摘 要：服務(wù)器虛擬化最基本的功能就是可以在一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，但其真正意義在于將數(shù)據(jù)中心中物理的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等資源進(jìn)行池化，按需分配。因此，服務(wù)器虛擬化可以充分利用服務(wù)器硬件資源，提高數(shù)據(jù)中心計(jì)算能力的利用率，提高信息安全水平，降低數(shù)據(jù)中心維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本。在提倡“節(jié)約能源”、“低碳生活”的今天，服務(wù)器虛擬化在各企業(yè)管理中具有尤為重要的意義。文章詳細(xì)闡述了中石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院服務(wù)器虛擬化實(shí)施的背景、方案、技術(shù)要點(diǎn)及應(yīng)用效果，對(duì)各企業(yè)信息化建設(shè)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：服務(wù)器；虛擬化；云計(jì)算

前言

中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鉆井院）創(chuàng)建于1973年8月，為中國(guó)石化集團(tuán)公司重點(diǎn)研究院，主要承擔(dān)著石油鉆井、石油完井、石油灘海工程新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用、鉆井工程設(shè)計(jì)以及技術(shù)服務(wù)。信息中心存儲(chǔ)著企業(yè)的重要核心數(shù)據(jù)，是鉆井工藝研究院的“數(shù)字銀行”。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在石油鉆井、石油完井、石油灘海工程新工藝、新技術(shù)、新裝備的研發(fā)推廣和技術(shù)服務(wù)等各個(gè)方面積累了大量寶貴的數(shù)據(jù)資料，開(kāi)發(fā)了幾十個(gè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，各種數(shù)據(jù)量大、點(diǎn)多、電子化程度高、種類(lèi)復(fù)雜、數(shù)據(jù)成本高、增長(zhǎng)速度快。這些數(shù)據(jù)資料及應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)鉆井院的建設(shè)和發(fā)展作用巨大。但是鉆井院機(jī)房建設(shè)較早，各個(gè)應(yīng)用都在單個(gè)服務(wù)器上運(yùn)行，不管是應(yīng)用服務(wù)器還是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器都存在單點(diǎn)故障隱患，而且由于硬件老化故障、軟件故障、人為操作、黑客入侵、病毒破壞等各種因素的影響，數(shù)據(jù)安全存在一定隱患，數(shù)據(jù)的完整性和可用性沒(méi)有可靠保證。因此，亟需構(gòu)建一套性能優(yōu)異、功能完善的部署架構(gòu)，利用服務(wù)器虛擬化、數(shù)據(jù)庫(kù)雙機(jī)、SAN存儲(chǔ)等技術(shù)，建設(shè)鉆井院完善的數(shù)據(jù)中心和集成應(yīng)用中心，以最大限度地保證這些寶貴“財(cái)富”的安全。

經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)研得知，VMware數(shù)據(jù)中心解決方案基于業(yè)界領(lǐng)先的虛擬化平臺(tái)構(gòu)建， 通過(guò)簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)創(chuàng)建更動(dòng)態(tài)和靈活的數(shù)據(jù)中心， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心管理，從而提高業(yè)務(wù)敏捷性。其最著名的產(chǎn)品為ESX， 安裝在裸服務(wù)器上的強(qiáng)大Server， 稱(chēng)為vSphere 系列，其中的Vmotion、HA、DRS為建立一個(gè)節(jié)能、高效、安全、自動(dòng)管理、永不停轉(zhuǎn)的現(xiàn)代化數(shù)據(jù)中心提供了技術(shù)支撐。為此，我們選擇了該款產(chǎn)品作為鉆井院服務(wù)器虛擬化建設(shè)的支撐平臺(tái)。

1 系統(tǒng)實(shí)施方案

1.1 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

鉆井院的服務(wù)器及虛擬化建設(shè)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）四臺(tái)HP DL580 G7和一臺(tái)公用存儲(chǔ)利用VMware軟件進(jìn)行虛擬化配置，建設(shè)應(yīng)用服務(wù)管理中心。

