服務(wù)器虛擬化技術(shù)與應(yīng)用

孫晨陽

摘 要：本文主要闡述了服務(wù)器虛擬化技術(shù)、虛擬化軟件VMware及其應(yīng)用,并探討了使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)和VMware軟件來進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)整合的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、方案設(shè)計(jì)和操作步驟，對實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題找出了解決辦法。

關(guān)鍵詞：服務(wù)器虛擬化； VMware

中圖分類號：TP368.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）03-169-002

我局近年以來信息化工作飛速發(fā)展，隨之而來的是應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)量快速增加，我局中心機(jī)房的服務(wù)器數(shù)量已增加至18臺，且有繼續(xù)增加的可能。

由于服務(wù)器數(shù)量較多，而服務(wù)器利用率很低（平均值15%），導(dǎo)致系統(tǒng)維護(hù)困難，資源不能有效利用，采購成本和運(yùn)行成本增加。服務(wù)器無法靈活調(diào)配，不能快速地對新的業(yè)務(wù)需求做出響應(yīng)。軟件硬件維護(hù)升級困難，業(yè)務(wù)系統(tǒng)和服務(wù)器不得不停機(jī)，無法保證24 小時(shí)運(yùn)行。

如何才能充分提高服務(wù)器的利用率，加快應(yīng)用系統(tǒng)部署的速度，提供高可靠、高可用的應(yīng)用服務(wù)，簡化管理的復(fù)雜性，提高整體系統(tǒng)的可用性，服務(wù)器虛擬化技術(shù)的引入，為我們提供了一套可行的方案。為此，2013年3月，我局實(shí)施了“服務(wù)器虛擬化試點(diǎn)項(xiàng)目”。在這個(gè)項(xiàng)目中，本人作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，主要擔(dān)任系統(tǒng)整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作。

1.服務(wù)器虛擬化技術(shù)

服務(wù)器虛擬化，形象表述就是把一臺物理的服務(wù)器虛擬化為多個(gè)虛擬機(jī)，通過這種技術(shù)，在一臺機(jī)器上可以支持Linux、Windows、UNIX等操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。它將物理機(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)VM。虛擬化將提高服務(wù)器的利用率, 減少系統(tǒng)管理的復(fù)雜度,促進(jìn)服務(wù)器的可用性, 減少服務(wù)器的需求數(shù)量,節(jié)省投資和維護(hù)成本等。

從計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用上看有兩大類:硬件虛擬化技術(shù)和軟件虛擬化技術(shù)。

硬件虛擬化技術(shù)的特點(diǎn)是運(yùn)用動態(tài)邏輯分區(qū)技術(shù),即將一個(gè)物理服務(wù)器分割為多個(gè)具有獨(dú)立CPU、內(nèi)存和I/O資源的邏輯服務(wù)器(也稱虛擬機(jī))，在各個(gè)虛擬機(jī)上安裝并獨(dú)立運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)。

軟件虛擬化技術(shù)是在實(shí)體主機(jī)的硬件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)之間建立一個(gè)稱為虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM的軟件監(jiān)控層,操作系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的通信，通過VMM的分析和轉(zhuǎn)換后，再轉(zhuǎn)向控制硬件系統(tǒng)。由于VMM對系統(tǒng)指令的攔截和轉(zhuǎn)換的特殊作用，使得在VMM上可同時(shí)支持多個(gè)異構(gòu)操作系統(tǒng)的運(yùn)行。

當(dāng)然,采用軟件虛擬化技術(shù),會使系統(tǒng)的整體性能受到一定的影響(估計(jì)近10%-30%),但相對于整個(gè)的實(shí)際使用效率,特別是讓服務(wù)器的利用率從15%提高到60%以上這個(gè)事實(shí)來看,這個(gè)代價(jià)是值得的。

目前較為成熟，得到廣泛應(yīng)用軟件虛擬技術(shù)的是VMware的vSphere。

2.VMware虛擬架構(gòu)套件vSphere

vSphere主要包括以下組件：

VMwareESX虛擬化平臺

ESX Server 5.0是VMware虛擬架構(gòu)套件vSphere的基礎(chǔ)組成部分，是動態(tài)、自我優(yōu)化的IT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。它直接安裝在物理服務(wù)器的裸機(jī)上，將物理服務(wù)器上的處理器、內(nèi)存、存儲器和網(wǎng)絡(luò)資源抽象到多個(gè)虛擬機(jī)中。每個(gè)虛擬機(jī)與服務(wù)器硬件及其他虛擬機(jī)相隔離，確保當(dāng)某個(gè)虛擬機(jī)崩潰時(shí)不會影響其他虛擬機(jī)。

