文/陳少涌 李哲夫 陳國良

服務(wù)器虛擬化不只切合當(dāng)前綠色低碳的環(huán)保理念，也是節(jié)約成本、提升效能的利器，更是構(gòu)建高校“云計(jì)算”平臺(tái)的基礎(chǔ)。

信息技術(shù)發(fā)展日新月異，各種新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，為人們提供了豐富的I T解決方案，其中云計(jì)算、虛擬化和IPv6已成為近年來最為熱門的技術(shù)詞匯，同時(shí)也是應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大的理想解決方案。

虛擬化技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)品選擇

暨南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心面向全校提供網(wǎng)絡(luò)和信息化的基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)，除了提供網(wǎng)絡(luò)接入，還通過數(shù)據(jù)中心提供服務(wù)器平臺(tái)和各類應(yīng)用，以滿足學(xué)校以及下屬各教學(xué)、科研和行政機(jī)構(gòu)的信息化需求。

目前數(shù)據(jù)中心已擁有近2 0 0臺(tái)服務(wù)器，類型包括P C機(jī)架式服務(wù)器和小型機(jī)。同時(shí)，還有近4 0 T B的存儲(chǔ)空間，形式有FCSAN、NAS和iSCISISAN等。

在虛擬化產(chǎn)品的選擇方面，主要考慮的因素包括：1）費(fèi)用，包括商業(yè)許可的費(fèi)用等；2）易用性，包括支持遠(yuǎn)程圖形界面、管理維護(hù)便捷等；3）性能，包括全虛擬化還是半虛擬化、硬件性能損失是否嚴(yán)重等；4）高級(jí)特性的支持，包括資源動(dòng)態(tài)調(diào)配、在線遷移、故障恢復(fù)、快速部署、高可用等；5）支持操作系統(tǒng)種類。

近年來，暨南大學(xué)測(cè)試了多款虛擬化產(chǎn)品，通過綜合分析比較，目前重點(diǎn)應(yīng)用的產(chǎn)品包括集中在VMware的ESX和Citrix Xen Server。

VMware ESX的應(yīng)用實(shí)踐

暨南大學(xué)數(shù)據(jù)中心測(cè)試的版本為V Mware ESX 4.0。1.VMware應(yīng)用情況

本次測(cè)試方案為采用的虛擬化平臺(tái)為E S X 4.0，硬件為兩臺(tái)DELL2950服務(wù)器，存儲(chǔ)系統(tǒng)為EMC的CX700；開啟HA和DRS構(gòu)建高可用分布式自動(dòng)調(diào)度資源集群系統(tǒng)，在此集群系統(tǒng)中運(yùn)行了8臺(tái)虛擬機(jī)，如表1所示。

這些應(yīng)用都有共同的特點(diǎn)，CPU使用率不高，內(nèi)存需求較大，IO 使用率不高。通過vCenter Server可對(duì)ESX主機(jī)及其虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)集中管理，并能對(duì)主機(jī)及虛擬機(jī)性能（CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)接口使用情況）進(jìn)行監(jiān)控，圖1顯示了監(jiān)控主機(jī)CPU 性能的情況。

通過網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（如圖2、3、4所示），可以看出該虛擬機(jī)性能良好，利用率顯著提升。

2.E S X應(yīng)用效果分析

通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，虛擬機(jī)的CPU峰值為7 5%，內(nèi)存使用峰值亦是7 5%，虛擬機(jī)系統(tǒng)負(fù)載情況良好，完全滿足應(yīng)用需求，充分利用硬件資源，節(jié)約投資，提高運(yùn)營效益。

在虛擬機(jī)增多時(shí)，E S X的D R S功能能很好地均衡虛擬機(jī)的負(fù)載，在多個(gè)虛擬機(jī)之間智能地分配可用資源。當(dāng)虛擬機(jī)遇到負(fù)載增大時(shí)，DRS將通過在資源池中的物理服務(wù)器之間重新分布虛擬機(jī)來自動(dòng)為其分配更多資源。