（2）兩臺(tái)SUN T5440服務(wù)器和一臺(tái)公用存儲(chǔ)利用SUN Cluster集群軟件作數(shù)據(jù)庫(kù)雙機(jī)，建設(shè)數(shù)據(jù)集中管理中心。

1.2 系統(tǒng)部署拓?fù)鋱D

利用SUN Cluster集群軟件，將兩臺(tái)sun T5440服務(wù)器做成集群雙機(jī)，每臺(tái)機(jī)器的兩塊單口8GB HBA卡分別接到兩臺(tái)Brocade 300光纖交換機(jī)上，通過(guò)光纖交換機(jī)再與兩臺(tái)SUN 6580存儲(chǔ)連接。系統(tǒng)整體拓?fù)鋱D如1所示。

圖1 系統(tǒng)整體拓?fù)鋱D

4臺(tái)HP DL580 G7利用VMware軟件進(jìn)行虛擬化配置，然后通過(guò)光纖連接到兩臺(tái)Brocade 300光纖交換機(jī)上。

整個(gè)系統(tǒng)方案采用的是SAN存儲(chǔ)架構(gòu)。所有連接到光纖交換機(jī)上的服務(wù)器都可以訪問(wèn)任一連接到光纖交換機(jī)上的存儲(chǔ)。

進(jìn)行虛擬化配置的應(yīng)用服務(wù)器HP DL580 G7共有4個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)接口。將4個(gè)端口進(jìn)行鏈路聚合處理，增加帶寬。4臺(tái)服務(wù)器全部安裝VMware ESX進(jìn)行虛擬化處理，共享一臺(tái)SUN 6580存儲(chǔ)。每臺(tái)服務(wù)器上的虛擬機(jī)采用VMware HA方式進(jìn)行安裝。

2 關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

2.1 應(yīng)用服務(wù)器虛擬化

本系統(tǒng)采用4臺(tái)HP DL580 G7作為應(yīng)用服務(wù)器，每臺(tái)物理服務(wù)器進(jìn)行虛擬化配置。按照實(shí)際應(yīng)用需求，每臺(tái)物理機(jī)可以配置多臺(tái)虛擬機(jī)，每臺(tái)虛擬機(jī)可以安裝單獨(dú)的操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)不同的應(yīng)用。四臺(tái)物理機(jī)共享一臺(tái)SUN 6580存儲(chǔ)，分別安裝VMware ESX軟件，通過(guò)一個(gè)VMware Vcenter進(jìn)行統(tǒng)一管理。當(dāng)一臺(tái)物理機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該物理機(jī)上的所有虛擬機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到另外三臺(tái)上，保證系統(tǒng)、應(yīng)用的持續(xù)性。

VMware的虛擬化技術(shù)將一個(gè)薄軟件層直接嵌入到服務(wù)器硬件上。虛擬化層支持對(duì)駐留在同一物理服務(wù)器上多臺(tái)虛擬機(jī)的管理。這些虛擬機(jī)將硬件與操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序分隔開(kāi)來(lái)，它們可被看作是完全隔離的容器，每臺(tái)虛擬機(jī)都有其操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序?？蛻?hù)能夠同時(shí)在同一物理機(jī)上運(yùn)行 Windows、Linux、Netware 和 Solaris 等操作系統(tǒng)。

VMware vSphere 將業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的 x86 服務(wù)器及其現(xiàn)有的處理器、內(nèi)存、磁盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)連接一起轉(zhuǎn)換到一個(gè)邏輯計(jì)算資源池中。操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序則被隔離到安全、可移動(dòng)的虛擬機(jī)中。隨后，該基礎(chǔ)架構(gòu)會(huì)根據(jù)每個(gè)虛擬機(jī)的需要和優(yōu)先級(jí)，將系統(tǒng)資源動(dòng)態(tài)地分配給它們，從而實(shí)現(xiàn)了大型機(jī)級(jí)的容量利用率以及對(duì)服務(wù)器資源的控制。虛擬機(jī)可以在資源池中的任一物理服務(wù)器上運(yùn)行，并且無(wú)需停機(jī)便可在這些服務(wù)器之間無(wú)縫地轉(zhuǎn)移。因此，虛擬機(jī)可被動(dòng)態(tài)、自動(dòng)地分配給資源池中最合適的主機(jī)，確保軟件應(yīng)用程序的服務(wù)級(jí)別。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器雙機(jī)

