[摘 要]高校數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)和系統(tǒng)升級(jí)總是要求IT基礎(chǔ)設(shè)施不斷擴(kuò)展，在陸續(xù)增加服務(wù)器設(shè)備以支持新應(yīng)用的同時(shí)，也導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心面臨系統(tǒng)管理復(fù)雜、資源利用率低、靈活性和可靠性降低等問(wèn)題。利用虛擬化技術(shù)可將多種應(yīng)用進(jìn)行整合，“按需規(guī)劃”數(shù)據(jù)中心的虛擬化環(huán)境，不僅可以提高服務(wù)器的使用效率，降低運(yùn)行成本，而且可以簡(jiǎn)化服務(wù)器管理模式，提高數(shù)據(jù)中心的管理與服務(wù)保障水平。

[關(guān)鍵詞]VMware;數(shù)據(jù)中心;虛擬化

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.16.021

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194(2009)16-0065-02

1 問(wèn)題的提出

信息技術(shù)的高速發(fā)展，使得高校信息化建設(shè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)大部分高校均已部署了一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，初步建立了網(wǎng)絡(luò)辦公、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)通信、綜合教務(wù)、科研信息、設(shè)備資產(chǎn)和綜合信息服務(wù)等應(yīng)用管理系統(tǒng)。高校的信息化建設(shè)水平，對(duì)教學(xué)質(zhì)量和科研質(zhì)量的影響越來(lái)越大。

但伴隨著高校網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴(kuò)大和應(yīng)用的增多，高校數(shù)據(jù)中心在管理上也暴露出很多的局限和困惑。例如，服務(wù)器和存儲(chǔ)的數(shù)量越來(lái)越大，多數(shù)應(yīng)用對(duì)應(yīng)著一臺(tái)物理服務(wù)器，有相當(dāng)部分應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行負(fù)荷較輕，沒(méi)有得到充分利用。高校數(shù)據(jù)中心在管理和維護(hù)大量服務(wù)器時(shí)，面臨系統(tǒng)管理復(fù)雜、資源利用率低、安全控制與數(shù)據(jù)備份困難等問(wèn)題。如何解決上述問(wèn)題成為高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運(yùn)行管理中重點(diǎn)考慮的因素。將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，可較好地解決當(dāng)前數(shù)據(jù)中心面臨的一系列問(wèn)題。

2 當(dāng)前高校數(shù)據(jù)中心管理現(xiàn)狀

(1)維護(hù)量增大，管理水平偏低

快速增長(zhǎng)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)目不斷上升，機(jī)房中堆滿了不同時(shí)期采購(gòu)的不同的基礎(chǔ)設(shè)施。系統(tǒng)狀況越來(lái)越復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一自動(dòng)化管理。目前主要以手工管理為主，維護(hù)的工作量逐步加大。

(2)故障率偏高，服務(wù)保障水平較低

由于缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，各種應(yīng)用大都采用獨(dú)立服務(wù)器的方式進(jìn)行部署，故障點(diǎn)比較多，一旦服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用癱瘓。管理員疲于安裝服務(wù)器應(yīng)用平臺(tái)、更換硬件、系統(tǒng)升級(jí)、病毒查殺、系統(tǒng)漏洞掃描等這些維護(hù)操作，并且硬件設(shè)備的多樣性導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間。較低的服務(wù)保障水平嚴(yán)重影響了學(xué)校教學(xué)、科研工作的正常開(kāi)展。

(3)資源分配不合理，利用率較低

由于資源利用率不高，使得快速發(fā)展的高校數(shù)字化校園的網(wǎng)絡(luò)資源十分緊張。各種應(yīng)用如教學(xué)課件、教務(wù)系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、科技管理系統(tǒng)、后勤管理系統(tǒng)、各種開(kāi)發(fā)環(huán)境下的部門(mén)網(wǎng)站、各種基本的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用等均對(duì)現(xiàn)有硬件資源產(chǎn)生了巨大的壓力。但同時(shí)很多獨(dú)立服務(wù)器的利用率不高，平均在20%左右。為避免沖突，這些利用率很低的獨(dú)立服務(wù)器又無(wú)法投入到其他應(yīng)用，造成資源閑置浪費(fèi)，不僅占據(jù)了機(jī)房空間，而且增加了電力供應(yīng)和制冷的能源消耗。

