服務(wù)器虛擬化技術(shù)在江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

寇曉芳，殷 祥

（1.江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，江蘇南京 210036；2.江蘇潤(rùn)和軟件股份有限公司，江蘇南京 210000）

近年來，隨著江蘇省環(huán)保信息化建設(shè)的不斷深入和信息業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)量越來越多，對(duì)空間、電力等機(jī)房環(huán)境的資源消耗不斷提升（包括空間、機(jī)柜、耗電量、冷氣空調(diào)等），同時(shí)大量的服務(wù)器資源利用率較低，造成了資源的閑置。隨著服務(wù)器數(shù)量的增長(zhǎng)，隨之而來的管理難度也在增加，服務(wù)器安裝配置越來越多，系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)和數(shù)據(jù)備份方案變得越來越復(fù)雜。

1 服務(wù)器管理面臨的問題

江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心負(fù)責(zé)省環(huán)保廳機(jī)房大量服務(wù)器的運(yùn)維和管理，這些服務(wù)器硬件型號(hào)和系統(tǒng)配置各異，部署的業(yè)務(wù)系統(tǒng)大不相同，分布的物理位置也有所分散。目前，在服務(wù)器的管理上面臨以下幾點(diǎn)主要問題。

1.1 機(jī)房空間緊張

隨著服務(wù)器數(shù)量的增加，供電需求也大大增加，機(jī)房的供電線路升級(jí)改造已無法滿足快速增加的能量消耗。同時(shí)，由于受供電、散熱和線路走向等因素的制約而導(dǎo)致機(jī)架布局不合理，布線密度加大，使得機(jī)房空間嚴(yán)重不足。

1.2 管理維護(hù)水平低

采用獨(dú)立服務(wù)器的方式進(jìn)行部署，需要投入大量的人力、物力為每一臺(tái)物理服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)，一旦出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用癱瘓。

1.3 資源利用率不高

多數(shù)服務(wù)器利用率只有25%左右，而這些服務(wù)器卻占用了大量的機(jī)房空間和運(yùn)行支撐資源。

1.4 數(shù)據(jù)備份困難

在江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，不同的硬件平臺(tái)與操作系統(tǒng)給系統(tǒng)備份和快速恢復(fù)帶來了困難，管理員難以對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的備份管理和快速恢復(fù)。

如何合理利用現(xiàn)有的服務(wù)器資源，充分提高服務(wù)器的利用率，加快應(yīng)用部署的速度，提供高可靠性、高可用性的應(yīng)用服務(wù)，是江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中亟待解決的問題。

2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)

服務(wù)器虛擬化（Server Virtualization）是指將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至上百臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器，讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合。將物理機(jī)器、操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序“打包”成為一個(gè)文件，稱之為虛擬機(jī)（Virtual Machine），虛擬機(jī)又稱為虛擬機(jī)監(jiān)控器。虛擬機(jī)監(jiān)控器的核心功能就是截獲軟件對(duì)硬件接口調(diào)用，并重新解釋為對(duì)虛擬硬件的訪問。虛擬機(jī)可以看作是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)等。通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)，一臺(tái)機(jī)器可以支持Windows、Linux、Unix等不同操作系統(tǒng)的同時(shí)運(yùn)行，而不需要重啟機(jī)器來切換操作系統(tǒng)，即允許不同操作系統(tǒng)的多個(gè)虛擬機(jī)在一臺(tái)物理服務(wù)器上獨(dú)立并行。

3 Windows Server 2012內(nèi)置的Hyper-V技術(shù)

Windows Server 2012提供了基于硬件的虛擬機(jī)架構(gòu)，這種硬件架構(gòu)的效率比基于軟件的VMware要更高，Hyper-V是一個(gè)Hypervisor(系統(tǒng)管理程序)，它的主要作用就是管理、調(diào)度虛擬機(jī)的創(chuàng)建和運(yùn)行，并提供硬件資源的虛擬化。

Hyper-V引入一個(gè)全新的虛擬交換機(jī)，它可以在不同的宿主服務(wù)器上跨虛擬機(jī)支持Windows網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。此外，對(duì)運(yùn)行著的虛擬機(jī)Hyper-V能夠生成多個(gè)快照，并且具備返回到已保存的任意快照的能力。

