劉寒冰+羅丹

摘 要：高校的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成了教育資源開發(fā)與應(yīng)用以及教育管理信息系統(tǒng)的支撐基礎(chǔ)。由于虛擬化技術(shù)所具備的優(yōu)勢以及帶來的效益，使其成了高校數(shù)據(jù)中心發(fā)展的必然趨勢。文章以傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存在的問題為背景，介紹了虛擬化的概念及相關(guān)技術(shù)，重點分析了VMware技術(shù)的特點。然后以筆者所在單位數(shù)據(jù)中心為研究對象，對兩個經(jīng)典的虛擬服務(wù)器故障進行了分析研究，針對性地提出了解決方案，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；虛擬化技術(shù)；VMware技術(shù)；虛擬服務(wù)器

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存在的問題

在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)中心作為高校教育信息基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)成為教育資源開發(fā)與應(yīng)用以及教育管理信息系統(tǒng)的支撐基礎(chǔ)。目前，大多數(shù)21世紀(jì)初期的數(shù)據(jù)中心主要是以大量的服務(wù)器、存儲設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)簡單互聯(lián)、集中部署的方式來建設(shè)的，動輒幾十上百臺獨立的服務(wù)器集中在同一個地點，但又各自提供不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。

綜合國內(nèi)部分高校數(shù)據(jù)中心的調(diào)研結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心普遍存在著下列問題：（1）較低的系統(tǒng)資源利用率；（2）系統(tǒng)資源不能動態(tài)調(diào)度；（3）數(shù)據(jù)資源共享度低；（4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、擴展性差。

隨著高校信息化的進一步深化，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心所存在的問題日益凸顯，如何整合現(xiàn)有的服務(wù)器硬件資源，提高服務(wù)器的使用效率，成了一個亟待解決的問題。

2 虛擬化概念及優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)為新一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)拓寬了方向。那么什么是虛擬化？虛擬化是一個技術(shù)用語，它指通過軟件系統(tǒng)虛擬出各種硬件設(shè)備，使得虛擬機在這些虛擬的硬件設(shè)備上運行。對于使用這些虛擬機的用戶來說，感覺不到正在使用的是虛擬機還是物理機。通過虛擬化軟件對一套硬件系統(tǒng)可以虛擬出許多的虛擬系統(tǒng)，可以充分發(fā)掘硬件資源的使用率。

虛擬化技術(shù)的常見類型主要可以分為以下3種：基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化，系統(tǒng)虛擬化，軟件虛擬化。

目前，國內(nèi)各高校正在著力開展數(shù)據(jù)中心建設(shè)工作，采用虛擬化技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心已成為一個主要的發(fā)展方向。

簡單來說，虛擬化技術(shù)的主要優(yōu)勢有以下幾點：

2.1 提升硬件資源利用率

在一個物理服務(wù)器上運行多個操作系統(tǒng)，使單個系統(tǒng)服務(wù)在獨立的操作系統(tǒng)上運行，同時把各個服務(wù)相互隔離開來，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性的同時又保證安全性。

2.2 高可用性

虛擬化技術(shù)提高了服務(wù)的可靠性，服務(wù)中斷不會輕易發(fā)生，不論是服務(wù)器宕機還是軟件錯誤引系統(tǒng)崩潰，都不再會影響到對用戶提供服務(wù)，使得可用性得到了極大的提高。

2.3 管理效率提升

使用虛擬桌面架構(gòu)，實現(xiàn)集中化運維管理，縮減運維管理員額，提高單人工作效率。

2.4 可擴展性（Scalability）

虛擬機通過虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)在實體機上動態(tài)遷移，硬件擴展方便快捷，虛擬化技術(shù)對熱插拔功能的支持實現(xiàn)了，在不用關(guān)機的狀態(tài)下虛擬機可以直接進行硬件擴展。

2.5 環(huán)保節(jié)能

虛擬化技術(shù)可以幫助用戶有效地實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能，幫助降低硬件設(shè)備能耗，以及降低附帶的制冷設(shè)備、照明供電、UPS設(shè)備的功率，節(jié)約了大量的運維成本。

3 服務(wù)器虛擬化及VMware技術(shù)

3.1 服務(wù)器虛擬化的概念

我們可以簡單把服務(wù)器虛擬化理解為把虛擬化技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)器。在一臺物理服務(wù)器上使用把物理資源抽象成邏輯資源的手段，劃分出許多臺相互隔離的虛擬機，讓硬件變成“資源池”實現(xiàn)動態(tài)管理，實時地以優(yōu)先級為標(biāo)準(zhǔn)把資源按負載需求進行分配。最早從虛擬化技術(shù)中分離出來的就是服務(wù)器虛擬化技術(shù)，它是虛擬化技術(shù)當(dāng)最熱門也最成熟的一個領(lǐng)域。