VMware Virtual Center管理中心

Virtual Center 是一套虛擬架構(gòu)的管理軟件，能快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和系統(tǒng)服務(wù)的重配置和再分配，它仿佛一個(gè)邏輯的虛擬機(jī)池，可管理全部的虛擬機(jī)資源。VMware

VMware HA

VMware HA用來解決系統(tǒng)高可用性問題。VMware HA同時(shí)針對于硬件服務(wù)器和虛擬服務(wù)器，硬件服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，VMware HA機(jī)制可以把出現(xiàn)故障的物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)都遷移到同一個(gè)集群內(nèi)的其他物理服務(wù)器上。虛擬服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，比如系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)藍(lán)屏?xí)r，VMware HA檢測機(jī)制會通過VMware Tools來重新引導(dǎo)虛擬服務(wù)器。

VMware Vmotion

VMware Vmotion 用來解決系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線遷移問題，一臺虛擬機(jī)發(fā)生故障時(shí)，管理員可使用VMware Vmotion平滑地將這臺虛擬機(jī)在線遷移到另一臺虛擬機(jī)，在此過程中，服務(wù)器不需要停機(jī)，從而有效地保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

VMware DRS

VMware DRS用來解決動態(tài)資源調(diào)配問題。VMware DRS 持續(xù)監(jiān)控各資源池的利用率，并可創(chuàng)建規(guī)則和策略，智能地根據(jù)業(yè)務(wù)需求來調(diào)整資源，將資源動態(tài)分配給優(yōu)先級最高的應(yīng)用程序。

3.服務(wù)器虛擬化相關(guān)技術(shù)在我局的應(yīng)用

我局目前擁有的18臺服務(wù)器，運(yùn)行包括財(cái)務(wù)、檔案、人事、防病毒、視頻會議、內(nèi)外網(wǎng)站、OA系統(tǒng)、船舶動態(tài)監(jiān)控、船舶調(diào)度等14套不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。這次實(shí)施的“服務(wù)器虛擬化試點(diǎn)項(xiàng)目”，準(zhǔn)備將其中運(yùn)行在15臺服務(wù)器上的12套業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合到虛擬服務(wù)器上，將服務(wù)器數(shù)量減少到8臺以下，并實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)主要目標(biāo)：

主機(jī)能夠動態(tài)遷移；

能夠徹底杜絕當(dāng)機(jī)造成的業(yè)務(wù)中斷；

資源分配與調(diào)度科學(xué)可控化。

經(jīng)過詳細(xì)的需求分析和技術(shù)論證，我們選擇了VMware的vSphere虛擬化套件來實(shí)施本次項(xiàng)目，并設(shè)計(jì)以下服務(wù)器虛擬化整合的方案：

利用我局現(xiàn)有的2臺HP 580G5服務(wù)器和2臺IBM 3850服務(wù)器作為物理服務(wù)器，后端利用千兆交換機(jī)連接1臺DELL PS4000 iSCSI SAN陣列作為共享存儲設(shè)備，采用vSphere5.0建立虛擬化集群,在此集群上建立虛擬機(jī)應(yīng)用。主要策略是根據(jù)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的配置和系統(tǒng)開銷建立虛擬服務(wù)器，從而做到各應(yīng)用的負(fù)載均衡。

虛擬化應(yīng)用的具體實(shí)施步驟如下:

（1）根據(jù)虛擬化架構(gòu),配置物理服務(wù)器,搭建集群平臺。首先對4臺服務(wù)器安裝ESX 5.0系統(tǒng)，將安裝了ESX5.0系統(tǒng)的每一臺服務(wù)器與SAN網(wǎng)絡(luò)存儲相連; 然后4臺ESX服務(wù)器相互做地址解析,建立虛擬化集群。

（2）安裝Vcentre Server5.0對虛擬化集群進(jìn)行統(tǒng)一管理;安裝ESX的補(bǔ)丁和更新。

（3）配置虛擬機(jī)，部署應(yīng)用。建立虛擬機(jī)模板，根據(jù)各應(yīng)用的要求建立Windows 2000、2003和2008三個(gè)模板，利用三個(gè)模板轉(zhuǎn)換出12臺虛擬機(jī);然后根據(jù)各應(yīng)用系統(tǒng)需求情況對各個(gè)虛擬機(jī)的CPU、內(nèi)存和硬盤進(jìn)行調(diào)撥。

