暨南大學(xué)：服務(wù)器虛擬化解應(yīng)用之困

文/陳少涌 李哲夫 陳國良

服務(wù)器虛擬化不只切合當(dāng)前綠色低碳的環(huán)保理念，也是節(jié)約成本、提升效能的利器，更是構(gòu)建高?！霸朴嬎恪逼脚_的基礎(chǔ)。

信息技術(shù)發(fā)展日新月異，各種新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，為人們提供了豐富的I T解決方案，其中云計算、虛擬化和IPv6已成為近年來最為熱門的技術(shù)詞匯，同時也是應(yīng)對數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴大的理想解決方案。

虛擬化技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)品選擇

暨南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心面向全校提供網(wǎng)絡(luò)和信息化的基礎(chǔ)平臺服務(wù)，除了提供網(wǎng)絡(luò)接入，還通過數(shù)據(jù)中心提供服務(wù)器平臺和各類應(yīng)用，以滿足學(xué)校以及下屬各教學(xué)、科研和行政機構(gòu)的信息化需求。

目前數(shù)據(jù)中心已擁有近2 0 0臺服務(wù)器，類型包括P C機架式服務(wù)器和小型機。同時，還有近4 0 T B的存儲空間，形式有FCSAN、NAS和iSCISISAN等。

在虛擬化產(chǎn)品的選擇方面，主要考慮的因素包括：1）費用，包括商業(yè)許可的費用等；2）易用性，包括支持遠(yuǎn)程圖形界面、管理維護(hù)便捷等；3）性能，包括全虛擬化還是半虛擬化、硬件性能損失是否嚴(yán)重等；4）高級特性的支持，包括資源動態(tài)調(diào)配、在線遷移、故障恢復(fù)、快速部署、高可用等；5）支持操作系統(tǒng)種類。

近年來，暨南大學(xué)測試了多款虛擬化產(chǎn)品，通過綜合分析比較，目前重點應(yīng)用的產(chǎn)品包括集中在VMware的ESX和Citrix Xen Server。

VMware ESX的應(yīng)用實踐

暨南大學(xué)數(shù)據(jù)中心測試的版本為V Mware ESX 4.0。1.VMware應(yīng)用情況

本次測試方案為采用的虛擬化平臺為E S X 4.0，硬件為兩臺DELL2950服務(wù)器，存儲系統(tǒng)為EMC的CX700；開啟HA和DRS構(gòu)建高可用分布式自動調(diào)度資源集群系統(tǒng)，在此集群系統(tǒng)中運行了8臺虛擬機，如表1所示。

這些應(yīng)用都有共同的特點，CPU使用率不高，內(nèi)存需求較大，IO 使用率不高。通過vCenter Server可對ESX主機及其虛擬機實現(xiàn)集中管理，并能對主機及虛擬機性能（CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)接口使用情況）進(jìn)行監(jiān)控，圖1顯示了監(jiān)控主機CPU 性能的情況。

通過網(wǎng)管系統(tǒng)對虛擬機進(jìn)行監(jiān)測（如圖2、3、4所示），可以看出該虛擬機性能良好，利用率顯著提升。

2.E S X應(yīng)用效果分析

通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，虛擬機的CPU峰值為7 5%，內(nèi)存使用峰值亦是7 5%，虛擬機系統(tǒng)負(fù)載情況良好，完全滿足應(yīng)用需求，充分利用硬件資源，節(jié)約投資，提高運營效益。

在虛擬機增多時，E S X的D R S功能能很好地均衡虛擬機的負(fù)載，在多個虛擬機之間智能地分配可用資源。當(dāng)虛擬機遇到負(fù)載增大時，DRS將通過在資源池中的物理服務(wù)器之間重新分布虛擬機來自動為其分配更多資源。

E S X使用虛擬機磁盤 (VMDK) 文件為虛擬機提供對自己專用數(shù)據(jù)存儲區(qū)的訪問，使管理員以功能完備、可駐留在共享存儲設(shè)備上的獨立文件形式靈活地創(chuàng)建、管理和遷移虛擬機存儲。在出現(xiàn)硬件故障或災(zāi)難事故時可快速部署服務(wù)、快速遷移，減少服務(wù)中斷時間。

在使用EMC的CX700作為存儲系統(tǒng)之前，測試過使用NFS作為共享存儲服務(wù)，由于NFS的傳輸及性能限制，使得虛擬機I O讀寫性能低下，影響整體性能。所以當(dāng)使用集群方案時必須進(jìn)行存儲系統(tǒng)投入，使得運營成本有所提高。

XenServer應(yīng)用實踐

Citrix于2009年6月發(fā)布了免費和不限制生產(chǎn)配置版本的企業(yè)級XenServer5.5平臺，其核心功能是將一臺物理服務(wù)器虛擬為多臺虛擬服務(wù)器。配合管理工具XenCenter和實時遷移功能XenMotion，可實現(xiàn)多節(jié)點集中管理、嵌入式存儲和完全實時遷移等功能。目前此版本依靠完備的功能和穩(wěn)定的特點，被廣泛使用。

1. XenServer 部署

以XenServer 5.5為虛擬化平臺，暨南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心投入三臺Dell2950進(jìn)行虛擬化前期測試，其配置情況如表2所示。測試目的是結(jié)合高校應(yīng)用的需求對XenServer 5.5的功能、性能及管理進(jìn)行分析調(diào)研，并初步解決數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量不足的問題。

XenServer服務(wù)器端的安裝非常簡便，服務(wù)器端主要功能為底層硬件和網(wǎng)絡(luò)的配置，同時也支持以命令行方式對虛擬機的配置管理。

