護(hù)等操作，獨(dú)立出來(lái)的虛擬機(jī)就相當(dāng)于原來(lái)的物理服務(wù)器，虛擬機(jī)之間相互獨(dú)立運(yùn)行，每個(gè)虛擬機(jī)內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)不同，而用戶體驗(yàn)和物理服務(wù)器體驗(yàn)一樣。2）VMware vSphere應(yīng)用程序服務(wù)包括在線遷移、高可用性和安全可擴(kuò)展的功能優(yōu)勢(shì)。所有虛擬機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，如果發(fā)生資源緊張或需要調(diào)整虛擬機(jī)時(shí)，VMwareDRS會(huì)根據(jù)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的在線遷移，遷移的實(shí)現(xiàn)是用VMwareVMotion控件實(shí)現(xiàn)的，可以避免數(shù)據(jù)流量過(guò)大產(chǎn)生死機(jī)的現(xiàn)象。VMware vSphere應(yīng)用程序服務(wù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬機(jī)本身和其存儲(chǔ)的動(dòng)態(tài)遷移，保障了服務(wù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)一致性。3）VMware vSphere包含了三個(gè)基礎(chǔ)功能架構(gòu)分別是：vCompute（計(jì)算資源）、 vStorage（存儲(chǔ)資源）和vNetwork（網(wǎng)絡(luò)資源）[3，5，6]。通過(guò)這三大功能組件VMware vSphere才能將原來(lái)的硬件資源虛擬化后，用來(lái)服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。4）云服務(wù)，即有公有云、私有云和混合云。云服務(wù)可以通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)獲得和系統(tǒng)外獲得，具體來(lái)說(shuō)系統(tǒng)內(nèi)獲得即為學(xué)校自己的數(shù)據(jù)中心的資源，系統(tǒng)外獲得即為第三方的云資源，例如阿里云、百度云等。

3 虛擬化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主要內(nèi)容

數(shù)據(jù)中心采用高性能的服務(wù)器機(jī)箱，內(nèi)含14把刀片服務(wù)器，同時(shí)配置大容量光纖存儲(chǔ)作為硬件平臺(tái)架構(gòu)基礎(chǔ)。通過(guò)VMwarevSphere5.0企業(yè)級(jí)虛擬化軟件作為硬件服務(wù)器和存儲(chǔ)的整合管理平臺(tái)，對(duì)硬件資源進(jìn)行虛擬化動(dòng)態(tài)管理進(jìn)行資源調(diào)配。增加虛擬化后，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)拓?fù)淙鐖D1所示。

虛擬機(jī)管理優(yōu)于傳統(tǒng)物理服務(wù)器，傳統(tǒng)服務(wù)器使用本地遠(yuǎn)程訪問(wèn)，VMware虛擬技術(shù)管理不僅可以通過(guò)客戶端管理和監(jiān)控虛擬機(jī)，也可以通過(guò)Web方式。通過(guò)Web端進(jìn)入管理界面可以看到所建立的虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)的狀態(tài)、置備的空間、已用空間，主機(jī)cpu、主機(jī)內(nèi)存等信息都可以查看，如下圖2所示。

Web端同樣完成了對(duì)虛擬機(jī)的基本操作，例如新建虛擬機(jī)、導(dǎo)入虛擬機(jī)、給現(xiàn)有的虛擬機(jī)加大硬盤容量掛載硬盤、對(duì)運(yùn)行中的虛擬機(jī)進(jìn)行調(diào)試安裝等操作。與客戶端操作都相同，給不熟悉客戶端操作的用戶提供了便捷。VMware虛擬機(jī)平臺(tái)的快照功能，可以對(duì)運(yùn)行中的虛擬機(jī)進(jìn)行快照操作，快照功能執(zhí)行時(shí)，對(duì)整個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行實(shí)施實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)備份，生成快照文件，而到虛擬機(jī)發(fā)生狀況后，便可啟動(dòng)快照恢復(fù)，即可恢復(fù)至停機(jī)時(shí)的服務(wù)。數(shù)據(jù)中心虛擬化前后，CUP利用率在虛擬化應(yīng)用前以10%以下居多，虛擬化后可達(dá)到65%，并可以繼續(xù)增加;服務(wù)器的響應(yīng)速度方面，虛擬化前根據(jù)服務(wù)器性能的不同而不同，虛擬化后響應(yīng)速度快;服務(wù)器維護(hù)方面，虛擬化前單機(jī)維護(hù)而且工作量大，虛擬化后平臺(tái)維護(hù)簡(jiǎn)單方便，對(duì)管理水平要求高;能耗方面虛擬化前能耗高，虛擬化后能耗低。

4 結(jié)論

虛擬化技術(shù)在我校數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，是一次技術(shù)的創(chuàng)新，達(dá)到了減少硬件成本、提高資源利用率、降低能耗的目的。本文通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀的分析，對(duì)現(xiàn)行主流的虛擬化軟件對(duì)比，選定VMware作為數(shù)據(jù)中心虛擬化軟件。數(shù)據(jù)中心虛擬化的應(yīng)用使得維護(hù)工作量降低，對(duì)服務(wù)器狀況的響應(yīng)速度加快，而應(yīng)用系統(tǒng)的遷移、備份等都不受硬件設(shè)備限制，更有利于管理與維護(hù)。下一步打算更深一步的研究數(shù)據(jù)中心的虛擬化，加大容災(zāi)備份力度，使得機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)更加完善。

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