面向煉化企業(yè)的服務器虛擬化技術(shù)方案設計

李友宏

[摘? ? 要] 隨著虛擬化技術(shù)的日趨成熟，數(shù)據(jù)中心虛擬化已成為傳統(tǒng)煉化行業(yè)信息化建設的最佳選擇。本文針對虛擬化技術(shù)的特性，結(jié)合煉化行業(yè)在信息化建設過程中普遍遭遇的局限性，設計出了一套服務器虛擬化技術(shù)在煉化企業(yè)中的應用方案。

[關(guān)鍵詞] VMware;虛擬化;服務器;虛擬數(shù)據(jù)中心

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 05. 064

[中圖分類號] TP391? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）05- 0164- 04

1? ? ? 引? ? 言

傳統(tǒng)的煉化企業(yè)往往歷史悠久，經(jīng)過多年的持續(xù)建設，數(shù)據(jù)中心會非常龐大，設施多、數(shù)據(jù)散、維護難，這幾乎是所有煉化企業(yè)都會遇到的問題。虛擬化技術(shù)作為解決這些問題的“良藥”，將其融入數(shù)據(jù)中心是十分有必要的。

1.1? ?整合信息資源，降低運維成本的需要

在煉化企業(yè)中，絕大部分信息系統(tǒng)的建設是基于傳統(tǒng)的煙囪型IT架構(gòu)，每上一個新的IT應用，都需要采購新的硬件設備（各種服務器、專用存儲、交換機等）和系統(tǒng)軟件，這不僅大大增加了企業(yè)信息化采購成本，資源包括硬件和軟件資源）分散，且硬件資源利用率一般也在5%-20%之間;另外，設備更新?lián)Q代頻率高，部署在專用硬件平臺上的各種應用不斷增多，從而導致大量的IT資源的浪費，且確保這些IT資源長周期安全穩(wěn)定運行的運維服務和機房環(huán)境保障等成本也居高不下，因此，整合信息資源，提質(zhì)增效刻不容緩。

1.2? ?保障信息資源安全的需要

數(shù)據(jù)中心運維的常見問題一般可分為軟件系統(tǒng)故障、服務器故障、網(wǎng)絡故障、數(shù)據(jù)中心保障設施故障等，其中以服務器故障影響最為嚴重。特別是針對傳統(tǒng)的煙囪型架構(gòu)，每套業(yè)務系統(tǒng)都有單獨的硬件服務器，故障率高，數(shù)據(jù)分布零散，當硬件設備出現(xiàn)故障時，往往面臨的是艱難而耗時的數(shù)據(jù)恢復，甚至當出現(xiàn)無法修復的情況時，將會直接面臨直接丟失，不僅業(yè)務連續(xù)性無法保障，公司信息資產(chǎn)的安全也受到嚴重影響。

1.3? ?實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心敏捷運維的需要

傳統(tǒng)模式下部署一套業(yè)務系統(tǒng)的簡單流程。

數(shù)據(jù)中心部署一套業(yè)務系統(tǒng)，從硬件采購申請批復到硬件系統(tǒng)安裝并配置完畢，需要運維人員至少耗費10天的時間，如果再將設備巡檢維護、擴容升級的時間計入在內(nèi)，那么整個運維的過程將是十分繁重而冗長的。

2? ? ? 虛擬化技術(shù)的特性和優(yōu)勢

虛擬化是一項“一虛多”的技術(shù)，是眾多IT自愿虛擬化技術(shù)中的一種，簡單來講，就是可以在一臺服務器上虛擬出多臺虛擬服務器，從而實現(xiàn)一機多用，從而顯著提高服務器的工作效率。

2.1? ?硬件虛擬化

一臺服務器通常是由CPU、內(nèi)存、磁盤，及一些周邊設備（如網(wǎng)卡、HBA卡等）組成。硬件虛擬化可以將組成服務器的每一種硬件進行虛擬，虛擬后的硬件成為一種公用資源，供所有運行在這臺服務器上的虛擬機使用。

虛擬化的平臺提供了豐富的設備虛擬功能，能把物理設備虛擬成標準的虛擬設備，這樣做的好處是降低了虛擬機對底層硬件的依賴，面向虛擬機的始終是標準化的設備。

2.2? ?群集技術(shù)