E S X使用虛擬機(jī)磁盤 (VMDK) 文件為虛擬機(jī)提供對(duì)自己專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的訪問，使管理員以功能完備、可駐留在共享存儲(chǔ)設(shè)備上的獨(dú)立文件形式靈活地創(chuàng)建、管理和遷移虛擬機(jī)存儲(chǔ)。在出現(xiàn)硬件故障或?yàn)?zāi)難事故時(shí)可快速部署服務(wù)、快速遷移，減少服務(wù)中斷時(shí)間。

在使用EMC的CX700作為存儲(chǔ)系統(tǒng)之前，測(cè)試過使用NFS作為共享存儲(chǔ)服務(wù)，由于NFS的傳輸及性能限制，使得虛擬機(jī)I O讀寫性能低下，影響整體性能。所以當(dāng)使用集群方案時(shí)必須進(jìn)行存儲(chǔ)系統(tǒng)投入，使得運(yùn)營成本有所提高。

XenServer應(yīng)用實(shí)踐

Citrix于2009年6月發(fā)布了免費(fèi)和不限制生產(chǎn)配置版本的企業(yè)級(jí)XenServer5.5平臺(tái)，其核心功能是將一臺(tái)物理服務(wù)器虛擬為多臺(tái)虛擬服務(wù)器。配合管理工具XenCenter和實(shí)時(shí)遷移功能XenMotion，可實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)集中管理、嵌入式存儲(chǔ)和完全實(shí)時(shí)遷移等功能。目前此版本依靠完備的功能和穩(wěn)定的特點(diǎn)，被廣泛使用。

1. XenServer 部署

以XenServer 5.5為虛擬化平臺(tái)，暨南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心投入三臺(tái)Dell2950進(jìn)行虛擬化前期測(cè)試，其配置情況如表2所示。測(cè)試目的是結(jié)合高校應(yīng)用的需求對(duì)XenServer 5.5的功能、性能及管理進(jìn)行分析調(diào)研，并初步解決數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量不足的問題。

XenServer服務(wù)器端的安裝非常簡便，服務(wù)器端主要功能為底層硬件和網(wǎng)絡(luò)的配置，同時(shí)也支持以命令行方式對(duì)虛擬機(jī)的配置管理。

Xen Cen ter是XenServer配置的可視化管理工具,安裝在Windows平臺(tái)下，功能齊全，操作簡便。利用Xen Center，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)XenServer服務(wù)端進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器的增加、管理、備份、刪除和資源調(diào)整等操作，此外還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、性能監(jiān)控、日志查詢等日常管理功能。

圖2 虛擬機(jī)1 CPU一周監(jiān)控圖

圖3 虛擬機(jī)1內(nèi)存一周監(jiān)控圖

圖4 虛擬機(jī)1負(fù)載一周監(jiān)控圖

經(jīng)過近1年的測(cè)試，目前已成功上線安裝近2 0個(gè)虛擬機(jī)，其中一臺(tái)內(nèi)存和硬盤基本飽和，其虛擬機(jī)應(yīng)用及資源分配情況如表3所示。

依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，虛擬機(jī)運(yùn)行均相當(dāng)穩(wěn)定。實(shí)際性能消耗如圖5所示，非高峰時(shí)期，CPU資源的利用率相當(dāng)?shù)停挥?%。在某些虛擬機(jī)負(fù)載達(dá)到最高值時(shí)，其利用率可達(dá)到1 5%左右。而內(nèi)存的總體使用率較高達(dá)到5 5%，在被監(jiān)測(cè)的虛擬機(jī)中，使用率均較高。兩臺(tái)運(yùn)行了TOMCA T的虛擬機(jī)，其負(fù)載均達(dá)到100%，但從虛擬機(jī)內(nèi)部檢測(cè)可確定實(shí)際內(nèi)存仍有5 0%的空閑。另外在實(shí)際管理中，根據(jù)應(yīng)用的負(fù)載情況，需動(dòng)態(tài)分配剩余的內(nèi)存資源，例如虛擬機(jī)8在新生入學(xué)階段會(huì)較為繁忙，就業(yè)平臺(tái)在畢業(yè)階段訪問數(shù)則較多。

