【摘要】 服務(wù)器虛擬化為世界各地的數(shù)據(jù)中心解決了很多問題，但同時它也向數(shù)據(jù)中心提出了挑戰(zhàn)。有限的可擴(kuò)展性和過于復(fù)雜的管理框架增加了數(shù)據(jù)中心成本，同時降低了業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)能力。思科統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)通過新一代數(shù)據(jù)中心平臺解決了上述問題，此平臺將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲管理和虛擬化功能統(tǒng)一到一個綜合系統(tǒng)中，進(jìn)行集中管理，簡化了當(dāng)今數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)部署的方式，使IT管理者的工作重心從繁瑣、耗時的維護(hù)工作中解脫出來。本文通過統(tǒng)一計(jì)算平臺特點(diǎn)的介紹及具體的部署案例對思科統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，為數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)者提供參考。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)中心 虛擬化 思科統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng) 統(tǒng)一管理

近年來，全球大部分IT部門已從數(shù)據(jù)中心和基礎(chǔ)設(shè)施整合演進(jìn)到了虛擬化，利用虛擬化技術(shù)整合現(xiàn)有零散資源為可擴(kuò)展的動態(tài)資源，以網(wǎng)絡(luò)為載體提供硬件基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)行平臺、業(yè)務(wù)功能軟件等形式的自動化服務(wù)[1-3]。盡管虛擬化技術(shù)得到了廣泛采用，但數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本仍然有繼續(xù)增長之勢，有限的可擴(kuò)展性和過于復(fù)雜的管理框架增加了數(shù)據(jù)中心成本，同時降低了業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)能力。大量的能耗使得像Google、Microsoft和Facebook這樣IT公司每年的電費(fèi)高達(dá)幾百萬美元，隨著數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，機(jī)房空間、服務(wù)管理、能耗更是呈持續(xù)快速增長的趨勢[4-8]。思科推出的統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)整合了數(shù)據(jù)中心資源，擴(kuò)展服務(wù)交付范圍，并從根本上減少需要設(shè)置、管理、供電/冷卻和連接方面的設(shè)備數(shù)量。本文從統(tǒng)一計(jì)算平臺特點(diǎn)及具體部署案例兩方面闡述思科統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)中的應(yīng)用。

一、統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)概述

統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)簡化了服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)部署的方式。它將交換資源集中在一起，通過消除刀片機(jī)箱內(nèi)部的交換，減少了網(wǎng)絡(luò)接入層分段。該架構(gòu)采用了統(tǒng)一陣列，在一個聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)施上傳輸局域網(wǎng)、存儲和高性能計(jì)算流量，這一方法能夠整合或完全消除多個服務(wù)器適配器、機(jī)箱交換機(jī)、線纜及其它外圍基礎(chǔ)設(shè)施。這種簡化相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，可將支持基礎(chǔ)設(shè)施所需的電源、空調(diào)、管理成本和安全設(shè)備減少將近一半，同時利用簡化和嵌入的管理功能，數(shù)據(jù)中心管理員可以在一個作為統(tǒng)一計(jì)算中樞系統(tǒng)的統(tǒng)一管理域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)集中管理[9-12]。

下面列舉了UCS所組成的數(shù)據(jù)中心的一些主要特點(diǎn)：

1.1業(yè)務(wù)快速部署和業(yè)務(wù)高可用性

通過服務(wù)配置文件，將業(yè)務(wù)對計(jì)算資源的需求抽象出來，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速部署和計(jì)算資源的靈活調(diào)度。同時，通過服務(wù)配置文件故障倒換和Fabric故障倒換機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的高可用性，大大縮短故障發(fā)生時，業(yè)務(wù)的不可用時間。

1.2統(tǒng)一矩陣Unified Fabric

將服務(wù)器的所有網(wǎng)絡(luò)流量通過統(tǒng)一的fabric interconnects 傳輸，進(jìn)行統(tǒng)一處理和管理，大大減少了網(wǎng)絡(luò)適配器，刀片服務(wù)器交換設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)布線[13]。