Hyper-V的3個(gè)主要的組成部分是虛擬機(jī)管理器、虛擬化堆棧和新的虛擬I/O模型。Windows虛擬機(jī)管理器主要用來創(chuàng)建不同的分區(qū)，每一個(gè)虛擬化實(shí)例代碼都會(huì)在各自的分區(qū)內(nèi)運(yùn)行。虛擬化堆棧和I/O模型用于提供與Windows自身以及所創(chuàng)建的各種分區(qū)之間的交互。這3個(gè)組成部分之間相互協(xié)調(diào)工作。Hyper-V中的服務(wù)器帶有配備Intel VT或AMD-V輔助技術(shù)的處理機(jī)，Hyper-V使用這個(gè)服務(wù)器與虛擬機(jī)管理器進(jìn)行交互。虛擬機(jī)管理器使得主機(jī)操作系統(tǒng)可以在單一物理處理機(jī)上運(yùn)行來有效地管理多個(gè)虛擬機(jī)及多個(gè)虛擬操作系統(tǒng)。

由于不需要安裝第三方軟件，其兼容性非常好，伴隨著有效的進(jìn)程管理，可以向提供虛擬化服務(wù)的機(jī)器中熱添加資源，從處理機(jī)到內(nèi)存，從網(wǎng)卡到附加存儲(chǔ)媒介，可以將所有這些設(shè)備添加到Hyper-V中，而不需要停止任何其它服務(wù)，也不需要中斷用戶的會(huì)話?；谏鲜龇治?，本文采用Hyper-V技術(shù)來進(jìn)行江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的虛擬化部署。

4 服務(wù)器的虛擬化部署

江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)中，大量應(yīng)用需要服務(wù)器進(jìn)行部署。購(gòu)置新服務(wù)器，機(jī)房在供電能力和空間上都不滿足要求，而現(xiàn)有6臺(tái)刀片服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器上資源占用不到25%，造成大量的服務(wù)器資源浪費(fèi)，為此在實(shí)施的過程中采用了虛擬化技術(shù)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行虛擬化部署，實(shí)施步驟包括以下幾點(diǎn)。

4.1 系統(tǒng)資源規(guī)劃

首先需要對(duì)即將部署的6臺(tái)刀片服務(wù)器的硬件使用情況進(jìn)行規(guī)劃，包括CPU、內(nèi)存、磁盤大小及利用率等。確定每臺(tái)虛擬機(jī)的資源需求，再匯總出總的硬件資源需求，從而確定需要多少臺(tái)物理服務(wù)器才能滿足這些需求。

4.2 原系統(tǒng)備份

通過服務(wù)器系統(tǒng)備份軟件XenConvert，將原有的物理服務(wù)器的各磁盤備份為*.vhd。

4.3 虛擬環(huán)境搭建

在物理服務(wù)器上Windows Server 2012并啟用Hyper-V3.0。

4.4 原系統(tǒng)遷移

按規(guī)劃的配置需求在Hyper-V上創(chuàng)建虛擬機(jī)，并配置CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)，再掛接原先系統(tǒng)備份的*.vhd文件。

4.5 新系統(tǒng)搭建

創(chuàng)建虛擬機(jī)，然后安裝相應(yīng)的應(yīng)用軟件。

4.6 測(cè)試與性能調(diào)整

部署完成后，要對(duì)虛擬環(huán)境的性能進(jìn)行監(jiān)控，不斷調(diào)整資源的使用，進(jìn)行性能優(yōu)化，保證每臺(tái)虛擬機(jī)的可靠、高效運(yùn)行。

5 虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)備份

虛擬機(jī)備份是運(yùn)維過程中必備的環(huán)節(jié)，因?yàn)檐浖到y(tǒng)和設(shè)備損壞后可以重新購(gòu)置安裝，但業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無法再生。虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)備份主要有以下幾種方式。

