◆王彥超

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高校服務(wù)器虛擬化建設(shè)方案研究

◆王彥超

(平頂山教育學(xué)院計算機系 河南 467000)

本文針對目前高校校園網(wǎng)服務(wù)器部署中出現(xiàn)的問題，通過整合多種虛擬化系統(tǒng)，以減少學(xué)校服務(wù)器數(shù)量，提高利用率，增加系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，并結(jié)合自身學(xué)校特點提出一套基于虛擬化技術(shù)的服務(wù)器建設(shè)方案，實現(xiàn)服務(wù)器自動化管理。

高校；校園網(wǎng)；服務(wù)器虛擬化；方案設(shè)計

1 高校數(shù)據(jù)中心存在的問題

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，高校不斷增長且集中的業(yè)務(wù)對 IT 信息部門的要求越來越高。目前在數(shù)據(jù)中心機房，很多都還是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案，從硬件設(shè)施、數(shù)據(jù)中心負載、應(yīng)用部署管理以及故障維護，數(shù)據(jù)安全備份等都是通過人工的靜態(tài)方式進行，整個IT架構(gòu)擴展性相對差，應(yīng)用系統(tǒng)形成孤島，無法交換和互通，面對不斷擴展的應(yīng)用，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心和管理方式面臨著各種問題。

1.1 服務(wù)器資源利用率低

學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)繁多，如網(wǎng)站系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、科研平臺等，需要大量的服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)備。不同業(yè)務(wù)應(yīng)用耗掉的資源不均衡，數(shù)據(jù)庫服務(wù)對磁盤要求高，F(xiàn)TP對容量要求高，計算型應(yīng)用對CPU和內(nèi)存要求高，不均衡的部署方式導(dǎo)致物理服務(wù)器資源利用率不均衡；另外，除了部分應(yīng)用在周期內(nèi)存在訪問高峰，很多時間都處在空閑的狀態(tài)，導(dǎo)致很多學(xué)校數(shù)據(jù)中心服務(wù)器資源平均利用率在15%~30%左右。

1.2 服務(wù)器資源分散，管理維護困難

隨著高校業(yè)務(wù)的不斷增長，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量逐年增長，每臺服務(wù)器搭建一個應(yīng)用，不僅資源分散，而且無法有效地進行集中管理，升級和維護。

1.3 服務(wù)器老化，應(yīng)用不穩(wěn)定，軟件兼容性沖突，業(yè)務(wù)系統(tǒng)停機中斷

出于成本考慮，部分數(shù)據(jù)中心會將多個非核心應(yīng)用搭載在一臺物理服務(wù)器上。由于業(yè)務(wù)性質(zhì)的差異性，大量的教學(xué)和管理業(yè)務(wù)安裝在不同系統(tǒng)、不同平臺上，很難統(tǒng)一部署和管理，以至于軟件不能正常使用，業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定性也得不到有效保證。

傳統(tǒng)管理模式硬件維修時需要停機，影響了教學(xué)業(yè)務(wù)中斷，特別是一些重要以及一些24小時不中斷的應(yīng)用，如教務(wù)系統(tǒng)、重要的網(wǎng)站系統(tǒng)等。此外還有視頻應(yīng)用或大流量訪問帶來的網(wǎng)絡(luò)堵塞問題，新應(yīng)用的上線部署時間久、周期長、業(yè)務(wù)擴展困難，臨時環(huán)境搭建耗時耗力。隨著教學(xué)的不斷發(fā)展，新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)在學(xué)校的使用會越來越多，不管是教學(xué)系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、web應(yīng)用、視頻應(yīng)用等，都需要硬件服務(wù)器來支持，而利用傳統(tǒng)的方式，硬件的采購周期加上軟件環(huán)境的搭建周期，整個系統(tǒng)的部署時間少則一周，多達一月，上線時間長。

2 服務(wù)器虛擬化優(yōu)勢

2.1 服務(wù)器虛擬化原理

服務(wù)器虛擬化：就是將一臺服務(wù)器硬件資源邏輯上分成若干臺功能相互獨立的服務(wù)器，或者讓幾臺服務(wù)器變成一臺服務(wù)器來用，從而提簡化系統(tǒng)管理，實現(xiàn)服務(wù)器有效整合。讓服務(wù)器加載更多的業(yè)務(wù)，更能適應(yīng)高校不斷增長和變化的業(yè)務(wù)需求——這就是服務(wù)器的虛擬化。服務(wù)器虛擬化圖如圖1所示。

