李永紅 周 娜 房曉亮 吳 晨
1)山東省地震局,濟(jì)南 250014
2)中國地震臺網(wǎng)中心,北京 100045
虛擬化,包括網(wǎng)絡(luò)、安全、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用(應(yīng)用程序、虛擬桌面)等,是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的方向。本文圍繞“十一五”山東區(qū)域數(shù)據(jù)中心虛擬主機(jī)服務(wù)的建設(shè)需求,總結(jié)了服務(wù)器虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、存在的缺點(diǎn)與不足,旨在為服務(wù)器虛擬化的建設(shè)提供借鑒與指導(dǎo)。
地震系統(tǒng)“十五”項(xiàng)目建設(shè)完成后,山東地震區(qū)域數(shù)據(jù)中心部署了近 60臺服務(wù)器,其中在公共信息服務(wù)方面的服務(wù)器近20臺(表1),主要承載網(wǎng)站、內(nèi)部辦公、郵件、DNS、FTP、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理等應(yīng)用支撐。
表1 區(qū)域中心服務(wù)器應(yīng)用情況一覽表Table 1 List of regional application center server
續(xù)表
從表1可以看出,每個應(yīng)用獨(dú)占1臺物理服務(wù)器,系統(tǒng)在日常運(yùn)行的過程中主要存在以下問題:
(1)服務(wù)器資源利用率較低。9臺服務(wù)器CPU利用率低于1%,7臺服務(wù)器CPU利用率在1%—3%之間,2臺服務(wù)器CPU利用率在40%以上;14臺機(jī)器的內(nèi)存利用率在10%以下。
(2)能耗大,日常運(yùn)行成本高。若每臺服務(wù)器按照500W的耗電量計(jì)算,日耗電量約240度,按照每度電0.6元計(jì)算,年運(yùn)行電費(fèi)約5.256萬元,還不包括機(jī)房空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn),冷卻服務(wù)器所產(chǎn)生的熱量所需的用電消耗。
(3)占用機(jī)房空間、網(wǎng)絡(luò)資源多。20臺服務(wù)器占據(jù)了3個42U的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)柜,占用了40個交換機(jī)端口。
(4)應(yīng)用系統(tǒng)存在單點(diǎn)故障,業(yè)務(wù)連續(xù)性差。目前,各種應(yīng)用單機(jī)部署、單機(jī)運(yùn)行,一旦出現(xiàn)單個物理服務(wù)器故障,服務(wù)器所承載的業(yè)務(wù)必定造成中斷。
隨著山東省防震減災(zāi)各項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息化建設(shè)的需求不斷增加以及現(xiàn)有服務(wù)器設(shè)備的逐漸老化(一般服務(wù)器等電子元器件設(shè)備的生命周期為5年),“十一五”期間山東省地震局按照“資源整合、統(tǒng)籌規(guī)劃”的建設(shè)思路,對區(qū)域中心服務(wù)器方面的建設(shè)需求進(jìn)行了梳理,設(shè)計(jì)了區(qū)域中心服務(wù)器虛擬化建設(shè)方案,以支撐專業(yè)應(yīng)用和公共信息服務(wù)系統(tǒng)。
虛擬化是采用硬件和軟件的分區(qū)、分時、部分或者全部的設(shè)備模擬、仿真、服務(wù)質(zhì)量保障(QoS)等一種或多種技術(shù),將計(jì)算機(jī)資源分割成多個可執(zhí)行環(huán)境的框架或方法(Amit Singh,2004)。虛擬化是一個抽象層,它將物理硬件與操作系統(tǒng)分開,從而提供更高的 IT 資源利用率和靈活性。目前有多家公司或開源項(xiàng)目,如VMware、Xen(Citrix/其他基于Xen的產(chǎn)品)、Parallels(Virtuozzo)、Microsoft(Hyper-V)等(表 2),提供服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品或技術(shù)服務(wù)(李建軍,2008)。
表2 主要的虛擬化技術(shù)廠商(項(xiàng)目)Table 2 Leading virtualization technology suppliers
VMware公司于1999年將虛擬化技術(shù)首次引入x86計(jì)算平臺,VMware Infrastructure 是將操作系統(tǒng)從運(yùn)行它的底層硬件(包括處理器、內(nèi)存、磁盤以及網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備,轉(zhuǎn)換到一個邏輯的運(yùn)算資源池)中抽離出來,操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序被隔離到安全、可移動的虛擬機(jī)中。虛擬機(jī)可以在資源池中的任一物理服務(wù)器上根據(jù)需求和優(yōu)先級,動態(tài)地分配資源,無需宕機(jī)便可在服務(wù)器之間無縫地轉(zhuǎn)移。從而實(shí)現(xiàn) IT 資源的優(yōu)化,確保虛擬主機(jī)的高可用性和安全性、提高硬件資源的使用效率,滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。
Xen是一個Open Source的項(xiàng)目,提供了一個強(qiáng)大的hypervisor。支持x86、x86_64、IA64、PowerPC和其他的CPU架構(gòu),支持Windows、Linux、Solaris和其他多種版本的BSD多種操作系統(tǒng)。近幾年來,作為最優(yōu)秀的開源虛擬化軟件,Xen收到了廣泛的關(guān)注,先后受到Red Hat、SUSE等Linux領(lǐng)袖乃至IBM和微軟等業(yè)界巨頭的青睞。