利用群集技術(shù)，可以將多臺物理主機組成一個群集，群集中的虛擬機可以在群集主機之間隨意遷移。當群集中的某一臺主機需要維護時，可以先將這臺主機上的虛擬機遷移到其他主機上，然后再將這臺主機置為“維護模式”即可進行相應的維護操作。

2.3? ?實時遷移技術(shù)

虛擬機實時遷移技術(shù)類似手機通信基站軟切換，當手機信號從一個基站切換到另一個基站時，信號的宿主已經(jīng)發(fā)生改變，但用戶是察覺不到的。對于虛擬機也一樣，在虛擬化平臺下可以動態(tài)地將虛擬機從一個主機遷移到另一個主機，應用系統(tǒng)不會中斷，不對用戶造成任何影響。

2.4? ?分布式資源調(diào)度（DRS-Distributed Resource Scheduler）技術(shù)

DRS技術(shù)可以不間斷地自動平衡群集中主機的負載，并可以根據(jù)群集負載情況，在各個服務或應用之間根據(jù)實際需求動態(tài)地分配服務器資源，甚至可以自動休眠或開啟主機以滿足業(yè)務對性能的需求。當群集中的某臺主機負載過高時，DRS會自動遷移部分虛擬機到其他主機上，以保證群集主機間的負載均衡。另外，在定義了虛擬機的優(yōu)先級之后，DRS還會根據(jù)優(yōu)先級來分配資源，這在業(yè)務密集型的情況下尤為重要。

2.5? ?虛擬機HA技術(shù)

虛擬機HA技術(shù)是群集模式下非常重要的一項技術(shù)，它可以保證當群集中的某一臺主機發(fā)生故障時，自動將上面的虛擬機在另一臺主機上重新啟動，從而最大程度地保障業(yè)務的連續(xù)性。

3? ? ? 服務器虛擬化技術(shù)方案

3.1? ?基礎架構(gòu)

虛擬中心核心架構(gòu)。

3.2? ?技術(shù)特性

3.2.1? ?高可擴展性

當設計一個數(shù)據(jù)中心時，鑒于成本控制和性能需求，建設標準不能過高或過低，其設施必須滿足目前業(yè)務的需要，也必須能夠滿足未來擴展的需求。本架構(gòu)的設計具有非常優(yōu)秀的擴展能力，從底層的核心存儲至上層的應用主機，任何一個環(huán)節(jié)如果出現(xiàn)瓶頸，均可以以增加設備數(shù)量的方式進行容量和性能的擴充，并且整個擴容過程方便快捷，不會影響業(yè)務系統(tǒng)的正常運行。

3.2.2? ?高可靠性

（1）冗余鏈路

冗余鏈路從定義上來講是在多臺交換機組成的網(wǎng)絡環(huán)境中實施的一些備份連接，以提高網(wǎng)絡的健壯性、穩(wěn)定性。在本架構(gòu)中，所有設備依托于兩臺FA-SAN交換機實現(xiàn)冗余鏈路，可避免交換設備單點故障或者單鏈路中斷帶來的影響。

（2）存儲雙活

在以往的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)設計中，針對底層核心存儲采用最多的方案就是存儲鏡像，這種方案最大的不足是設備存在主次之分，在業(yè)務正常運行時，只有主存儲在線提供服務，次存儲僅僅是實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)同步，當主存儲發(fā)生故障時，次存儲并不能實時接管，唯有停機手動切換數(shù)據(jù)鏈路，這樣整個數(shù)據(jù)中心所有的服務器必須停機，所有的業(yè)務也將中斷。不僅如此，鏈路切換是一個相當復雜的操作，整個過程耗時費力，很多時候還必須依靠第三方支持才能切換成功。

鑒于此，本架構(gòu)在設計中引入了存儲雙活機制，通過兩臺Vplex接管底層的核心存儲，在鏈路實現(xiàn)冗余的同時，兩臺存儲同時在線提供服務，數(shù)據(jù)也可以實時保持同步，當其中一臺存儲發(fā)生故障時，Vplex可實時將其離線并維持其他存儲在線提供服務，這樣可徹底解決傳統(tǒng)存儲設計方案帶來的不足。群集化主機。主機直接承載虛擬服務器的運行，在主機群集化之后，最大的好處是打破了原來單臺主機之間的物理隔閡，所有主機處于同一平臺，主機與主機之間變得透明。