2.2 服務(wù)器虛擬化的優(yōu)勢

利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)將服務(wù)器硬件資源按需分配到多個虛擬機上，每個虛擬機配置不同的應(yīng)用功能，實現(xiàn)了在一個服務(wù)器上運行多個操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)可以跨平臺安裝WINDOWS、linux或Unix等操作系統(tǒng)。每臺虛擬機上的系統(tǒng)和應(yīng)用都相對獨立。當(dāng)學(xué)校需增新應(yīng)用程序時，可以在物理服務(wù)器上迅速劃分和增加若干臺虛擬機，在不添加和購買服務(wù)器的情況下，就可增加業(yè)務(wù)模塊，實現(xiàn)學(xué)校新的應(yīng)用需求。與傳統(tǒng)服務(wù)器部署模式相比較，有顯著技術(shù)優(yōu)勢，有較大擴展前景?？傮w來看，服務(wù)器虛擬化能帶來的好處主要有以下幾個方面：

圖1 服務(wù)器虛擬化原理圖

（1）通過技術(shù)整合，盡量減少學(xué)校采購新服務(wù)器；

（2）簡化服務(wù)器的配置、管理和維護工作，降低管理難度；

（3）通過共享服務(wù)器的運算，提升服務(wù)器的利用率。通過技術(shù)整合，各種成本都有一定的節(jié)省，降低能耗：每臺服務(wù)器每年大約可節(jié)約3000到5000元費用；

（4）通過動態(tài)資源配置，可動態(tài)管理業(yè)務(wù)，如增刪和修改業(yè)務(wù)；

（5）支持服務(wù)器應(yīng)用快速遷移，支持復(fù)制虛擬機，提供一種簡單便捷的災(zāi)難恢復(fù)解決方案；

（6）節(jié)省空間，利用虛擬化技術(shù)大大減少了服務(wù)器和各種硬件資源的數(shù)量和節(jié)省了空間；

（7）提高基礎(chǔ)架構(gòu)的利用率。支持不同操作系統(tǒng)，支持新應(yīng)用功能快速添加。通過將基礎(chǔ)架構(gòu)資源池化實現(xiàn)多個虛擬機共享物；

（8）減少宕機事件，提高穩(wěn)定性和可用性，系統(tǒng)即時更新，不需要停機。利用虛擬化技術(shù)可將操作系統(tǒng)和應(yīng)用從服務(wù)器硬件設(shè)備隔離開，病毒與其他安全威脅無法感染其他應(yīng)用。支持虛擬機應(yīng)用遷移，遷移過程中不會出現(xiàn)宕機事件。

3 服務(wù)器虛擬化的應(yīng)用

3.1 校園網(wǎng)服務(wù)器虛擬化解決方案和架構(gòu)

服務(wù)器虛擬化解決方案：

根據(jù)目前多數(shù)高職院校校園網(wǎng)的需求情況，配置2-4臺較新的基于多核CPU技術(shù)的高性能服務(wù)器，并把原有的舊服務(wù)器進行硬件升級，同時每個服務(wù)器上都安裝配置VMware 最新軟件，生成多個虛擬服務(wù)器，有些平臺需要安裝Linux系統(tǒng)（比如我院采購的電商平臺軟件），使用單獨一臺服務(wù)器，其他四個應(yīng)用安裝Windows系統(tǒng)，每個功能對應(yīng)一臺虛擬服務(wù)器，配置安裝相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，四臺虛擬機之間相互獨立運行，每一個虛擬機可以自行升級、啟動，不會影響到其他虛擬服務(wù)器，完美地實現(xiàn)了服務(wù)器虛擬架構(gòu)的整合。

配置光纖存儲陣列和冗余的光纖交換機，配置共享存儲，組成標準的SAN集中存儲架構(gòu)，數(shù)據(jù)集中備份。虛擬化共享存儲架構(gòu)如圖2所示。

圖2 VSAN虛擬化共享存儲架構(gòu)

虛擬架構(gòu)主體部分：建議方案主體部分是采用安裝VMware軟件的高性能服務(wù)器。如圖3所示。VMware ESX Server直接安裝在物理服務(wù)器上，通過虛擬化技術(shù)把大量虛擬機硬件資源進行整合優(yōu)化，實現(xiàn)資源共享。通過高級資源管理、提高了可用性和安全穩(wěn)定性。部署4-5個服務(wù)器的高校虛擬化架構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

圖3 基于VM的服務(wù)器虛擬化拓撲結(jié)構(gòu)