3.2 VMware技術(shù)

由于VMware技術(shù)應(yīng)用的市場普及度非常高，使它的產(chǎn)品成了最受歡迎的虛擬機管理程序。VMware是一家專門研究虛擬化軟件的公司，很早就進入了虛擬化市場，技術(shù)一直處于領(lǐng)先狀態(tài)，尤其以管理技術(shù)為代表，在歐洲、北美占有很大的市場份額。VMware技術(shù)通過其主導(dǎo)的虛擬化中心管理控制臺（信息數(shù)據(jù)中心）、虛擬機移植工具（vmotion）、分布式資源調(diào)度解決方案（DSR）等虛擬化領(lǐng)域，稱霸了高端企業(yè)虛擬化的市場。

VMware虛擬化軟件可以給每個虛擬機模擬一套像普通計算機一樣的內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡等硬件資源。因此，一個實體機上不論裝有多少個虛擬機，從理論上來說也不會存在硬件上的沖突。虛擬化軟件技術(shù)的原理是在計算機的物理硬件和OS操作系統(tǒng)之間插入一個軟件層。該層主要就是Virtual Machine Monitor（VMM）虛擬機監(jiān)視器，它通過動態(tài)和透明的工作方式來給各虛擬機劃分硬件資源。在單臺物理服務(wù)器上可以同時運行多個操作系統(tǒng)，各個虛擬機之間完全隔離和獨立但又共享物理硬件資源。

VMware的核心服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品是VMware vSphere，它是一個云端操作系統(tǒng)，也是部署最廣泛的虛擬機管理程序。

VMware vSphere由以下幾個部分構(gòu)成其組件層：基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)；應(yīng)用程序服務(wù)；Vmware vCenter Server；客戶端用戶。

VMware vSphere的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）實現(xiàn)了虛擬機和底層硬件設(shè)備的分離，使虛擬機的遷移不會影響到它所提供的應(yīng)用，提高了服務(wù)的可靠性；（2）在單臺物理服務(wù)器上通過同時部署眾多虛擬服務(wù)器，實現(xiàn)了減少實體機數(shù)量，提高計算資源和存儲資源的利用率，降低能耗、節(jié)約成本；（3）利用虛擬機資源分布式調(diào)度、實時遷移和負載均衡等虛擬化高級技術(shù)，可以在不停機的情況下對硬件設(shè)備進行維護，提高服務(wù)的延續(xù)性；（4）擁有成熟有效的災(zāi)難恢復(fù)機制；（5）支持虛擬服務(wù)器快速遷移和復(fù)制。

由vSphere構(gòu)建的虛擬化數(shù)據(jù)中心拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要增加ESX主機的數(shù)量，從而不斷擴展數(shù)據(jù)中心的計算和存儲資源；同時，還可以通過虛擬化平臺的集群設(shè)置，對數(shù)據(jù)中心的資源進行動態(tài)調(diào)度和共享。

4 虛擬服務(wù)器常見故障及解決方法

雖然VMware vSphere是一個非常強大的虛擬機管理工具。但是在平時的使用中，還是會遇到一些無法通過常規(guī)手段來處理的問題，這里主要介紹在日常運維管理過程中會遇到的兩個經(jīng)典故障的處理方法。

4.1 人為原因造成服務(wù)器的管理賬戶密碼丟失

因為虛擬機比較實體機更為穩(wěn)定，可靠性更高，所以在平常的運維工作中，我們經(jīng)常會遇到有個別用戶因較長時間沒有登錄虛擬服務(wù)器或期間管理人員更換而造成的操作系統(tǒng)登錄密碼丟失。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，如果是普通的物理服務(wù)器，我們一般情況下可以選擇使用帶有Windows密碼破解工具的啟動盤來進行密碼破解。但是當(dāng)服務(wù)器為虛擬機，并且不帶光驅(qū)的時候，這種情況下處理起來就不那么容易了。

（1）首先，我們需要將準(zhǔn)備好的帶有Windows密碼破解工具的啟動盤鏡像文件上傳到vSphere所管理的存儲空間中去。選中存儲“HVS85T_LUN1”，然后點“瀏覽此數(shù)據(jù)存儲”，選擇“上載文件”，上傳鏡像文件即可。

（2）然后，我們對需要進行登錄密碼破解的虛擬服務(wù)器點擊右鍵選擇“編輯設(shè)置”，修改虛擬服務(wù)器光驅(qū)屬性配置。選擇“硬件”選項卡，選中“CD/DVD驅(qū)動器1”，然后勾選屬性對話框右側(cè)的“數(shù)據(jù)存儲ISO文件”選項。

