基于VMware云平臺在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

高遵富

[摘 要] 本文論述了虛擬服務(wù)器環(huán)境建立的必要性和先進性，介紹了虛擬化技術(shù)的概念和基礎(chǔ)架構(gòu)，并闡述了企業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)中心引入VMware虛擬化技術(shù)構(gòu)架對現(xiàn)有的硬件設(shè)備進行虛擬化及資源整合的實例和應(yīng)用效果，為虛擬化技術(shù)的進一步應(yīng)用，提供了理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞] 云平臺；服務(wù)器虛擬化；VMware

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 12. 059

[中圖分類號] TP368.5 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）12- 0094- 03

石油企業(yè)信息化起步較早，發(fā)展較快，為油田利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)管理模式，提升油田經(jīng)濟效益發(fā)揮了較大的作用。但是，由于石油企業(yè)信息化工作起步較早，在長期的生產(chǎn)實踐過程中，企業(yè)先后建立了為數(shù)較多的、規(guī)模較小的，為企業(yè)用戶提供IT服務(wù)的企業(yè)機房。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，為了打破以往各應(yīng)用系統(tǒng)相對獨立的部署格局，更加合理高效地利用有限的信息技術(shù)資源，構(gòu)建協(xié)同一體化的、表單交付式的信息化應(yīng)用環(huán)境，已成為企業(yè)發(fā)展的必然需求。

企業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)中心通過采用先進的 VMware虛擬化技術(shù)構(gòu)架構(gòu)建高可用性集群，可以有效地實現(xiàn)服務(wù)器的集中和系統(tǒng)的整合，提高信息系統(tǒng)的可用性、可靠性，以及硬件資源的利用率，降低企業(yè)成本。

1 數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化的提出

一般情況下，數(shù)據(jù)中心在發(fā)展和運行過程中，常會存在如下問題：

（1）服務(wù)器硬件資源的利用率。通常情況下，服務(wù)器硬件的采購?fù)鶗^應(yīng)用系統(tǒng)對服務(wù)器硬件的需求水平，同時，單一應(yīng)用系統(tǒng)又很難充分地利用服務(wù)器硬件系統(tǒng)資源，從而造成服務(wù)器硬件資源的浪費。

（2）應(yīng)用系統(tǒng)的安全冗余度。當(dāng)硬件系統(tǒng)開展故障維護、系統(tǒng)升級或者擴容時，常常需要進行停機操作，從而造成應(yīng)用系統(tǒng)的中斷，影響業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的正常使用及業(yè)務(wù)工作的開展。

（3）服務(wù)器的傳統(tǒng)部署模式。在傳統(tǒng)方式下，服務(wù)器的上線部署周期長、架構(gòu)復(fù)雜并相互獨立，不能實現(xiàn)服務(wù)器資源在不同企業(yè)應(yīng)用之間的分配。

（4）機房的物理條件。隨著企業(yè)信息化建設(shè)的發(fā)展，機房的物理條件將會面臨巨大挑戰(zhàn)，電源容量、制冷、布線等諸多環(huán)境設(shè)施要求不能滿足實際需要的壓力會越來越大。

VMware虛擬化技術(shù)的發(fā)展使上述問題得以較好的解決。VMware虛擬化技術(shù)能夠把服務(wù)器等硬件資源集中起來形成資源池，根據(jù)實際應(yīng)用需求動態(tài)地為各個用戶分配和調(diào)整所需的資源。這種虛擬化管理既可以使IT基礎(chǔ)架構(gòu)得以簡化，又使得IT系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性達到更高；既可以提高服務(wù)器資源的使用率，同時又降低數(shù)據(jù)中心在設(shè)備更新、擴增、維護，以及能源消耗和機房空間占用等方面的成本。

2 VMware虛擬化架構(gòu)及功能

VMware虛擬化技術(shù)[1]是將一個完整的X86服務(wù)器（包括驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序及配置）封裝成虛擬機，移植到VMware ESXi server平臺上，VMware ESXi服務(wù)器傳輸物理系統(tǒng)到邏輯資源池，虛擬構(gòu)架提供負載隔離，系統(tǒng)和應(yīng)用程序被分離在包含多虛擬機的單一物理服務(wù)器上。系統(tǒng)資源按需動態(tài)地分配到任何操作系統(tǒng)上，提供大型機的性能和服務(wù)器資源控制。 VMware ESXi服務(wù)器通過在安全便捷的虛擬機上執(zhí)行分區(qū)和分割服務(wù)器資源來簡化服務(wù)器的基礎(chǔ)構(gòu)架，確保服務(wù)器資源能被遠程管理，自動預(yù)制和標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)在一臺物理服務(wù)器上獨立運行多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用的功能。