1.3內(nèi)置統(tǒng)一管理

統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)置在fabric interconnects中，對UCS的所有元素作為一個整體系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。 UCS 管理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的各個方面，以及服務(wù)屬性文件的操作。服務(wù)屬性文件描述服務(wù)器的抽象狀態(tài)。這種統(tǒng)一管理的方法避免了多個元素管理系統(tǒng)單獨(dú)管理各自的系統(tǒng)成份。此外，UCS 管理器還提供基于角色的管理方式，以滿足 IT 管理員在統(tǒng)一集成的管理環(huán)境中，能進(jìn)行各自責(zé)任區(qū)域的策略配置和操作。由于沒有了傳統(tǒng)的人工協(xié)調(diào)和交互，現(xiàn)在可以同時部署、預(yù)置多個工作流，IT維護(hù)人員無需通過數(shù)小時或數(shù)天繁瑣、耗時且易于出錯的人工配置[14-16]。

1.4思科的擴(kuò)展內(nèi)存專有技術(shù)

與傳統(tǒng)的2-socket 服務(wù)器相比，思科的擴(kuò)展內(nèi)存專有技術(shù)能提供兩倍的最大內(nèi)存 （1TB） ，極大地提高了服務(wù)器性能和容量，以滿足虛擬化和大數(shù)據(jù)負(fù)載的需要。

1.5 VN Link 虛擬化支持/虛擬適配器

虛擬機(jī)的虛擬鏈路同樣能像物理鏈路一樣管理。這些虛擬鏈路能被統(tǒng)一配置和管理，免除了傳統(tǒng)系統(tǒng)管理虛擬系統(tǒng)鏈路的復(fù)雜性。

1.6能效提高

UCS 的卓越設(shè)計(jì)減少了系統(tǒng)成份數(shù)量，與傳統(tǒng)的刀片服務(wù)器環(huán)境相比，電能需求及機(jī)房空調(diào)能耗減少百分之五十以上，貢獻(xiàn)一個綠色數(shù)據(jù)中心。

1.7 FCoE

UCS 6200系列和Nexus系列實(shí)現(xiàn)了Fiber Channel流量在 10G 以太網(wǎng)中傳輸，整合 I/O 到同一條線纜，減少了適配器，線纜和端口數(shù)量。單個網(wǎng)卡及單根連線就能將服務(wù)器同時聯(lián)向以太網(wǎng)和 Fiber Channel 網(wǎng)絡(luò)，布線簡化。

二、統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)初始化配置

接下來以2臺UCS6248互聯(lián)陣列、2臺UCS5108刀片服務(wù)器機(jī)箱、16個UCSB200 M3刀片服務(wù)器、2臺Nexus5548核心交換機(jī)為例介紹思科統(tǒng)一計(jì)算平臺的設(shè)備硬件安裝及初始化配置。刀片機(jī)箱和互聯(lián)矩陣UCS6248的連接示意圖如下，使用 UCS6248中的第1、2、3、4、5、6、7、8端口與刀片服務(wù)器機(jī)框相連，使用第9、10、11、12端口與核心交換機(jī)Nexus5548相連。

將2臺 UCS6248 的L1端口連接，然后將L2端口連接，將串口線接入U(xiǎn)CS6248的consol口，另一頭接入電腦的串口。在筆記本上打開超級終端，然后開啟第一臺UCS6248，準(zhǔn)備開始配置。

請準(zhǔn)備好以下參數(shù)：UCS6248-A的管理地址、UCS6248-B的管理地址、cluster的地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址、系統(tǒng)名稱、管理員密碼、DNS地址（可選）、系統(tǒng)的域名（可選），下文中用到的規(guī)劃地址如下表所示：

2.1 初始化互聯(lián)陣列UCS6248

照A的方式完成FI-B命令行的IP地址設(shè)置，在進(jìn)入圖形界面后選擇Initial Setup并Submit后，F(xiàn)abric B會探測到已在A上所做設(shè)置，輸入管理 fabric B 的管理 IP 地址，這樣，F(xiàn)abric Interconnect B 也配置完成，我們可以使用瀏覽器登錄 cluster 的管理 IP 地址對 UCS 進(jìn)行管理配置了。這樣我們就完成了對UCS系統(tǒng)的初始化配置。

2.2 UCS6248基本配置

在進(jìn)行UCS系統(tǒng)配置時，我們首先要先對UCS6248進(jìn)行配置，在地址欄輸入https：//11.5.1.1（UCS系統(tǒng)管理地址），登陸UCS Manager管理界面。啟動java虛擬機(jī)，彈出UCS Manager登陸框，輸入用戶名和密碼，進(jìn)入U(xiǎn)CS Manager管理界面。

首先配置UCS互聯(lián)矩陣上的互聯(lián)端口。在左測工具欄選擇Equipment——Fabric Interconnescts——Fabric Interconnesct A（互聯(lián)矩陣A）——Fixed Module（固話接口）——Unconfigured Ethernet Ports（未配置的端口），如圖2所示。