（4）通過VMware Vmotion遷移各應(yīng)用系統(tǒng)。Vmotion可以對Windows Server系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)和UNIX系統(tǒng)進(jìn)行靈活的遷移，在不改變物理機(jī)原有配置情況下，方便地把物理機(jī)轉(zhuǎn)換成虛擬機(jī)，而且相關(guān)的硬件信息都保存在ESX中。轉(zhuǎn)換后的虛擬機(jī)還可以進(jìn)行克隆和復(fù)制。

（5）進(jìn)行系統(tǒng)測試。我們對HA、DRS和業(yè)務(wù)系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)移等功能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明了這些功能都可以實(shí)現(xiàn)。

vSphere5.0功能雖然非常強(qiáng)大, 但是在實(shí)施過程中我們也遇到了一些問題。在我們的配置和應(yīng)用實(shí)施中主要遇到以下問題:

（1)通過VMware Vmotion遷移應(yīng)用系統(tǒng)問題。我們使用VMware Vmotion遷移一個(gè)基于WINDOWS 2000 SP1操作系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，遷移后的應(yīng)用系統(tǒng)始終無法正常運(yùn)行。最后，我們利用Symantec系統(tǒng)備份軟件對該應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)備份，再通過在Windows 2000虛擬機(jī)中進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的方法，實(shí)現(xiàn)了該應(yīng)用系統(tǒng)的遷移。

（2)虛擬機(jī)熱遷移問題。我們使用的服務(wù)器有HP和IBM的兩個(gè)品牌，CPU不一樣，可以放在一個(gè)虛擬群集中，HA功能可以使用，但是VMotion遷移功能只能在同品牌服務(wù)器之間進(jìn)行，虛擬機(jī)無法在不同品牌服務(wù)器之間進(jìn)行熱遷移。對此問題，我們經(jīng)過技術(shù)研究，最后通過修改虛擬機(jī)的CPU ID，實(shí)現(xiàn)了不同品牌服務(wù)器之間虛擬機(jī)的熱遷移。

（3)加密狗USB-key問題。帶加密狗的業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移到虛擬機(jī)上后，可以在虛擬機(jī)上進(jìn)行添加UBS設(shè)備和控制器來識別加密狗，但是在業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行Vmotion轉(zhuǎn)移功能時(shí)，會出現(xiàn)虛擬機(jī)遷移到其他物理服務(wù)器上無法識別加密狗的問題。對此問題，我們通過購買、安裝USB OVER IP網(wǎng)絡(luò)USB集線器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了帶加密狗業(yè)務(wù)系統(tǒng)在進(jìn)行Vmotion轉(zhuǎn)移功能后同樣能夠識別加密狗信息。

（4)數(shù)據(jù)備份問題。由于本次遷移業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全存儲在1臺DELL PS4000設(shè)備上，現(xiàn)有的備份策略是基于Vmware自帶的備份軟件，而此軟件有一定不可控備份機(jī)制問題，有時(shí)會導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)備份失敗。對此問題，我們所采取的措施是：利用操作系統(tǒng)自帶備份和Vmware自帶備份軟件，配合進(jìn)行數(shù)據(jù)臨時(shí)性的備份機(jī)制。今后將購置專業(yè)的備份軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，以徹底解決此問題。

通過虛擬化技術(shù)的使用，服務(wù)器的利用率明顯得到提高，從平均值15%提高到了60%左右，充分利用了服務(wù)器的性能；主機(jī)能夠在4臺物理服務(wù)器間動態(tài)遷移，主機(jī)停機(jī)維護(hù)時(shí)不再需要中斷服務(wù)，徹底杜絕當(dāng)機(jī)造成的業(yè)務(wù)中斷；對于每項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)的資源分配可以做到各取所需，有效地利用了系統(tǒng)資源。

“服務(wù)器虛擬化試點(diǎn)項(xiàng)目”的實(shí)施，堅(jiān)定了我們今后在虛擬化技術(shù)使用上的信心。隨著虛擬化技術(shù)的日臻完善，虛擬化的理念和虛擬化的解決方案必將會得到越來越多的信賴和應(yīng)用。