點擊“瀏覽”，選中之前上傳到存儲空間中的ISO鏡像文件。選定ISO文件后，勾選“設(shè)備狀態(tài)”中的“打開電源時連接”復(fù)選框。然后打開“選項”選項卡，點擊“引導(dǎo)選項”，勾選“虛擬機下次引導(dǎo)時，強制進入BIOS設(shè)置屏幕”。

（3）完成以上設(shè)置后，虛擬服務(wù)器開機后就會自動進入BIOS界面，再修改開機啟動設(shè)備順序，使服務(wù)器開機從光驅(qū)啟動，然后就可以使用啟動盤中的Windows密碼破解工具來清除被遺忘的密碼。

4.2 虛擬機操作系統(tǒng)本身故障無法正常關(guān)機或重啟

這種故障在實體機中經(jīng)常會出現(xiàn)，在虛擬服務(wù)器運維過程中并不會經(jīng)常遇到，也許有的運維人員從來就沒碰到過這種情況，但是這種故障是確實存在并會小概率發(fā)生的。實體機出現(xiàn)這種故障，可以通過電源按鍵強制關(guān)機或重啟，但是虛擬服務(wù)器的電源管理是在vSphere平臺上操作的，一旦出現(xiàn)平臺上無法完成關(guān)機或重啟操作的情況，管理員往往束手無策。

虛擬服務(wù)器使用起來對于用戶來說跟普通的托管物理服務(wù)器并沒有太大的區(qū)別，但是從ESXi主機后臺來看，每個虛擬機都是一個后臺進程。如果找到故障虛擬服務(wù)器對應(yīng)的后臺進程，然后將該進程終止，實際上也相當(dāng)于是對虛擬服務(wù)器進行一個斷電的操作。

（1）首先，我們需要在vSphere上開啟故障服務(wù)器所在ESXi主機的SSH連接功能。這個功能開啟后，我們才可以登錄連接到ESXi主機后臺來進行相關(guān)操作。選中vSphere控制臺中ESXi主機的“配置”選項卡，然后選擇“安全配置文件”，分別修改“服務(wù)”和“防火墻”的屬性。

（2）點擊修改“服務(wù)”屬性，選中SSH標(biāo)簽，發(fā)現(xiàn)進程已停止，然后點擊右下“選項”按鈕，手動啟動SSH守護進程。然后，點擊修改“防火墻”屬性，勾選“SSH服務(wù)器”選項前的復(fù)選框，點擊“確定”。

（3）SSH服務(wù)配置完成后，我們就可以使用相應(yīng)工具來連接ESXi主機，這里我使用的是SecureCRT這款軟件，我們新建一個SSH2的連接，選擇默認配置，在“主機名”中輸入目標(biāo)主機的IP地址，并在“用戶名”處填入正確的賬戶名稱。輸入正確的SSH連接密碼，登錄主機后臺。

登錄主機后，可以進行命令行操作，首先敲入命令：

#esxcli vm process list

即可瀏覽到該主機運行的所有虛擬機進程，找到需要處理的故障虛擬機的條目：

OA_2016_DServer2

World ID： 23561731

Process ID： 0

VMX Cartel ID： 23561730

這里需要我們記錄下來的是該虛擬機進程的world ID：23561731。該ID號是此進程在此操作系統(tǒng)中的唯一標(biāo)識，可以作為函數(shù)調(diào)用的參數(shù)。

記錄下該world ID號后，便可以敲入命令：

#esxcli vm process kill --type=force --world-id=23561731

此時，“world-id=”后面需要輸入的就是之前我們記錄下來的ID數(shù)值，此命令的作用便是強制關(guān)閉該虛擬機電源，使其停止運行。

完成此操作后，我們可以再次輸入命令：#esxcli vm process list，查看該虛擬機進程是否還存在，如果進程消失，則此操作已成功，便可重新登錄vShpere平臺按正常操作重新啟動該虛擬機。

5 結(jié)語

基于虛擬化技術(shù)的數(shù)據(jù)中心是高校數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢，它所具備的優(yōu)勢和帶來的效益決定了其在今后的高校信息化發(fā)展中將扮演更加重要的角色。本文以高校傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存在的問題為背景，對服務(wù)器虛擬化及相關(guān)技術(shù)進行了研究。并以作者單位的數(shù)據(jù)中心為研究對象，對VMware虛擬服務(wù)器在日常運維管理中的兩個經(jīng)典故障進行了分析和研究，同時提出了解決方案，取得了較好的效果。數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和維護是一個長期的工作，在今后的運維管理工作中還將會遇到各種新故障、新需求，需要管理人員沉下心來及時掌握新技術(shù)、新動態(tài)，才能更好地解決各種新問題。