我們將為未配置的端口定義為服務(wù)端口Server port（用來連接刀片服務(wù)器機(jī)框的）、以太網(wǎng)上聯(lián)端口Uplink port（用來連接核心交換機(jī)Nexus5548的）。將鏈接刀片機(jī)框的端口配置為Server port（服務(wù)端口）。將上聯(lián)核心交換的端口配置配置為Uplink port。由于2臺6248分別采用2條雙鏈路上聯(lián)核心交換機(jī)，因而需要將2個上聯(lián)端口配置成port-channel。在左側(cè)工具欄根目錄選擇LAN——LAN Cloud——Fabric A——port-channel。右鍵選擇Create port channel來創(chuàng)建port-channel接口。配置port-channel ID和名稱，選擇下一步。為port-channel端口添加物理端口，然后選擇完成。

這樣port-channel配置就完成了。進(jìn)入port-channel端口，可以查看端口狀態(tài)。這樣我們就配置完成了第1臺交換矩陣Fabric A，依據(jù)上述的配置過程配置第2臺交換矩陣Fabric B。這樣對于控制器的端口配置就結(jié)束了，連接好線纜就可以開始配置UCS了。

2.3系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)定義

本次每個刀片機(jī)框交換機(jī)使用4條10GB FCoE鏈路，因而我們這里要配置機(jī)框連接6248的鏈路模式。在Equipment根目錄下，Equipment——Glbbal Policies——Policies，選擇為4 Link，port channel模式。

如果要管理每臺刀片服務(wù)器需要為刀片服務(wù)器配置硬件管理IP地址，左側(cè)工具欄選擇Admin，然后在進(jìn)入Admin——ALL——Communication Management——Management IP Pool，選擇Create Block of IP Addressess來創(chuàng)建管理IP地址池。配置管理地址池，配置起始IP地址，IP地址池大小，子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)。然后系統(tǒng)將會從IP地址池中分配地址給每個物理的刀片服務(wù)器。然后我們來配置主機(jī)ID號，用來識別每一臺物理服務(wù)器。進(jìn)入左側(cè)工具欄Servers——Pools——root——UUID Suffix Pool，右鍵選擇Create UUID Suffix Pool來創(chuàng)建UUID池。填寫UUID池名稱和描述，選擇下一步。選擇Add，添加UUID到UUID池中。選擇起始UUID值，選擇UUID池大小，然后選擇OK，完成UUID池的創(chuàng)建。然后我們創(chuàng)建虛擬網(wǎng)卡的MAC地址池，在左側(cè)工具欄LAN根目錄下進(jìn)入LAN——Pools——MAC Pools，右鍵選擇Create MAC Pool。填寫名稱和描述，選擇下一步。點(diǎn)擊Add添加MAC地址。填寫首MAC地址和MAC地址池大小，選擇OK。點(diǎn)擊完成，這樣就完成了MAC地址池的創(chuàng)建。創(chuàng)建了MAC地址池后，我們需要為虛擬vnic卡創(chuàng)建iqn號池，我們首先創(chuàng)建iqn號池，進(jìn)入左側(cè)工具欄lan——Pools——root——iqn Pools，右鍵選擇Create iqn Pool。

2.4 Service Profile定義及關(guān)聯(lián)

在完成了以上UUID，MAC地址池，iqn池的創(chuàng)建以后，我們就可以為服務(wù)器創(chuàng)建配置文件service profile了，為了更加方便的創(chuàng)建服務(wù)器創(chuàng)建配置文件，我們采用模板方式創(chuàng)建，也就是通過創(chuàng)建1個service profile配置文件模板，然后生成多個service profile文件。

第一步：在左側(cè)工具欄中選擇Servers，進(jìn)入Servers——Service profile templates——root，選擇Create Service profile template，來創(chuàng)建service profile模板，如圖3所示。

