探索數(shù)據(jù)中心虛擬化

文/張友吾 葉谷平

探索數(shù)據(jù)中心虛擬化

文/張友吾 葉谷平

就目前的國(guó)內(nèi)外形式來(lái)看，真正實(shí)現(xiàn)虛擬化的數(shù)據(jù)中心比例還不高。國(guó)內(nèi)推廣虛擬化的難點(diǎn)主要是安全、穩(wěn)定性以及由此帶來(lái)的未知性。

虛擬化普遍被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是云計(jì)算發(fā)展的基礎(chǔ)，包括存儲(chǔ)虛擬化、服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化，更重要的是：沒(méi)有基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬化，就沒(méi)法發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)。

存儲(chǔ)虛擬化促使設(shè)備的高效利用

存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)包括以下兩個(gè)方面：一是將存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部功能與具體應(yīng)用、主機(jī)及通用網(wǎng)絡(luò)資源分離、隱藏及抽象的行為，以期達(dá)到存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)管理的網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)性；二是對(duì)于存儲(chǔ)服務(wù)及設(shè)備的虛擬化應(yīng)用，以期達(dá)到整合設(shè)備功能，隱藏復(fù)雜細(xì)節(jié)及向已經(jīng)存在的底層存儲(chǔ)資源添加新的應(yīng)用。對(duì)比一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的虛擬存儲(chǔ)部分就像計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)，對(duì)下層管理著各種特殊而具體的設(shè)備，對(duì)上層提供相對(duì)統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境和資源使用方式。

湛江師范學(xué)院很早就在本校的網(wǎng)絡(luò)中心和圖書(shū)館配置FC存儲(chǔ)和iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備，為用戶(hù)提供大容量、高速的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)我們也在學(xué)校的其他場(chǎng)景應(yīng)用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)。我校的普通話考試一直采用機(jī)考，因?yàn)闆](méi)有專(zhuān)用考試機(jī)房，一直與其他的專(zhuān)業(yè)機(jī)房混用PC機(jī)。出于對(duì)考試數(shù)據(jù)的保密工作，我們需要購(gòu)買(mǎi)新的PC機(jī)專(zhuān)門(mén)用作普通話考試機(jī)，然而這需要大量的資金投入，因此，我們運(yùn)用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)將考試機(jī)器和考試數(shù)據(jù)分離，既實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保密又節(jié)省大量資金。具體的做法是：我們用開(kāi)源軟件Openfiler構(gòu)建一個(gè)開(kāi)源存儲(chǔ)服務(wù)器，針對(duì)每一臺(tái)考試機(jī)建立一個(gè)target，考試程序和數(shù)據(jù)都安裝在這個(gè)targer上，考試機(jī)需要管理員輸入密碼和用戶(hù)名才能連接上target進(jìn)行考試，考試完畢后斷開(kāi)連接，PC機(jī)又可以作為其他專(zhuān)業(yè)機(jī)器使用，從2011年的使用情況來(lái)看，效果良好。

存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的一個(gè)值得關(guān)注的趨勢(shì)就是本地存儲(chǔ)的虛擬化。虛擬化技術(shù)的大爆發(fā)產(chǎn)生大量使用SAN和NAS的需求，在每一次發(fā)展之后，本地磁盤(pán)都變得越來(lái)越不重要。與此同時(shí)，本地磁盤(pán)的性能越來(lái)越好，價(jià)格也越來(lái)越低。D a t a C o r e的SANsymphony-V 將多臺(tái)服務(wù)器的本地磁盤(pán)整合為共享的存儲(chǔ)池，提供只有企業(yè)級(jí)共享存儲(chǔ)解決方案才具備的冗余以及高可用性，同時(shí)該產(chǎn)品在沒(méi)有使用集中NAS設(shè)備的情況下還提供NAS功能。

服務(wù)器虛擬化助力資源整合

隨著高校數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)，信息化程度越來(lái)越高，數(shù)據(jù)中心越來(lái)越普及，高校教學(xué)和科研應(yīng)用越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的資源固定分配模式的IT基礎(chǔ)設(shè)施面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。人們已經(jīng)越來(lái)越清楚地看到：許多按照傳統(tǒng)模式建立起來(lái)的IT系統(tǒng)的癥結(jié)的關(guān)鍵不是性能不夠，而是適應(yīng)變化的能力不夠。IT架構(gòu)正在從“以網(wǎng)絡(luò)為核心”向“以數(shù)據(jù)為核心”轉(zhuǎn)變，大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)被提升到前所未有的位置，存儲(chǔ)系統(tǒng)作為IT架構(gòu)核心組成的地位得到空前強(qiáng)化，成為海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基礎(chǔ)載體。如何高效地管理數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，同時(shí)又能保證數(shù)據(jù)的安全，是所有數(shù)據(jù)中心管理者關(guān)心的問(wèn)題。