本系統(tǒng)中負(fù)責(zé)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的兩臺(tái)SUN T5440小型機(jī)安裝Solaris系統(tǒng)，兩臺(tái)服務(wù)器共享一臺(tái)SUN 6580存儲(chǔ)，在系統(tǒng)之上利用Sun Cluster軟件進(jìn)行雙機(jī)配置。當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)用自動(dòng)切換到另外一臺(tái)，以此來(lái)保證系統(tǒng)的可用性。典型的集群技術(shù)配置方案如圖3所示。

Sun Cluster 系統(tǒng)將Solaris 操作系統(tǒng)擴(kuò)展為群集操作系統(tǒng)。群集是一種松散耦合的計(jì)算節(jié)點(diǎn)集合，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或應(yīng)用程序（包括數(shù)據(jù)庫(kù)、Web 服務(wù)和文件服務(wù)）的單一客戶(hù)視圖。每個(gè)群集節(jié)點(diǎn)都是運(yùn)行其自己進(jìn)程的一個(gè)獨(dú)立服務(wù)器。這些進(jìn)程可以彼此通信，對(duì)網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)機(jī)來(lái)說(shuō)就像是形成了一個(gè)單一系統(tǒng)，協(xié)同起來(lái)向用戶(hù)提供應(yīng)用程序、系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)。

Sun Cluster 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）減少或消除由軟件或硬件故障引起的系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間；（2）確保數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序?qū)ψ罱K用戶(hù)的可用性，而不管通常引起單服務(wù)器系統(tǒng)停機(jī)的故障屬于什么類(lèi)型；（3）通過(guò)向群集添加節(jié)點(diǎn)，使服務(wù)隨著處理器的添加而伸縮，從而增大應(yīng)用程序吞吐量；（4）提供增強(qiáng)的系統(tǒng)可用性，使您能夠不必關(guān)掉整個(gè)群集就可執(zhí)行維護(hù)。

2.3 SAN存儲(chǔ)架構(gòu)

本系統(tǒng)所采用的存儲(chǔ)架構(gòu)方式是典型的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）存儲(chǔ)架構(gòu)。SAN可以定義為是以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為中心，采用可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)具有高傳輸速率的光通道的直接連接方式，提供SAN內(nèi)部任意節(jié)點(diǎn)之間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理集中在相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)。由于SAN網(wǎng)絡(luò)采用了光纖技術(shù)，因此比起傳統(tǒng)的服務(wù)器-存儲(chǔ)的連接方式，SAN網(wǎng)絡(luò)具有更高的帶寬，支持更遠(yuǎn)的距離，能夠提供更大容量的存儲(chǔ)設(shè)備。

SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)采用模塊化配置方式，例如光纖交換機(jī)設(shè)備、光纖卡、磁盤(pán)陣列，以及各設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸通道、存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)部的核心部件，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置或容量擴(kuò)充，由此可減少設(shè)備建設(shè)階段的前期投資，可真正實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行擴(kuò)充。

公用存儲(chǔ)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化的必要設(shè)備，沒(méi)有存儲(chǔ)設(shè)備上的虛擬服務(wù)映像，就不能實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)遷移。

2.4 結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)

2.4.1 服務(wù)器的冗余模塊配置

服務(wù)器及存儲(chǔ)等設(shè)備支持冗余雙路供電，確保單路供電發(fā)生問(wèn)題時(shí)業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