(4)安全控制與數(shù)據(jù)備份困難

應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，不同的硬件平臺(tái)與操作系統(tǒng)給系統(tǒng)備份與快速恢復(fù)帶來(lái)了困難。管理員難以對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)備份，不能快速恢復(fù)軟件系統(tǒng)。

3 基于VMware的數(shù)據(jù)中心虛擬化管理

3.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化是一種從邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，是物理實(shí)際的邏輯抽象。一臺(tái)計(jì)算機(jī)，使用虛擬技術(shù)，可以看做是多臺(tái)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)都有其各自的

CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)等物理資源。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軟件跟硬件的分離，讓資源的使用方式更具效率。用戶不需要考慮后臺(tái)的具體硬件實(shí)現(xiàn)，而只需在虛擬層環(huán)境上運(yùn)行自己的系統(tǒng)和軟件，而這些系統(tǒng)和軟件在運(yùn)行時(shí)，也似乎跟后臺(tái)的物理平臺(tái)無(wú)關(guān)。

3.2 虛擬化軟件平臺(tái)

目前成熟的數(shù)據(jù)中心虛擬化方案有VMWARE公司的VMware Infrastructure 3，它主要由ESX Server和Virtual Center以及Vmware Infrastructure Client三個(gè)部分組成。

VMware ESX Server直接構(gòu)建于硬件層之上，它將處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)和一些I/O設(shè)備資源抽象到多個(gè)虛擬機(jī)中。這些虛擬機(jī)之間相對(duì)獨(dú)立，各自擁有虛擬的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、網(wǎng)卡等資源，每個(gè)虛擬機(jī)再在這些抽象的資源上運(yùn)行自己不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。支持Windows、Linux、Netware、Solairs等32位與64位的操作系統(tǒng)。VMware ESX Server是目前校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心這類(lèi)中型虛擬化應(yīng)用的最佳軟件平臺(tái)。

3.3 虛擬化管理特點(diǎn)

(1)改善資源分配，提高資源利用率

利用虛擬化技術(shù)，數(shù)據(jù)中心可以按照不同業(yè)務(wù)所需資源的不同，動(dòng)態(tài)地對(duì)物理服務(wù)器進(jìn)行虛擬分區(qū)，提供最合適的虛擬環(huán)境，極大地提高了每臺(tái)服務(wù)器的利用率，也使得資源分配更加合理。VMware VMotion 還能使群集內(nèi)的虛擬機(jī)與主機(jī)之間的映射進(jìn)行自動(dòng)的和不間斷的優(yōu)化，以最大程度地提高硬件的利用率、靈活度和可用性。

(2)資源整合管理，提高服務(wù)保障水平

服務(wù)器整合改變了基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜的現(xiàn)狀，管理人員可對(duì)多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行集中管理。VMware Server提供了基于IP地址的虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理功能，系統(tǒng)管理員可在任何地方通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行BIOS級(jí)管理與監(jiān)控。通過(guò)直觀的Web管理界面管理員可遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)重啟動(dòng)每個(gè)虛擬機(jī)，觀察宿主機(jī)與每個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，CPU、內(nèi)存等使用情況，完成新建、導(dǎo)入虛擬機(jī)，改變虛擬機(jī)的硬件配置，調(diào)整虛擬機(jī)的BIOS參數(shù)，對(duì)運(yùn)行中的虛擬機(jī)進(jìn)行軟件安裝與調(diào)試等工作。靈活的集中管理模式使管理員從簡(jiǎn)單機(jī)械的重復(fù)操作中解脫出來(lái)，極大地降低了管理工作量。

(3)降低單點(diǎn)故障，增強(qiáng)系統(tǒng)可移植性

服務(wù)器合并后，減少了需要管理的物理服務(wù)器數(shù)量，降低了單點(diǎn)故障率。VMware VMotion可以在服務(wù)器需要維護(hù)升級(jí)時(shí)動(dòng)態(tài)將虛擬機(jī)遷移到其他的物理服務(wù)器。虛擬機(jī)的實(shí)時(shí)遷移可以使數(shù)據(jù)中心在執(zhí)行硬件維護(hù)時(shí)無(wú)需調(diào)配停機(jī)時(shí)間及中斷業(yè)務(wù)操作，做到了停物理硬件、不停應(yīng)用。當(dāng)服務(wù)器恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)又會(huì)將部分虛擬機(jī)遷移回來(lái)，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，確保所有應(yīng)用服務(wù)全天候正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高了服務(wù)保障水平。