2.1 VMware虛擬化架構(gòu)

VMware高可用性集群不間斷地監(jiān)控資源池中的所有服務(wù)器并檢測服務(wù)器故障，確保資源池中始終有充足的資源，以便于出現(xiàn)服務(wù)器故障時在不同的物理服務(wù)器上重啟虛擬機。虛擬機的群集文件系統(tǒng)為ESXiServer實例提供了對同一組虛擬機文件的并行讀寫訪問能力，也使虛擬機的重啟成為可能。通過VCenter可以方便地為資源池配置VMware高可用性集群。VMware的高可用性集群系統(tǒng)架構(gòu)[2-3]如圖1所示。

VMware的高可用性集群系統(tǒng)架構(gòu)主要包括：

（1）VMware ESXi Server，用于虛擬化服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)的平臺；

（2）VMware VMFS，用于存儲虛擬化的高性能群集文件系統(tǒng)；

（3）VMware Virtual SMP，為虛擬機提供多處理器支持；

（4）VMware Virtual Center，為IT基礎(chǔ)架構(gòu)提供集中化管理、操作自動化和優(yōu)化；

（5）VMware HA，為虛擬機提供經(jīng)濟高效的高可用性；

（6）VMware DRS，為虛擬機提供動態(tài)平衡和資源分配；

（7）VMware VMotion，實現(xiàn)虛擬機實時遷移且服務(wù)不中斷；

（8）VMware Consolidated Backup，用于虛擬機的集中式備份軟件。

2.2 VMware功能

2.2.1 系統(tǒng)動態(tài)遷移

虛擬機通過VMware ESXi server運行在各個服務(wù)器上，借助VMotion可以在不中斷業(yè)務(wù)的情況下，將運行中的虛擬機（包括驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序及配置）從一臺物理服務(wù)器遷移到另一臺物理服務(wù)器上，從而實現(xiàn)更高效的資源分配。VMotion通過移動虛擬機，實現(xiàn)零宕機時間的維護行為，使企業(yè)無需調(diào)配停機時間或中斷業(yè)務(wù)操作，就可以完成對內(nèi)部硬件和存儲的維護。

2.2.2 資源動態(tài)分配

VMwareESXi將標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器（處理器、內(nèi)存、存儲以及附加網(wǎng)絡(luò)）虛擬化，并聚合為可根據(jù)需要分配給虛擬機的邏輯資源池。 VMwareDRS（Distributed Resource Scheduler）是一種分布式服務(wù)，可跨越多個邏輯資源池，具有動態(tài)分配和平衡計算能力，并且根據(jù)業(yè)務(wù)需要和優(yōu)先級的資源分配規(guī)則，在虛擬機之間以智能方式分配可用資源。

2.2.3 高可用性保障

VMware HA （High Availability）為所有在虛擬機中運行的應(yīng)用程序提供便于使用、經(jīng)濟高效的高可用性。當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時，受影響的虛擬機將在留有備用容量的其他服務(wù)器上自動重啟。VMware HA將停機時間和服務(wù)中斷減至最低，同時不需要專門的備用硬件或安裝附加軟件。VMware HA不會局限于某一操作系統(tǒng)或特定的應(yīng)用程序故障切換，在整個虛擬化環(huán)境中提供始終如一的高可用性。

2.2.4 VMware快照

VMware中的快照是對VMDK在某個時間點的“拷貝”，這個“拷貝”并不是對VMDK文件的復(fù)制，而是保持磁盤文件和系統(tǒng)內(nèi)存在該時間點的狀態(tài)，以便在出現(xiàn)故障后虛擬機能夠恢復(fù)到該時間點。如果對某個虛擬機創(chuàng)建了多個快照，那么就可以有多個可恢復(fù)的時間點。

3 VMware虛擬化云計算平臺在區(qū)域數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

區(qū)域數(shù)據(jù)中心建設(shè)是一個涉及面廣，技術(shù)復(fù)雜的龐大的系統(tǒng)工程，它以區(qū)域為中心，在充分調(diào)研機房現(xiàn)狀和應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立基于VMware虛擬化技術(shù)的云計算平臺，對機房逐步實施整合，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心。

3.1 云平臺架構(gòu)部署

根據(jù)區(qū)域數(shù)據(jù)中心的建設(shè)目標(biāo)，在對現(xiàn)有機房軟、硬件系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)研和實際需求分析的基礎(chǔ)上，區(qū)域數(shù)據(jù)中心從硬件和軟件兩個方面進行云計算系統(tǒng)的部署。區(qū)域數(shù)據(jù)中心VMware 云平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