虛擬化給數(shù)據(jù)中心帶來(lái)諸多好處，利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)， 將現(xiàn)有服務(wù)器物理資源抽象成一個(gè)擁有巨大計(jì)算能力的“云”資源池，應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可以動(dòng)態(tài)調(diào)用這個(gè)“池”中的所有資源。這樣，按照峰值設(shè)計(jì)服務(wù)器資源中浪費(fèi)掉的那部分就被充分地利用起來(lái)，服務(wù)器資源的利用率能提高到60%~80%，這與現(xiàn)有IT 系統(tǒng)評(píng)價(jià)5%~10%的資源利用率形成巨大反差，我們僅需要原來(lái)服務(wù)器大約25%的資源即可滿(mǎn)足信息系統(tǒng)運(yùn)行需求，節(jié)省約75%的服務(wù)器運(yùn)營(yíng)成本。

虛擬化數(shù)據(jù)中心可以使高校在數(shù)據(jù)中心輕松部署更多應(yīng)用，而不再是每次新增應(yīng)用就采購(gòu)對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)備，這使得應(yīng)用可以更快地部署，縮短應(yīng)用的交付時(shí)間，提高業(yè)務(wù)效率。

需要注意的是，在這一過(guò)程中，高校雖然減少購(gòu)買(mǎi)基礎(chǔ)硬件的成本，但同時(shí)要求高校提高對(duì)IT系統(tǒng)應(yīng)用和管理的能力。就目前的國(guó)內(nèi)外形式來(lái)看，真正實(shí)現(xiàn)虛擬化的數(shù)據(jù)中心比例還不高。國(guó)內(nèi)推廣虛擬化的難點(diǎn)主要是安全、穩(wěn)定性以及由此帶來(lái)的未知性。由物理機(jī)變成虛擬機(jī)有很多未知性，從用戶(hù)的角度去判斷實(shí)施虛擬化后會(huì)帶來(lái)什么問(wèn)題，比如數(shù)據(jù)中心的幾百臺(tái)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)虛擬化以后如何管理，人員、工具、流程發(fā)生什么變化等等。

目前我校在服務(wù)器虛擬化方面做的工作是：已經(jīng)測(cè)試了VMware、Citrix和開(kāi)源的Xen等服務(wù)器虛擬化平臺(tái)。VMware公司的虛擬化產(chǎn)品線較為齊全，用戶(hù)較多，但其收費(fèi)較貴，其虛擬化平臺(tái)最新版本為esxi 5，按照物理CPU收費(fèi)。Citrix（思杰）：按物理服務(wù)器收費(fèi)，比較合理，產(chǎn)品線較為豐富。Xen是一個(gè)開(kāi)源虛擬化軟件，開(kāi)放源代碼Xen hypervisor 開(kāi)始只是劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)有趣的項(xiàng)目，其最新的版本是4.1，不過(guò)Xen并沒(méi)有像其他商業(yè)廠商那樣提供大量的企業(yè)級(jí)支持工具。

目前，我校在兩臺(tái)曙光C85F刀片上部署XenServer。為了測(cè)試其穩(wěn)定性和速度，在另一個(gè)網(wǎng)段用普通PC機(jī)搭建Openfiler存儲(chǔ)系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)上運(yùn)行實(shí)訓(xùn)中心管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，輕負(fù)載情況下熱遷移速度在30s~60s左右，HA速度在兩分鐘左右，對(duì)于校園網(wǎng)環(huán)境基本夠用。

我校的精品課程服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)器以前都是單機(jī)運(yùn)行，機(jī)器比較舊，訪問(wèn)量大，經(jīng)常出問(wèn)題，為了解決問(wèn)題，我們將精品課程服務(wù)器直接遷移到XenServer上成為精品課程服務(wù)器虛擬機(jī)，并在另一臺(tái)XenServer上創(chuàng)建一個(gè)精品課程服務(wù)器虛擬機(jī)，兩個(gè)精品課程服務(wù)器虛擬機(jī)位于兩臺(tái)XenServer上，兩個(gè)精品課程服務(wù)器虛擬機(jī)之間進(jìn)行Web負(fù)載均衡，共同對(duì)外提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)器也進(jìn)行同樣配置，取得很好的效果。