圖4 4-5個服務(wù)器的虛擬化架構(gòu)圖

3.2 服務(wù)器虛擬化整合實施步驟

分為調(diào)研與評估：調(diào)研服務(wù)器運行情況，確定服務(wù)器整合范圍，分析虛擬化整合成本，評估整合效率與收益。

整合方案設(shè)計：制定詳細的設(shè)計方案，按步驟實施，制定安全的測試計劃，制定可靠的遷移計劃。

實施與集成：測試虛擬化整合方案，安裝硬件與軟件，配置基礎(chǔ)虛擬化架構(gòu)，提交項目實施文檔。

驗收與運維：試運行維護，監(jiān)控系統(tǒng)性能，改善系統(tǒng)配置，優(yōu)化管理流程，校園網(wǎng)服務(wù)器虛擬化管理。

（1）服務(wù)器虛擬化整合實施步驟如圖5所示。

圖5 服務(wù)器虛擬化整合實施步驟

（2）服務(wù)器整合效果示意圖如圖6所示。

圖6 服務(wù)器虛擬化整合實施步驟

系統(tǒng)整合不是一個獨立的工作，也不是簡單地通過一個高性能，大容量的硬件替換原有設(shè)備，將應(yīng)用簡單疊加的問題。它與高校信息信息化建設(shè)緊緊相連，必須嚴格遵循企業(yè)信息化規(guī)劃整體框架。同時系統(tǒng)整合也將解決，高校信息化建設(shè)初期以項目為中心，應(yīng)用與服務(wù)器采購綁定，各項目獨立設(shè)計會給高校帶來一大堆利用率極低的服務(wù)器問題。整體設(shè)計會促進并且修正原有信息化規(guī)劃中對于服務(wù)器方面規(guī)劃的不足與缺陷，同時可以制定未來硬件采購規(guī)范與標準，將應(yīng)用開發(fā)與硬件采購徹底分開，避免重復(fù)與低效投資。因此我們在系統(tǒng)整合時的關(guān)鍵將是嚴格遵守建設(shè)原則：高安全性及高可靠性。

3.3 引入虛擬化管理平臺，進行資源整合，集中管控

（1）服務(wù)器整合，提高資源利用率，消除軟件沖突

每個虛擬機都可以搭建不同的教學(xué)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括文件服務(wù)、計費服務(wù)、WEB服務(wù)，考試系統(tǒng)，自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)等，各應(yīng)用服務(wù)之間相互獨立、互不影響，既保證業(yè)務(wù)的流暢運行，又可以合理利用資源，服務(wù)器利用率經(jīng)過系統(tǒng)檢測能提升至85%以上。

（2）單一視圖，集中管理數(shù)據(jù)中心機房

信息中心的服務(wù)器資源無法進行整合，性能欠佳、管理分散，出現(xiàn)問題需要到網(wǎng)絡(luò)中心機房解決，而通過服務(wù)器虛擬化搭建的環(huán)境可以整合資源統(tǒng)一管理，包括：

①B/S架構(gòu)，只要可以上網(wǎng)，就可使用統(tǒng)一控制臺集中管理多服務(wù)器資源，隨時隨地進行管理，不需要到網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器機房現(xiàn)場處理；

②為方便資源的統(tǒng)一調(diào)度，共建資源池；

③根據(jù)業(yè)務(wù)增減，動態(tài)創(chuàng)建和刪除虛擬機，滿足擴展應(yīng)用；

④快速升級、維護、部署虛擬業(yè)務(wù)環(huán)境；

⑤共享存儲管理，資源合理調(diào)配；

⑥事件日志分類查詢；

⑦報警跟蹤處理。

4 服務(wù)器虛擬化方案設(shè)計

基于VM的服務(wù)器虛擬化優(yōu)化方案，能提高服務(wù)器穩(wěn)定可靠性、高可用性、負載均衡；設(shè)計簡單，部署性價比高，虛擬技術(shù)支持。

4.1 服務(wù)器虛擬化前后架構(gòu)對比

降低云數(shù)據(jù)中心運營成本，從服務(wù)器硬件、數(shù)據(jù)中心空間、管理人員、集成服務(wù)等多方面降低運營成本，服務(wù)器規(guī)模越大，運營時間越長，所節(jié)省的成本就越高。服務(wù)器虛擬化前后架構(gòu)對比如圖7所示。

圖7 服務(wù)器虛擬化前后架構(gòu)對比

4.2 方案價值

根據(jù)跟蹤我院服務(wù)器虛擬化使用情況，服務(wù)器虛擬化前后效率對比，結(jié)果如表1所示。

表1 服務(wù)器虛擬化效率對比

5 總結(jié)

綜上所述，服務(wù)器虛擬化技術(shù)能較好地解決高校校園網(wǎng)中服務(wù)器管理復(fù)雜、效率低等實際問題。隨著虛擬化技術(shù)的不斷升級和完善，服務(wù)器虛擬化技術(shù)必將會在高校的各個領(lǐng)域得到推廣，提升信息化教學(xué)水平。從應(yīng)用前景來看，服務(wù)器虛擬化技術(shù)對搭建教、學(xué)、辦公、管理一體化信息平臺提供了強有力的支持，能有效幫助高校升級和管理IT基礎(chǔ)架構(gòu)，并確保其安全，勢必會進一步推動虛擬化技術(shù)在高校內(nèi)廣泛應(yīng)用。

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河南省科技廳軟科學(xué)研究計劃項目(172400410498)；河南省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目（ZJB16006）；平頂山市科技計劃項目（2017R014）。