填寫模板名稱，類型選擇Initial Tenmlpate。然后再UUID中選擇我們已經(jīng)創(chuàng)建好的UUID池“UCS_UUID_Pool”。然后進(jìn)行本地存儲配置，這里選擇Create Local Disk Configuration Policy。創(chuàng)建本地存儲策略。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，選擇Expert模式。點(diǎn)擊Add，添加網(wǎng)卡。填寫網(wǎng)卡名稱，MAC地址采用我們建立好的MAC地址池”UCS_MAC_Pool”，控制器為FabricA，（也可以根據(jù)情況選擇FabricB，也可以選擇Failover模式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡備份）。點(diǎn)擊Create VLANs，創(chuàng)建VLAN，填寫vlan名稱，模式選擇Common/Global（全局模式vlan，，這樣我們創(chuàng)建的VLAN在Fabric A 和 Fabric B上都是生效的。配置VLAN ID，選擇OK，完成vlan創(chuàng)建。已經(jīng)這的方式創(chuàng)建所有我們刀片服務(wù)器和虛擬機(jī)需要的vlan。配置完成后選擇OK，這樣我們就完成了對于網(wǎng)絡(luò)的配置，然后選擇 Next。

第二步：配置服務(wù)器的BOOT（啟動選型），這里我們選擇Creat Boot Policy來配置系統(tǒng)的啟動策略。配置基于網(wǎng)絡(luò)的啟動和基于存儲的啟動iSCSI BOOT。本次項(xiàng)目中我們將VMware的ESXi底層操作系統(tǒng)安裝在NETAPP上，因而我們選擇iscsi boot硬盤啟動. 設(shè)置完成后我們點(diǎn)擊OK ，就完成了對系統(tǒng)啟動的設(shè)置，這里我們看到我們系統(tǒng)的啟動項(xiàng)和啟動順序，點(diǎn)擊Next的進(jìn)入下一步設(shè)置。

第三步：進(jìn)行對系統(tǒng)策略的設(shè)置，這一項(xiàng)我們可以保持默認(rèn)值直接點(diǎn)擊 Next，以后在系統(tǒng)管理中管理員可以根據(jù)一些具體需要設(shè)置系統(tǒng)策略。

第四步：進(jìn)行系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的設(shè)置，這里主要是設(shè)置在系統(tǒng)關(guān)聯(lián)后服務(wù)器硬件是默認(rèn)開機(jī)還是關(guān)機(jī)狀態(tài)，這里我們選擇默認(rèn)開機(jī)狀態(tài)：Admin Up然后進(jìn)入應(yīng)用策略選型，這里我們可以對IPMI進(jìn)行策略設(shè)置，便于未來利用Vcenter實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)電源管理。

最后，在確認(rèn)所有的內(nèi)容之后，選擇 Finish，完成對service profile模板的創(chuàng)建，如圖4所示。系統(tǒng)提示service profile模板創(chuàng)建成功。

然后就可以利用模板來創(chuàng)建service profile文件了，進(jìn)入菜單Servers——Serbices profile Template——root，選擇Creat Service Profiles From Template（通過模板來創(chuàng)建service profile文件）這里我們設(shè)置service profile文件按的名稱，數(shù)量。然后選擇以創(chuàng)建好的模板，點(diǎn)擊ok。根據(jù)我們選擇的數(shù)量就可以看根據(jù)模板自動生成的4個service profile文件。選擇某個service profile文件（例如hndzj-serverprofile1），點(diǎn)擊Change Service Profile Assoication進(jìn)行服務(wù)器關(guān)聯(lián)，這里選擇空余的刀片服務(wù)器進(jìn)行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)完成后，hn-serverprofile1 的狀態(tài)變成OK，這樣對于這臺UCS刀片的配置就完成了。

依據(jù)面的操作完成hn-serverprofile1、hn-serverprofile2和hn-serverprofile3與硬件刀片服務(wù)器設(shè)備的關(guān)聯(lián)，這樣整個UCS系統(tǒng)的硬件配置就完成了。在保證前端網(wǎng)絡(luò)與Nexus5548核心交換機(jī)通信正常，我們就可以開始安裝刀片服務(wù)器上的本地底層操作系統(tǒng)了。2.5安裝操作系統(tǒng)

由于我們的策略配置中默認(rèn)服務(wù)器在關(guān)聯(lián)完成后是默認(rèn)開機(jī)狀態(tài)，這樣我們就可以直接安裝系統(tǒng)了，首先我們以刀片服務(wù)器hn-serverprofile1為例進(jìn)行說明。進(jìn)入hndzj-serverprofile1，點(diǎn)擊KVM Console，我們就可以進(jìn)入U(xiǎn)CS系統(tǒng)自帶的數(shù)字KVM系統(tǒng)了。系統(tǒng)就自動彈出KVM對話框，此界面需要java虛擬機(jī)支持，首次加載需要一會時間。然后在KVM對話框上方工具欄中選擇Virtual Media，采用ISO鏡像文件安裝，選擇Add Image添加鏡像文件。選擇鏡像文件的路徑，鏡像文件事先copy到管理機(jī)上。選擇 Mapped選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊工具欄上方的Reset按鍵，開始重啟服務(wù)器。在接入服務(wù)器啟動界面，根據(jù)提示按下F6鍵，啟動選項(xiàng)，進(jìn)入啟動選型Boot Options，選擇虛擬光驅(qū)啟動。選擇我們已經(jīng)開啟的鏡像文件ESXi-5.0，就可以安裝底層的ESXi操作系統(tǒng)了。在完成hn-service-profile1之后，根據(jù)相同的步驟安裝hn-service-profile2、hn-service-profile3和hn-service-profile4 的底層操作系統(tǒng)。