(4)節(jié)約能源，減少運(yùn)行成本

網(wǎng)絡(luò)機(jī)房一直是學(xué)校的用電大戶，運(yùn)用虛擬化技術(shù)將多種業(yè)務(wù)整合到一臺(tái)物理服務(wù)器上后，降低了電力供應(yīng)和制冷的能源消耗，為學(xué)校節(jié)約大量的用電費(fèi)用。

4 虛擬化管理的實(shí)施建議

數(shù)據(jù)中心實(shí)施虛擬化技術(shù)，需要充分考慮以下幾方面因素:

(1)統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施

在實(shí)施虛擬化過(guò)程中， 需要對(duì)高?，F(xiàn)有資源及資源的使用狀態(tài)進(jìn)行充分調(diào)研與論證，要根據(jù)高校數(shù)據(jù)中心的資源狀況，制訂系統(tǒng)的實(shí)施規(guī)劃，確定納入虛擬化管理的教學(xué)資源， 要根據(jù)系統(tǒng)資源的不同應(yīng)用類(lèi)型，制定相應(yīng)的虛擬化策略及資源調(diào)度策略。

①分析各應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的需求。將一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)遷移到虛擬機(jī)中，需評(píng)估應(yīng)用對(duì)CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備的需求。

②擬整合的物理服務(wù)器數(shù)量。需要平衡整合服務(wù)數(shù)量與宿主機(jī)硬件性價(jià)比之間的關(guān)系。

③虛擬機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)類(lèi)型。分析是否需要多種操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行。

④采用何種虛擬化技術(shù)以及虛擬機(jī)實(shí)施的軟件費(fèi)用。

(2)避免盲目強(qiáng)行虛擬化

哪些應(yīng)用需要虛擬化要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)分析。一是高性能計(jì)算就不適合采用虛擬化技術(shù)，因?yàn)楦咝阅苡?jì)算會(huì)將處理器當(dāng)中的每一份潛力都?jí)赫ジ蓛?，其CPU利用率非常高。二是視頻服務(wù)這類(lèi)連續(xù)占用計(jì)算機(jī)資源的應(yīng)用并不適合遷移到虛擬機(jī)中。三是大負(fù)載應(yīng)用需要占用大量的I/O和內(nèi)存資源，一般也不適合同其他應(yīng)用程序共享服務(wù)器硬件。四是對(duì)于重要的應(yīng)用，仍然可以通過(guò)雙機(jī)備份的形式來(lái)保障應(yīng)用的可靠性。

(3)技術(shù)與管理并重

在實(shí)施虛擬化管理過(guò)程中，既涉及如何將物理資源虛擬化的問(wèn)題，又涉及管理虛擬環(huán)境的問(wèn)題，這是虛擬化管理的兩個(gè)支撐點(diǎn)。從技術(shù)角度而言，資源虛擬化的技術(shù)方案要具體，從管理角度考慮，虛擬化管理更要規(guī)范。因此，在高校數(shù)據(jù)中心中，既要重視物理環(huán)境的管理，更要重視虛擬環(huán)境的管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

21世紀(jì)是信息爆炸的時(shí)代，高校對(duì)數(shù)據(jù)中心的管理有了更高的要求。對(duì)數(shù)據(jù)中心而言，虛擬化的魅力正在不斷展現(xiàn)，從發(fā)展趨勢(shì)看，高校數(shù)據(jù)中心應(yīng)該向更加智能、更加節(jié)能的方向發(fā)展。所謂更加智能，就是要應(yīng)用多種自動(dòng)化的管理方案，提升數(shù)據(jù)中心的管理能力，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)中心的管理。而所謂更加節(jié)能，就是應(yīng)用一些新的技術(shù)，采用諸如虛擬化技術(shù)和產(chǎn)品來(lái)整合傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，以便降低數(shù)據(jù)中心的能耗。

主要參考文獻(xiàn)

[1] 陳桂林，邱克，李藝.基于網(wǎng)絡(luò)的高校資源虛擬化管理探討[J]. 中國(guó)高教研究，2008(7).

[2] 何禹，胡宇鴻，王一波.虛擬化技術(shù)在校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用[J]. 電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(12).

[3] 魯松.計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.