我們的近期目標(biāo)是基于虛擬化技術(shù)整合數(shù)據(jù)中心資源，提高數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用效率及高可用性，降低學(xué)校校運(yùn)營(yíng)成本，初步整合率希望達(dá)到平均5∶1，服務(wù)器資源利用率達(dá)到50%。

圖 未來(lái)的虛擬化架構(gòu)

桌面虛擬化簡(jiǎn)化IT治理

我們正在進(jìn)行桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化的探索。由于相當(dāng)一部分機(jī)房的機(jī)器老化，維護(hù)需要投入大量的精力和資金，而桌面虛擬化技術(shù)可以在數(shù)據(jù)中心集中應(yīng)用軟件，簡(jiǎn)化IT治理及配置，即充分利用硬件資源，盡量減少軟件沖突，為網(wǎng)管人員帶來(lái)更大的控制權(quán)和靈活性，同時(shí)也可以減少資金的投入。

目前在桌面虛擬化方面有很多方案可以選擇，專(zhuān)業(yè)廠商有Citrix的XenDesktop和VMware的View,國(guó)內(nèi)外的一些知名IT廠商也推出自己的虛擬桌面解決方案，如華為的桌面云終端、戴爾的虛擬實(shí)驗(yàn)室等等。

我們近期準(zhǔn)備測(cè)試Citrix的XenDesktop和VMware的View的兩個(gè)產(chǎn)品。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化的價(jià)值和挑戰(zhàn)

網(wǎng)絡(luò)虛擬化不只是管理虛擬環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)，它實(shí)際上是對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)及其組件比如交換機(jī)、端口以及路由器進(jìn)行抽象。采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以將多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)或者將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分割為多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)虛擬化也帶來(lái)一些挑戰(zhàn)，包括虛擬交換機(jī)管理、安全問(wèn)題以及虛擬網(wǎng)絡(luò)的流量監(jiān)控。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化分為外部網(wǎng)絡(luò)虛擬化和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)虛擬化。外部網(wǎng)絡(luò)虛擬化應(yīng)用于適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)中，影響物理網(wǎng)絡(luò)中的諸多元素，比如布線、網(wǎng)絡(luò)適配器、交換機(jī)、路由器等。外部網(wǎng)絡(luò)虛擬化將多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)整合為更大的邏輯網(wǎng)絡(luò)或者將單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。由于歷史原因，我校的有些網(wǎng)絡(luò)都是單獨(dú)構(gòu)建并且在物理上獨(dú)立的，如一卡通、視頻監(jiān)控、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等，這樣的網(wǎng)絡(luò)無(wú)法納入網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和排除故障。在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，我校準(zhǔn)備采用MPLS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一，既保證安全性又便于管理。

我校目前在建的無(wú)線局域網(wǎng)也實(shí)現(xiàn)了虛擬網(wǎng)絡(luò)。校方和運(yùn)營(yíng)商都可以參與WLAN建設(shè)：由運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，學(xué)校負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)物業(yè)的協(xié)調(diào)，并提供相應(yīng)的電力、機(jī)房、維護(hù)等資源的便利。在運(yùn)營(yíng)時(shí)，學(xué)校擁有自己的SSID，通過(guò)AC出口的虛擬VLAN劃分，可以連接學(xué)校的內(nèi)網(wǎng)，運(yùn)營(yíng)商有自己的SSID，可以直接通過(guò)AC出口接入運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)。