當群集中某臺主機內(nèi)存不足、CPU負載偏高或者IO壓力較大時，群集會提示告警，并自動將此主機上的負載遷移至其他的主機，以實現(xiàn)群集內(nèi)部的資源平衡。

群集監(jiān)控著所有虛擬服務器的活動情況，因此，當其中某一個主機節(jié)點失效時，失效節(jié)點的負載會自動在另一個節(jié)點上重新加載，整個過程雖會發(fā)生業(yè)務中斷，但相比傳統(tǒng)的單節(jié)點失效來說，RTO可完全忽略不計。

數(shù)據(jù)中心的可靠性是業(yè)務連續(xù)性的重要保障，在鏈路冗余、存儲雙活的加持下，頂層的應用主機采用群集資源池的方式，再配合虛擬機VMotion、HA、FT等技術(shù)，架構(gòu)中任何單節(jié)點設備發(fā)生故障時不會影響可最大限度的保障業(yè)務虛擬機的正常運行。

3.2.3? ?高安全性

僅僅在系統(tǒng)可靠性加持下的數(shù)據(jù)安全保障，對企業(yè)數(shù)據(jù)中心來講還遠遠不夠，本架構(gòu)中數(shù)據(jù)備份的設計是非常重要的一環(huán)，是數(shù)據(jù)安全最重要也是最后的一道屏障。當系統(tǒng)或服務器發(fā)生故障無法修復時，備份系統(tǒng)的價值就顯得尤為重要。在服務器虛擬化后，所有業(yè)務服務器的數(shù)據(jù)均被存放到特定格式的數(shù)據(jù)文件中，這為數(shù)據(jù)備份提供了方便。在系統(tǒng)發(fā)生故障時，在優(yōu)秀的備份規(guī)劃下的有效備份數(shù)據(jù)，可以最大限度地降低損失，降低RTO（RecoveryTime Object），基于此，在本架構(gòu)中設計了三種備份方式：

（1）基于數(shù)據(jù)的備份

將數(shù)據(jù)庫服務器中的數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)級別的備份，在恢復時，可進行基于時間軸的數(shù)據(jù)庫表級恢復。這種備份方式主要適用于業(yè)務系統(tǒng)發(fā)生不嚴重的數(shù)據(jù)丟失的情況。

（2）基于文件的磁盤備份

將操作系統(tǒng)內(nèi)指定磁盤的文件進行備份，這種備份方式主要對文件類型服務器，在數(shù)據(jù)丟失時，這種備份方式可提供文件級的數(shù)據(jù)恢復。

（3）基于VMDK的整機備份

在服務器虛擬化后，所有的業(yè)務數(shù)據(jù)及操作系統(tǒng)均存放在VMDK文件中，通過備份所有VMDK及相關(guān)配置文件，可實現(xiàn)虛擬機整機備份，類似于實體服務器的克隆存儲，在操作系統(tǒng)發(fā)生崩潰是可以直接恢復出一臺備份時的虛擬機。

3.2.4? ?高效能

本架構(gòu)可實現(xiàn)一個經(jīng)濟實用、簡潔高效的運行平臺，一方面公司不再需要采購新的服務器、存儲、網(wǎng)絡設備甚至部分專業(yè)軟件，成本得到降低;另一方面通過整合了資源，在提升了服務器使用效率的同時，大幅精簡了傳統(tǒng)“煙囪”架構(gòu)的服務器，絕大部分服務器被下架，機房的設備機柜“空”了、噪音小了、耗電降低了，大幅精簡了保障、運維成本;再則，實施虛擬化前，部署一個新業(yè)務系統(tǒng)，從采購審批到部署完成至少需要10天的時間，實施虛擬化后，為一個新業(yè)務系統(tǒng)部署服務器、數(shù)據(jù)庫實例、中間件容器等軟、硬件信息資源，只需要20分鐘左右，效率得到革命性的提升。

4? ? ? 總? ? 結(jié)

本架構(gòu)充分發(fā)揮了虛擬化技術(shù)的特性，構(gòu)建了統(tǒng)一的應用服務資源部署平臺，徹底解決了在傳統(tǒng)的“煙囪”型架構(gòu)中，一套應用系統(tǒng)一套設備，投入巨大的同時利用率低，大量設備正常運行所需的保障、運維成本隨著時間的推移逐年增長的困境，在保障數(shù)據(jù)安全、提質(zhì)增效的同時，還能實現(xiàn)一次投入、高效利用、按需擴充。

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