在硬件方面，區(qū)域數(shù)據(jù)中心云平臺采用64臺服務(wù)器，服務(wù)器上安裝配置VMware公司提供的VMware ESXi虛擬化軟件，每8臺服務(wù)器為一組搭建為一個高性能服務(wù)器群集，這樣就形成8個高性能服務(wù)器群集。

同時，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲和備份，充分利用VMware中虛擬機可動態(tài)在線地從一臺物理服務(wù)器遷移到另一臺物理服務(wù)器上的特性，區(qū)域數(shù)據(jù)中心還配置了虛擬存儲設(shè)備，與冗余的光纖交換機一起組成了標(biāo)準(zhǔn)的SAN集中存儲架構(gòu)。通過共享的SAN存儲架構(gòu)，可以最大化地發(fā)揮虛擬架構(gòu)的優(yōu)勢，實時遷移正用的虛擬機，實現(xiàn)動態(tài)的資源管理和基于虛擬機快照技術(shù)的集中整合備份等。

在單個物理服務(wù)器上生成多個虛擬服務(wù)器，而每一個虛擬服務(wù)器，從功能、性能和操作方式上，等同于或超過傳統(tǒng)的單臺物理服務(wù)器；在每個虛擬服務(wù)器上安裝配置基于X86架構(gòu)的操作系統(tǒng)（如：Windows操作系統(tǒng)或Linux操作系統(tǒng)），進而再將實際應(yīng)用中需要整合的服務(wù)器和系統(tǒng)移植到虛擬機上來，這樣以前的每個物理服務(wù)器就變成多個VMware ESXi服務(wù)器上的虛擬機，從而大大提高了資源利用率，降低了資源成本，增強了系統(tǒng)的可用性，較好地實現(xiàn)了服務(wù)器的整合。

在軟件方面，區(qū)域數(shù)據(jù)中心使用虛擬機作為Virtual Center服務(wù)器，Virtual Center安裝在Windows Server 2008操作系統(tǒng)上。Virtual Center是VMware虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)管理軟件，它通過安全用戶界面集中管理系統(tǒng)環(huán)境，能夠?qū)^(qū)域數(shù)據(jù)中心所管理的虛擬服務(wù)器提供集中控制，并簡化日常 IT 操作，使虛擬機環(huán)境易于控制和管理。通過 Virtual Center，區(qū)域數(shù)據(jù)中心可以快速部署虛擬機，并監(jiān)視物理服務(wù)器和虛擬機的各項性能。

3.2 服務(wù)器虛擬化應(yīng)用效果

3.2.1 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全得到保障

從安全方面來講，服務(wù)器虛擬化的實施可以整合油田公司的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，淘汰掉大量的老舊設(shè)備，從而使因設(shè)備老化造成數(shù)據(jù)丟失或被盜的風(fēng)險基本上得以消除；同時，通過構(gòu)建強大的集中存儲架構(gòu)并利用虛擬快照技術(shù)也大大地增加了企業(yè)的容災(zāi)備份和恢復(fù)能力。

3.2.2 降低能源消耗與成本

通過虛擬技術(shù)對服務(wù)器系統(tǒng)進行優(yōu)化整合之后，企業(yè)大大減少了設(shè)備的投入；同時借助VMware的動態(tài)系統(tǒng)管理功能，在系統(tǒng)應(yīng)用空閑時可以較大程度地減少服務(wù)器的使用數(shù)量，因而可以大幅降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗及二氧化碳的排放量，達到節(jié)能減排的目的。

3.2.3 提高資源利用率

虛擬化平臺實現(xiàn)了服務(wù)器設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等多方面的資源集中整合，整合比達到1 ∶ 4，在降低設(shè)備閑置率的同時，較大地提高了設(shè)備的利用率。

3.2.4 縮短新系統(tǒng)的部署時間

在實際工作中，各單位和部門常常需要根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，開發(fā)和部署各類應(yīng)用系統(tǒng)來管理實際業(yè)務(wù)。過去新系統(tǒng)的部署一般都要經(jīng)過軟件開發(fā)與調(diào)試、服務(wù)器設(shè)備采購與調(diào)試、系統(tǒng)安裝等相關(guān)流程，周期較長，影響業(yè)務(wù)的發(fā)展。而云平臺的實施則可以解決這一問題，它能按需求表單快速地響應(yīng)用戶的需求，為企業(yè)提供快捷、穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)境。

主要參考文獻

[1]韓寓.服務(wù)器虛擬化技術(shù)研究與分析[J].電腦知識和技術(shù)，2011，7（7）：1654-1655.

[2]VMware Inc. Choosing and Installing Guest Operating Systems 1998 - 2007[EB/OL].http：//www. vmware.com/support，2007 - 11 - 05.

[3]VMware Inc. The VMware Workstation Users Manual[EB/OL].http：//www. vmware. com/support，2007-11-07.