林浩

摘要：本文以武漢商學院為例，采用虛擬化技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心整合中產(chǎn)生聚合效應的關鍵技術(shù)。虛擬化技術(shù)的使用使我校提高了基礎架構(gòu)的利用率、節(jié)約了成本、降低了資源消耗，實現(xiàn)對綠色節(jié)能的支持，并帶來更高效的管理方法，構(gòu)建了我校的綠色數(shù)據(jù)中心。

關鍵詞：虛擬化；容災；架構(gòu)；綠色數(shù)據(jù)中心

中圖分類號：TP3 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）030-000-02

隨著我校教育信息化的不斷向前發(fā)展，越來越多的業(yè)務系統(tǒng)依賴于數(shù)據(jù)中心的支撐——包括學校門戶網(wǎng)站、一卡通系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、教務管理系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)、迎新綜合管理系統(tǒng)等27個業(yè)務系統(tǒng)。各種業(yè)務系統(tǒng)不斷建設和更新，我校校園網(wǎng)核心機房的服務器也在相應增加，其硬件利用率過低、管理非常復雜、運行投入越來越大等問題正逐漸顯現(xiàn)。傳統(tǒng)的應用模式是簡單的通過增加處理器、內(nèi)存和服務器數(shù)量等方式來解決，而隨著服務器數(shù)量的增長，偶發(fā)性的宕機時間、次數(shù)的增加，數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)恢復變得越來越困難和復雜。同時隨著服務器增加所帶來的能源消耗和廢氣排放也不符合綠色節(jié)能環(huán)保的科學發(fā)展觀的要求。

我校核心機房現(xiàn)有服務器41臺，共運行有多個消耗不同硬件資源的業(yè)務系統(tǒng)，但其運行的效率不夠充分：中央處理器消耗率一般在10%到30%之間、內(nèi)存消耗率一般在在20%到50%之間、硬盤空間的平均利用率不足30%。大部分服務器的硬件資源存在相當程度上的資源浪費情況。多個應用系統(tǒng)運行時，對硬件資源的消耗是不一樣，隨著應用系統(tǒng)負載的加大，硬件資源的消耗也會相應的提升。但現(xiàn)有的機房硬件部署方式還是采用傳統(tǒng)的一個應用對應一臺或多臺服務器的配置模式，無法根據(jù)應用負載的增加或減少，動態(tài)調(diào)配相應的硬件資源，造成硬件資源的利用不平衡，導致高負載的應用系統(tǒng)配置的硬件資源不足，低負載的應用系統(tǒng)硬件資源過剩，且由于應用的不可中斷性，無法實時在線調(diào)整。硬件資源無法根據(jù)業(yè)務的負載情況來實時調(diào)整資源的分配及多余資源的回收，造成資源利用的不合理。以我校迎新綜合管理系統(tǒng)為例，此應用系統(tǒng)只在迎新時期訪問量才會凸顯，達到幾千次每天，但是在非招生迎新期間，此應用系統(tǒng)訪問量幾乎為零。無法根據(jù)其應用特征來靈活分配相應的資源。目前我校核心機房的供電功率已經(jīng)達到額定功率，已經(jīng)無法滿足對新增服務器的能耗需求，如果大量增加物理服務器，那必須要對現(xiàn)有的供電設施進行改造；同時服務器數(shù)量增多，核心機房溫度必然升高，為了確保服務器能夠正常運轉(zhuǎn)，制冷系統(tǒng)就需要進行改造。校園網(wǎng)核心機房服務器設備、網(wǎng)絡設備較多，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)無法對各種設備、系統(tǒng)、環(huán)境、應用進行統(tǒng)一的監(jiān)控管理。對設備的巡檢需要逐一登錄到每臺設備上進行，缺乏統(tǒng)一的告警機制，無法及時準確的獲知相關故障設備的信息，增加了業(yè)務恢復的時間。一旦某些應用所依賴的服務器軟硬件或應用本身出現(xiàn)問題就會導致服務中斷，很大程度上增加了設備運維的復雜度、困難度。各應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份都是單獨手工操作，有些還是本地備份，這樣數(shù)據(jù)安全就存在較大隱患。