三、結(jié)語

幾乎所有的IT運(yùn)維人員都知道虛擬化的優(yōu)勢，它可以整合工作負(fù)載、提高設(shè)備利用率以及降低運(yùn)營、投資、空間、能耗等等。虛擬化使應(yīng)用部署與服務(wù)器購買分離開來，但是這一優(yōu)勢和其他虛擬化優(yōu)勢只有在應(yīng)用程序運(yùn)行在一個或多個統(tǒng)一的服務(wù)器資源池時，才能夠最好地發(fā)揮[17]。專為虛擬化環(huán)境而優(yōu)化的思科統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)作為新一代的數(shù)據(jù)中心平臺，在一個緊密結(jié)合的集成構(gòu)架中整合了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、管理、存儲訪問與虛擬化功能，降低總體擁有成本的同時提高業(yè)務(wù)靈活性。雖然要完全實(shí)現(xiàn)這種構(gòu)架的潛能需要一等數(shù)量的UCS投資，但是它的可管理性、可擴(kuò)展性，以及相對的簡易性確實(shí)給目前數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維帶來了一場變革。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 葉可江，吳朝暉，姜曉紅等. 虛擬化云計(jì)算平臺的能耗管理[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2012，35（6）：1262-1285.

[2] 丁養(yǎng)志. 淺析虛擬化技術(shù)在云計(jì)算中的運(yùn)用[J]. 軟件，2014，35（3）：176-177.

[3] 馬占梅. 計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)的分析與應(yīng)用[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2013，19：210

[4]李喬，鄭嘯. 云計(jì)算研究現(xiàn)狀綜述[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2011，38（4）：32-37.

[5] 吳晨，王方建，李永紅等. 虛擬化技術(shù)在地震信息網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用[J]. 地震地磁觀測與研究，2012，33（3）：252：256.

[6] 鄧維， 劉方明， 金海. 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的新能源應(yīng)用：研究現(xiàn)狀與趨勢[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2011，34（1）：76-86.

[7] Deng Wei，Liu Fangming，Jin Hai，Wu Chuan，SmartDPSS.Cost-minimizing multi-source power supply for datacenters with arbitrary demand//Proceedings of the International Conference on Distributed Computing Systems（ICDCS）. Philadelphia，USA，2013：21-35.

[8]Qureshi A.Power-demand routing in massive geo-distributed systems[D]. Massachusetts：Massachusetts Institute of Technology， 2010.

[9]Cook G，Horn J V. How dirty is your data ？ A Look at the Energy Choices That Power Cloud Computing. Greenpeace International Technical Report，April，2011

[10] Jiang C， Li D， Xu M. A coding-based approach to mitigating TCP incast in data center network//Proceedings of the International Conference on Distributed Computing Systems （ICDCS） Workshop on Data Center Performance. Macao， China，202：29-34.

[11] 李丹， 陳貴海， 任豐原， 蔣長林， 徐明偉. 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展與趨勢[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2014，37（2），259-274.

[12] Guo C，Lu G，Wang H，et al.SecondNet：A data center network virtualization architecture with bandwith guarantees//Proceedings Networking Experiments and Technologies （CoNEXT）.Philadelphia，USA，2010.

[13]劉曉茜，楊壽保，郭良敏等. 雪花結(jié)構(gòu)：一種新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2011，34（1）：76-86.

[14] 王劍波. 思科統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)核心技術(shù)研究[J]. 商情，2012，37：219-220.

[15]葛蘇慧，梁宏濤，房正華. 高校共享數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)的構(gòu)架[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014，24（4）：174-177.

[16] 葛蘇慧，梁宏濤，房正華. 高校共享數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)的構(gòu)架[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2014， 24（4）：174-177.

[17] 張熒允. 基于虛擬技術(shù)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)研究[D]. 天津：天津大學(xué)， 2010.