5.1 虛擬機(jī)實(shí)例的聯(lián)機(jī)備份

為保證在業(yè)務(wù)系統(tǒng)不中斷的情況下完成備份工作，Hyper-V可與Windows Server 2012中的VSS進(jìn)行交互，以允許對(duì)正在運(yùn)行的虛擬機(jī)進(jìn)行備份。

5.2 備份文件遠(yuǎn)程復(fù)制

Hyper-V通過DPM實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的遠(yuǎn)程災(zāi)備，DPM使用Integration Services Hyper-V VSS使得 DPM備份數(shù)據(jù)而無需暫?；蛑袛嘤脩暨B接。DPM也可備份群集，并且支持VMM的快速遷移。

5.3 虛擬機(jī)快照

Hyper-V可與Microsoft Volume Shadow Copy服務(wù)相集成，使管理員能夠創(chuàng)建正在運(yùn)行的虛擬機(jī)的時(shí)間點(diǎn)（point-in-time）快照，這在備份與災(zāi)難恢復(fù)的情況下非常有用。此外，當(dāng)管理員需要實(shí)施復(fù)雜或高風(fēng)險(xiǎn)的配置更改時(shí)也極為有用，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)問題，他們可以選擇回滾更改。在管理員創(chuàng)建虛擬機(jī)的快照時(shí)，Hyper-V可在拍攝快照之前確保虛擬機(jī)處于一致的狀態(tài)。

在江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，虛擬化平臺(tái)上運(yùn)行的都是比較關(guān)鍵和重要的業(yè)務(wù)應(yīng)用，因此采用分鐘到數(shù)小時(shí)或立即實(shí)時(shí)的恢復(fù)目標(biāo)，提供了兩種災(zāi)備方案：（1）分鐘到數(shù)小時(shí)。使用DPM服務(wù)器在遠(yuǎn)程災(zāi)備站點(diǎn)不間斷地創(chuàng)建實(shí)施VM備份，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生意外時(shí)，通過DPM進(jìn)行虛機(jī)還原，使遠(yuǎn)程災(zāi)備站點(diǎn)發(fā)揮作用。（2）立即實(shí)時(shí)。使用跨地理位置的Windows Server 2012故障轉(zhuǎn)移群集實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的災(zāi)難恢復(fù)。

6 服務(wù)器虛擬化的優(yōu)勢(shì)

將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到服務(wù)器管理中，可以整合服務(wù)器資源，提高服務(wù)器的利用率，消除服務(wù)器管理的混亂局面，極大縮短系統(tǒng)安裝配置的時(shí)間，提高環(huán)保信息化建設(shè)的水平。

結(jié)果表明，虛擬化的應(yīng)用使得服務(wù)器的利用率提高了30%～50%，服務(wù)器的性能得到了充分發(fā)揮，并減少了物理服務(wù)器的數(shù)量，節(jié)省了設(shè)備經(jīng)費(fèi)。

服務(wù)器虛擬化極大地提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。原始服務(wù)器的性能受到物理設(shè)備的限制，其性能都是固定的，需要更換硬件來擴(kuò)充其性能。虛擬機(jī)可以根據(jù)宿主機(jī)的設(shè)備性能來設(shè)置虛擬系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，因此只要宿主機(jī)性能允許，虛擬服務(wù)器可以充分的擴(kuò)展自身的性能。

虛擬系統(tǒng)的性能擴(kuò)展根據(jù)實(shí)際的需要來設(shè)定，通過添加CPU、內(nèi)存、硬盤對(duì)原來的物理器進(jìn)行擴(kuò)容，虛擬服務(wù)器的整體運(yùn)行性能比原有的服務(wù)器更加高效。

實(shí)踐證明虛擬服務(wù)器比原有的系統(tǒng)在使用部署和設(shè)備性能方面擁有更高的擴(kuò)展性。

7 結(jié)語

本文討論了服務(wù)器虛擬化技術(shù)在江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，虛擬化服務(wù)器與機(jī)架式服務(wù)器相比，在資源利用、災(zāi)備、可擴(kuò)展性方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用能節(jié)約機(jī)房大量資源，提高維護(hù)管理水平并降低建設(shè)成本，在政府信息化建設(shè)中值得大力推廣使用。

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