針對以上情況，可以采用服務器虛擬化技術(shù)予以解決，所使用的虛擬化平臺需要能夠創(chuàng)建多臺虛擬機，并且虛擬機的部署可以通過向?qū)Ш湍０暹M行，虛擬機需要能支持目前主流的操作系統(tǒng)。現(xiàn)有的應用系統(tǒng)部署在不同的VLAN內(nèi)，所屬的IP地址段也不同，為保證現(xiàn)有的系統(tǒng)在從物理機向虛擬機遷移后不用改變IP等配置，就要求虛擬化平臺可以使得同一臺物理機上的虛擬機能夠?qū)儆诓煌腣LAN，配置不同的IP地址。虛擬機要具有自動遷移的功能 ，在進行計劃內(nèi)服務器維護和跨服務器的虛擬機實時遷移時，不需要將應用停機，避免服務中斷。當虛擬化平臺下的某一臺物理機發(fā)生故障時，在該物理機上運行的虛擬機能夠在極短的時間內(nèi)使用其他物理機上的資源自動的重新啟動。虛擬化平臺需要能夠?qū)Ψ掌髻Y源進行動態(tài)的負載平衡，根據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級向提供正確的資源。當虛擬化平臺下某臺服務器資源利用較低時，可將此臺服務器上運行著的應用系統(tǒng)遷移至其它的服務器上，該服務器自動下線，在保障業(yè)務的同時，降低了能耗。虛擬化平臺需要可以實現(xiàn)從物理機向虛擬機的遷移，并具備在遷移過程中對磁盤空間進行重新分配，安裝相應輔助工具，在目標機器上控制windows的服務進程，不同平臺之間的應用相互轉(zhuǎn)換等能力。虛擬化平臺可進行全生命周期的管理監(jiān)控，對基礎軟硬件進行狀態(tài)和性能監(jiān)控、對虛擬化運營策略進行管理，對基礎軟硬件異常情況出發(fā)告警，對基礎軟硬件資源進行長期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對虛擬機進行配置和管理等。虛擬化平臺要具有統(tǒng)一實施備份和容災的機制，確保其能夠承載業(yè)務的高可用。

目前，主流的服務器虛擬化平臺有VMware vSphere和Microsoft Hyper-V，由于VMware vSphere支持絕大多數(shù)主流的操作系統(tǒng)，具有非常齊全的管理工具，并且得到了服務器硬件廠商的廣泛支持。VMware vSphere是業(yè)界領先的云計算操作系統(tǒng)，使用虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換成為可擴展的聚合計算基礎架構(gòu)。云計算是一種構(gòu)建在虛擬化高效資源池技術(shù)之上的計算方法，用于創(chuàng)建按需、彈性、實現(xiàn)自我管理且可以作為服務來進行動態(tài)分配的虛擬基礎架構(gòu)。虛擬化使應用程序和信息從基礎硬件架構(gòu)的復雜性中解脫出來。虛擬化不僅是云計算的基礎技術(shù)，而且還提供強大的靈活性和更高效的成本控制。通過整合多臺服務器以虛擬機的形式進行合并，使得一臺物理服務器可以承擔多臺的工作。另外虛擬化數(shù)據(jù)中心可以簡化管理、創(chuàng)建動態(tài)且靈活的數(shù)據(jù)中心，可以在縮短停機時間，減少運營費用。X86架構(gòu)下的計算機硬件被設計為只能運行單個操作系統(tǒng)，即使安裝了大量的應用程序，大多數(shù)計算機任然無法得到高效充分的利用。通過使用虛擬化技術(shù)在單臺物理機上運行多個虛擬機，虛擬機可在多種環(huán)境下共享該物理機的資源。在同一物理機上不同的虛擬機可以相互獨立，運行著不同的操作系統(tǒng)和應用程序。VMware vSphere 可以構(gòu)建整個虛擬基礎架構(gòu)，其規(guī)模可達到數(shù)千臺物理計算機和存儲設備，能夠動態(tài)的遷移資源，無需單獨向每個應用程序永久的分配服務器、存儲或網(wǎng)絡帶寬。虛擬基礎架構(gòu)是云計算的基礎，云計算是依賴于可擴展的彈性模型來提供信息服務的，而該模型本身是依賴于虛擬化才可以正常工作，而VMware vSphere 即可提供該虛擬化方案。