2. XenServer虛擬化技術(shù)應(yīng)用效果分析

(1) 應(yīng)用密度得到極大提高，節(jié)約了空間和電力等成本；如果數(shù)據(jù)中心新型服務(wù)器全部使用虛擬化，在能耗基本不提高的情況下，可將數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用密度提高一倍。

(2) 充分發(fā)揮了服務(wù)器性能，節(jié)省機(jī)器購置成本；利用虛擬化技術(shù)對(duì)校內(nèi)提供可靠的云計(jì)算服務(wù)，得到了各單位的高度認(rèn)可和贊譽(yù)。解決了每個(gè)服務(wù)器運(yùn)行一套系統(tǒng)，資源嚴(yán)重浪費(fèi)的問題。

(3) 在管理維護(hù)上，安裝系統(tǒng)方便，利用預(yù)先做好的系統(tǒng)模板，在2 0分鐘內(nèi)即可完成一個(gè)應(yīng)用的部署；在監(jiān)控、遷移和備份上均相當(dāng)方便，可節(jié)省大量人力成本。通過定期備份，并結(jié)合容災(zāi)備份系統(tǒng)，可對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)提供數(shù)個(gè)版本的備份，使數(shù)據(jù)更加安全。

(4) 資源調(diào)配較靈活。依據(jù)應(yīng)用的需要，提前分配好資源，令計(jì)算能力達(dá)到最高值。如心理中心在進(jìn)行心理測(cè)試的階段，可臨時(shí)分配3 G內(nèi)存供其使用。

3. XenServer的局限

XenServer虛擬化技術(shù)帶來了巨大的效益，但在以下方面仍有局限：

(1)雖然XenServer提供了免費(fèi)的版本，但需要反復(fù)申請(qǐng)有效期為1年的使用許可，造成了業(yè)務(wù)上的不確定性，大規(guī)模部署受到限制。

(2)通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，內(nèi)存數(shù)量是各虛擬機(jī)的主要瓶頸，而且XenServer客戶端需損耗1 5%的內(nèi)存，因此以每個(gè)虛擬機(jī)配備2 G內(nèi)存的方式較為妥當(dāng)。目前發(fā)現(xiàn)，XenServer免費(fèi)版限制虛擬CPU的個(gè)數(shù)為8個(gè)，即每臺(tái)物理服務(wù)器最多可虛擬8臺(tái)的虛擬機(jī)，結(jié)合CPU的實(shí)際使用效率，在增加額外內(nèi)存的情況下仍可容納多一倍的虛擬機(jī)。

(3)無法真正動(dòng)態(tài)分配資源，每次分配后需要重新啟動(dòng)相應(yīng)的虛擬機(jī)系統(tǒng)。如果系統(tǒng)資源能實(shí)現(xiàn)共享，則可以最大化利用硬件資源。

表2 Dell 2950服務(wù)器硬件配置情況

表3 虛擬機(jī)資源分配與負(fù)載

圖5 通過XenCenter監(jiān)測(cè)虛擬機(jī)狀態(tài)

總結(jié)及展望

虛擬化技術(shù)在暨南大學(xué)測(cè)試取得一定成果，學(xué)校還將在接下來的時(shí)間里重點(diǎn)針對(duì)開源版本的虛擬化技術(shù)進(jìn)行深入測(cè)試，并通過橫向比較來選取最適合高校應(yīng)用的解決方案，從而推動(dòng)“數(shù)據(jù)中心”虛擬化進(jìn)程，在可不增加投資的情況下，有效解決供需矛盾，提高信息化建設(shè)水平。

同時(shí)，服務(wù)器虛擬化不只切合當(dāng)前綠色低碳的環(huán)保理念，也是節(jié)約成本、提升效能的利器，更是構(gòu)建高?！霸朴?jì)算”平臺(tái)的基礎(chǔ)。相信隨著虛擬化技術(shù)的深入發(fā)展，虛擬化應(yīng)用也將成為數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配和核心技術(shù)之一，為校園信息化平臺(tái)的心臟“數(shù)據(jù)中心”提供動(dòng)力。