內(nèi)部虛擬化借助基于軟件的虛擬交換機(jī)和虛擬網(wǎng)絡(luò)端口，使各種網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能夠與同一物理服務(wù)器上的其他網(wǎng)絡(luò)負(fù)載共存。當(dāng)同一臺(tái)物理服務(wù)器上的兩臺(tái)虛擬機(jī)交換數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)流量并不會(huì)經(jīng)過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)。工作負(fù)載只在物理服務(wù)器的內(nèi)存中交換數(shù)據(jù)。對(duì)工作負(fù)載之間的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，這提供了極其快速的性能，因?yàn)閿?shù)據(jù)不需要流經(jīng)外部網(wǎng)絡(luò)，解放了網(wǎng)絡(luò)中其他服務(wù)器及任務(wù)所需要的帶寬。但同時(shí)也帶來(lái)一些安全問(wèn)題：內(nèi)部虛擬機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)流量只停留在物理服務(wù)器內(nèi)部，并不會(huì)流經(jīng)物理網(wǎng)絡(luò)，那么并沒(méi)有實(shí)際可用的方法來(lái)監(jiān)控或管理內(nèi)部的虛擬網(wǎng)絡(luò)流量，這導(dǎo)致監(jiān)管的缺失；數(shù)據(jù)并不會(huì)被物理網(wǎng)絡(luò)識(shí)別到，因此也不會(huì)被網(wǎng)絡(luò)防火墻、服務(wù)工具、訪問(wèn)控制列表(ACL)以及用于在網(wǎng)絡(luò)層保護(hù)服務(wù)器的IDS/IPS系統(tǒng)所識(shí)別，管理員通常并不能獲得重要的網(wǎng)絡(luò)性能及安全信息。在此我們就要關(guān)注是否有技術(shù)將虛擬網(wǎng)絡(luò)的流量牽引到物理網(wǎng)絡(luò)，從而通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。未來(lái)的虛擬化架構(gòu)如圖所示。

構(gòu)建湛江師范學(xué)院教育云

云服務(wù)是云計(jì)算概念的延伸，是一種良好的服務(wù)模式，可以與信息技術(shù)服務(wù)和資源建設(shè)等整合。它實(shí)質(zhì)上是與以前我們?cè)诟咝Ｐ畔⒒薪⒓谢芾砟Ｊ胶唾Y源整合，建立公共的IT 服務(wù)及資源應(yīng)用的平臺(tái)是相關(guān)的，是一種集成和發(fā)展?，F(xiàn)在我們談得更多的是云服務(wù)這個(gè)概念，它與原來(lái)的整合模式?jīng)]有太大的差別，只不過(guò)高校不斷引入企業(yè)來(lái)提供云服務(wù)平臺(tái)。而教育云就是將教育服務(wù)的資源通過(guò)云計(jì)算的模式提供給用戶(hù)。

我校有著區(qū)位優(yōu)勢(shì)和行業(yè)優(yōu)勢(shì)：湛江師范學(xué)院是粵西地區(qū)唯一一所教育院校，輻射湛江、茂名、陽(yáng)江三個(gè)地市，三個(gè)地區(qū)的70%的中小學(xué)教師都畢業(yè)于我校，我校還是廣東省幼兒園園長(zhǎng)、湛江中小學(xué)校長(zhǎng)以及中小學(xué)教師的培訓(xùn)基地等。

廣大教育工作者對(duì)各種教育資源、教育信息化的需求非常迫切，但是缺乏相應(yīng)的資金和技術(shù)能力去投入，針對(duì)這種情況，我們可以構(gòu)建教育云提供給他們使用，具體的做法是：

1. IaaS的初步實(shí)現(xiàn)：保證基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)向校內(nèi)外提供服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源，即對(duì)內(nèi)向各個(gè)院系和單位提供各種虛擬機(jī)，對(duì)外向相關(guān)中小學(xué)、幼兒園提供虛擬服務(wù)器、虛擬存儲(chǔ)等資源。

2. PaaS的實(shí)現(xiàn)：對(duì)于IT投入不足、技術(shù)實(shí)力較弱的單位提供虛擬平臺(tái)，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用架構(gòu)等，比如一些單位需要Web服務(wù)器，虛擬平臺(tái)就必須包括Apache和MySQL。

3. SaaS的實(shí)現(xiàn)：提供各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如精品課程的網(wǎng)上申請(qǐng)、創(chuàng)建、在線編輯、網(wǎng)絡(luò)教務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)OA系統(tǒng)、學(xué)生管理系統(tǒng)、圖書(shū)館資源、高性能計(jì)算等。

（作者單位為湛江師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心）

[1] 金海. Xen虛擬化技術(shù). 華中科技大學(xué)出版社.

[2] 袁佰歲. 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù) .科技浪潮 2010年 05期.

[3] 李雙權(quán)，王燕偉. 云計(jì)算中服務(wù)器虛擬化技術(shù)探討. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù) 2011年 10期.

[4] 劉臻. 教育云的建設(shè)和運(yùn)行機(jī)制亟待建立. 中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)2011年06期.