根據(jù)我校的實際情況，通過相關的調(diào)研和測試，我校使用VMware vSphere的虛擬化解決方案。通過使用此虛擬化技術(shù)，構(gòu)建相應的應用資源池、計算資源池、存儲資源池、網(wǎng)絡資源池、安全資源池、以此來提高數(shù)據(jù)中心的資源利用率和能效，降低總體運營費用，搭建屬于我校的云服務平臺，打造綠色數(shù)據(jù)中心。

我校采用三臺高端服務器，其中二臺服務器分別配置有8顆8核的中央處理器和256GB的內(nèi)存，另一臺服務器配置有4顆8核中央處理器和128GB內(nèi)存，三臺服務器做為一個集群后，所包含的計算資源池共有160個vCPU和內(nèi)存640GB，虛擬機硬盤將根據(jù)原有物理機硬盤按照1：1的比例來規(guī)劃存儲空間。所有虛擬主機都與宿主機自動進行時間同步，而宿主機自身的時間將和活動目錄域控制器自動同步。所以我們只需將域控制器的時間與世界標準時鐘進行同步即可。我們使用硬件形式的USB Server和配套的客戶端軟件，該系統(tǒng)對國內(nèi)絕大部分的USB加密狗提供完善的支持，具有很好的兼容性。提供專業(yè)軟件ukey共享、虛擬環(huán)境識別解決方案，支持遠程識別usb服務、遠程虛擬專用網(wǎng)連接，支持snmp協(xié)議，可以實現(xiàn)usb設備的資源共享，在虛擬服務器上可以滿足對usb 虛擬化的需求。我們使用VMware vSphere Data Protection套件作為磁盤的備份和恢復的解決方案，與虛擬化控制中心完全集成在一起，可以對備份恢復作業(yè)進行有效的集中式管理，針對所有的虛擬機提供快速有效的數(shù)據(jù)保護，甚至可以保護那些已關閉或是在物理主機之間移動的虛擬機。在所有備份上都可使用智能重復數(shù)據(jù)消除，從而極大地減少備份數(shù)據(jù)所消耗的磁盤存儲空間。通過使用更改數(shù)據(jù)塊跟蹤和虛擬機快照技術(shù)，可以降低備份虛擬機的成本，最大程度的縮短了備份窗口。其可輕松實現(xiàn)備份，無需在每個虛擬機上安裝第三方代理軟件。在虛擬化部署過程中，使用VMware vSphere with Operations Management套件讓網(wǎng)絡管理人員從整體上了解基礎架構(gòu)的運營情況，從而提高性能和可用性。通過了解系統(tǒng)健康信息和工作負載容量可以提高利用率和整合比率，節(jié)約硬件成本。利用vCenter Site Recovery Manager套件實現(xiàn)站點級別的容災備份，確保當某一站點出現(xiàn)癱瘓，另一個站點能更夠快速的接管業(yè)務，確保業(yè)務的高可用性，實現(xiàn)無中斷、自動化并且可以根據(jù)需求隨時執(zhí)行，確?？焖偾腋叨瓤深A測的和恢復時間目標的恢復點目標。

我校通過虛擬化方案的實施，應用和硬件的可靠率越來越高，故障率也越來越低，運行管理越來越方便，基于此來構(gòu)建我校的綠色數(shù)據(jù)中心。

參考文獻：

[1]魯浩，李麗莉.利用虛擬化資源池構(gòu)建災備中心高可用環(huán)境的應用研究.2013電力行業(yè)信息化年會論文集，2013.

[2]劉偉.基于Vmware虛擬化的云平臺運維研究.數(shù)字技術(shù)與應用，2015.