Xen Cen ter是XenServer配置的可視化管理工具,安裝在Windows平臺下，功能齊全，操作簡便。利用Xen Center，可以同時對多個XenServer服務(wù)端進(jìn)行管理，實現(xiàn)虛擬服務(wù)器的增加、管理、備份、刪除和資源調(diào)整等操作，此外還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、性能監(jiān)控、日志查詢等日常管理功能。

圖2 虛擬機1 CPU一周監(jiān)控圖

圖3 虛擬機1內(nèi)存一周監(jiān)控圖

圖4 虛擬機1負(fù)載一周監(jiān)控圖

經(jīng)過近1年的測試，目前已成功上線安裝近2 0個虛擬機，其中一臺內(nèi)存和硬盤基本飽和，其虛擬機應(yīng)用及資源分配情況如表3所示。

依據(jù)實踐經(jīng)驗，虛擬機運行均相當(dāng)穩(wěn)定。實際性能消耗如圖5所示，非高峰時期，CPU資源的利用率相當(dāng)?shù)?，只?%。在某些虛擬機負(fù)載達(dá)到最高值時，其利用率可達(dá)到1 5%左右。而內(nèi)存的總體使用率較高達(dá)到5 5%，在被監(jiān)測的虛擬機中，使用率均較高。兩臺運行了TOMCA T的虛擬機，其負(fù)載均達(dá)到100%，但從虛擬機內(nèi)部檢測可確定實際內(nèi)存仍有5 0%的空閑。另外在實際管理中，根據(jù)應(yīng)用的負(fù)載情況，需動態(tài)分配剩余的內(nèi)存資源，例如虛擬機8在新生入學(xué)階段會較為繁忙，就業(yè)平臺在畢業(yè)階段訪問數(shù)則較多。

2. XenServer虛擬化技術(shù)應(yīng)用效果分析

(1) 應(yīng)用密度得到極大提高，節(jié)約了空間和電力等成本；如果數(shù)據(jù)中心新型服務(wù)器全部使用虛擬化，在能耗基本不提高的情況下，可將數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用密度提高一倍。

(2) 充分發(fā)揮了服務(wù)器性能，節(jié)省機器購置成本；利用虛擬化技術(shù)對校內(nèi)提供可靠的云計算服務(wù)，得到了各單位的高度認(rèn)可和贊譽。解決了每個服務(wù)器運行一套系統(tǒng)，資源嚴(yán)重浪費的問題。

(3) 在管理維護(hù)上，安裝系統(tǒng)方便，利用預(yù)先做好的系統(tǒng)模板，在2 0分鐘內(nèi)即可完成一個應(yīng)用的部署；在監(jiān)控、遷移和備份上均相當(dāng)方便，可節(jié)省大量人力成本。通過定期備份，并結(jié)合容災(zāi)備份系統(tǒng)，可對生產(chǎn)系統(tǒng)提供數(shù)個版本的備份，使數(shù)據(jù)更加安全。

(4) 資源調(diào)配較靈活。依據(jù)應(yīng)用的需要，提前分配好資源，令計算能力達(dá)到最高值。如心理中心在進(jìn)行心理測試的階段，可臨時分配3 G內(nèi)存供其使用。

3. XenServer的局限

XenServer虛擬化技術(shù)帶來了巨大的效益，但在以下方面仍有局限：

(1)雖然XenServer提供了免費的版本，但需要反復(fù)申請有效期為1年的使用許可，造成了業(yè)務(wù)上的不確定性，大規(guī)模部署受到限制。

(2)通過實踐發(fā)現(xiàn)，內(nèi)存數(shù)量是各虛擬機的主要瓶頸，而且XenServer客戶端需損耗1 5%的內(nèi)存，因此以每個虛擬機配備2 G內(nèi)存的方式較為妥當(dāng)。目前發(fā)現(xiàn)，XenServer免費版限制虛擬CPU的個數(shù)為8個，即每臺物理服務(wù)器最多可虛擬8臺的虛擬機，結(jié)合CPU的實際使用效率，在增加額外內(nèi)存的情況下仍可容納多一倍的虛擬機。

(3)無法真正動態(tài)分配資源，每次分配后需要重新啟動相應(yīng)的虛擬機系統(tǒng)。如果系統(tǒng)資源能實現(xiàn)共享，則可以最大化利用硬件資源。

表2 Dell 2950服務(wù)器硬件配置情況

表3 虛擬機資源分配與負(fù)載

圖5 通過XenCenter監(jiān)測虛擬機狀態(tài)

總結(jié)及展望

虛擬化技術(shù)在暨南大學(xué)測試取得一定成果，學(xué)校還將在接下來的時間里重點針對開源版本的虛擬化技術(shù)進(jìn)行深入測試，并通過橫向比較來選取最適合高校應(yīng)用的解決方案，從而推動“數(shù)據(jù)中心”虛擬化進(jìn)程，在可不增加投資的情況下，有效解決供需矛盾，提高信息化建設(shè)水平。

同時，服務(wù)器虛擬化不只切合當(dāng)前綠色低碳的環(huán)保理念，也是節(jié)約成本、提升效能的利器，更是構(gòu)建高?！霸朴嬎恪逼脚_的基礎(chǔ)。相信隨著虛擬化技術(shù)的深入發(fā)展，虛擬化應(yīng)用也將成為數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配和核心技術(shù)之一，為校園信息化平臺的心臟“數(shù)據(jù)中心”提供動力。