2007年8月Citrix收購XenSource,推出Xen Server。Novell的SUSE Linux Enterprise Server 10是基于Xen的第一個帶有集成式虛擬化技術(shù)的操作系統(tǒng)產(chǎn)品。Red Hat Enterprise Linux 5在2006年底也提供集成的XenSource技術(shù)。2007年11月,Oracle也推出了基于Xen的虛擬化產(chǎn)品Oracle VM。
Virtuozzo是一款成熟、唯一主要用于生產(chǎn)型服務(wù)器的虛擬化軟件產(chǎn)品,旨在采用先進(jìn)的虛擬化技術(shù)最大化利用服務(wù)器資源,在單個物理服務(wù)器上創(chuàng)建多臺完全隔離的虛擬環(huán)境(VE運(yùn)轉(zhuǎn)與獨(dú)立服務(wù)器完全一樣),實(shí)現(xiàn)了硬件、許可證的共享,支持分布式計(jì)算平臺資源的彈性、有效管理。Virtuozzo虛擬化技術(shù)在提高資源利用率的同時,還大大降低了軟件和管理成本(PConline,2011)。
Hyper-V是微軟最新推出的服務(wù)器虛擬化解決方案,微軟具有全面的從數(shù)據(jù)中心到桌面虛擬化的產(chǎn)品,桌面有Virtual PC,服務(wù)器有Virtual Server。Hyper-V和Virtual Server雖同為服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品,但Hyper-V采用了類似VMware、Xen那樣的具有hypervisor的架構(gòu),相比Virtual Server有了突破性的進(jìn)展。
本文的服務(wù)器虛擬化實(shí)施主要是采用VMware公司的完全虛擬化技術(shù)(表3),并開展了Citrix虛擬化測試器虛擬化技術(shù)應(yīng)用測試(表4)。
表3 基于vmware服務(wù)器虛擬化技術(shù)設(shè)備配置一覽表Table 3 List of equipment configuration based on VMware Server virtualization technology
采用4臺浪潮NF5280M2服務(wù)器構(gòu)建硬件平臺,使用高性能的Emc AX4-5i0磁盤陣列作為iSCSI架構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲,分配8T的存儲空間為服務(wù)器虛擬化提數(shù)據(jù)存儲,虛擬化軟件采用vSphere 4.1。
采用2臺IBM服務(wù)器以及“XenServer6.0、XenApp6.0、XenDesktop5”等Ctrix虛擬化產(chǎn)品,進(jìn)行了物理服務(wù)器虛擬化、虛擬主機(jī)HA、桌面虛擬化等方面的測試。
通過應(yīng)用虛擬化技術(shù),較好地解決了物理服務(wù)器資源利用率低、維護(hù)困難、部署較慢等問題,降低了運(yùn)行維護(hù)成本。
(1)節(jié)約資源
4臺物理服務(wù)器虛擬化后,替代了區(qū)域中心原有20臺服務(wù)器支撐的業(yè)務(wù),節(jié)約了機(jī)房空間資源(72U減少為8U)、網(wǎng)絡(luò)資源(原40個網(wǎng)路接口,現(xiàn)12個),降低了能耗(服務(wù)器耗電量從8.3KVA降低到2.3KVA)。
(2)提升安全
通過虛擬主機(jī)的HA等功能,保證虛擬服務(wù)器連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行;虛擬主機(jī)服務(wù)的數(shù)據(jù)存儲在EMC存儲系統(tǒng)上,增加虛擬主機(jī)文件和數(shù)據(jù)的安全。陣列的硬盤可靠性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通服務(wù)器硬盤,同時其良好的硬盤檢測與故障處理功能,可大大降低因硬盤原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)丟失。
(3)提高效率
通過虛擬主機(jī)的導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能,簡化操作系統(tǒng)的部署與恢復(fù),提高了系統(tǒng)恢復(fù)時間。通過桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化,簡化了客戶端應(yīng)用部署,增加了用戶數(shù)據(jù)的安全性。
(4)存在的不足
一方面,虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多臺物理服務(wù)器資源整合,而虛擬化技術(shù)不能將一個應(yīng)用分布運(yùn)行在多臺物理硬件上。另一方面,對于某些特殊要求的應(yīng)用系統(tǒng),虛擬主機(jī)服務(wù)不能滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的要求,如測震數(shù)據(jù)流存儲Mysql數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
李建軍,2008. 服務(wù)器虛擬化技術(shù). 百度文庫,http://wenku.baidu.com/view/ 0c7b3cfb0242a8956bece45c.html.
Amit Singh, 2004. An Introduction to Virtualization. http://www.kernelthread.com/ publications/ virtualization/.
PConline,2011. Virtuozzo虛擬化軟件安裝與配置指南. http://servers.pconline.com.cn/ skills/0711/1155124.html