服務(wù)器直接接入核心交換機(jī)，采用Solaris IPMP多鏈路連接方式實(shí)現(xiàn)，保障數(shù)據(jù)的暢通。

2.4.2 存儲(chǔ)的冗余數(shù)據(jù)傳輸鏈路接入

每臺(tái)數(shù)據(jù)管理的服務(wù)器都是配置了兩塊光纖通道卡，分別通過(guò)兩臺(tái)冗余的光纖交換機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備連接，磁盤(pán)陣列存儲(chǔ)設(shè)備可通過(guò)冗余的多條鏈路分別與這兩臺(tái)光纖交換機(jī)連接。也就是說(shuō)，基于SAN光纖交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)的由服務(wù)器端到磁盤(pán)陣列存儲(chǔ)設(shè)備間的鏈路是兩條高速數(shù)據(jù)傳輸鏈路，鏈路是冗余的，可確保數(shù)據(jù)訪問(wèn)鏈路的安全性?？筛鶕?jù)應(yīng)用需要增加設(shè)備連接鏈路，以確保得到更高的鏈路冗余及數(shù)據(jù)通道傳輸性能。

根據(jù)應(yīng)用需求，可以很方便的增加數(shù)據(jù)管理服務(wù)器或存儲(chǔ)設(shè)備，由于相互間是通過(guò)SAN光纖交換機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接，SAN的光纖連接技術(shù)支持設(shè)備的動(dòng)態(tài)配置，即服務(wù)器、磁盤(pán)陣列接入SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)即可被訪問(wèn)、被操作，因此服務(wù)器或存儲(chǔ)設(shè)備的增加不會(huì)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生任何影響。

2.4.3 磁盤(pán)陣列的安全性配置

兩臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備上的磁盤(pán)均采用RAID（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）技術(shù)，通過(guò)將多主機(jī)設(shè)備與磁盤(pán)鏡像和磁盤(pán)分配結(jié)合使用，既可防止節(jié)點(diǎn)故障，又可防止單個(gè)磁盤(pán)故障，有效保護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可用性和安全性。

3 應(yīng)用效果

鉆井院利用虛擬化技術(shù)和Sun Cluster雙機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用服務(wù)中心和數(shù)據(jù)管理中心系統(tǒng)于2011年底建成投產(chǎn)，在近兩年時(shí)間的運(yùn)行中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的效果。主要有以下幾點(diǎn)：（1）提高了系統(tǒng)的可用性：由于采用了Vmware HA、DRS、Vmotion等技術(shù)，單臺(tái)物理機(jī)出現(xiàn)故障，其上的應(yīng)用程序在分鐘級(jí)別的時(shí)間內(nèi)就可自動(dòng)轉(zhuǎn)移到其它物理機(jī)上運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)可用性。（2）提高了系統(tǒng)資源的利用率：以前由于Windows N T 作為單內(nèi)核操作系統(tǒng)，是一種只能創(chuàng)建單一用途的服務(wù)器，導(dǎo)致服務(wù)器利用率只有10%甚至更低。而利用虛擬化后，服務(wù)器資源利用率可達(dá)到80%甚至更高。（3）降低了管理員勞動(dòng)強(qiáng)度：服務(wù)器管理員可以將虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移到另一個(gè)物理資源中，然后可以在工作日期間執(zhí)行物理服務(wù)器硬件維護(hù)，而不必在周末的深夜里執(zhí)行定期硬件維護(hù)。（4）減少了硬件服務(wù)器數(shù)量、機(jī)柜數(shù)量，節(jié)約了能源，達(dá)到了降低碳排放的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算將成為下一代計(jì)算模式演變的方向，而虛擬化則是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變最為重要的基石。服務(wù)器虛擬化技術(shù)的按需分配模式和動(dòng)態(tài)資源調(diào)整能力能最大限度提高服務(wù)器資源的利用率，提升整個(gè)數(shù)據(jù)中心的管理和計(jì)算能力。鉆井院應(yīng)用服務(wù)中心及數(shù)據(jù)管理中心的建成為勝利石油工程有限公司數(shù)據(jù)中心的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，為云計(jì)算模式的推進(jìn)提供了技術(shù)保障。

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