服務器虛擬化在水文行業(yè)中的應用實踐

陳新國　歐陽駿　操文建

摘要：隨著信息技術的高速發(fā)展，服務器機柜不斷增加，機房空間不斷擴大，UPS電源、機房空調等相關設施不斷增加投入，信息能耗快速增加，對服務器軟硬件管理提出了更高的要求，服務器虛擬化技術可以較好的解決這個問題，不僅能夠大幅度降低服務器的需求，有效節(jié)省成本，還有助于提高關鍵系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該文將通過介紹VMware虛擬化平臺軟件，并結合在本單位中的實際應用，分析虛擬化技術應用的優(yōu)劣。

關鍵詞：服務器虛擬化；Vmware；應用遷移

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）27-6499-03

Abstract： With the rapid development of information technology， server cabinet increased， room space expanding， UPS power supply， air conditioning and other related facilities continue to increase investment， rapid increase in energy consumption information， put forward higher request to the server software and hardware management， server virtualization technology can solve this problem well， can not only greatly reduce server demand， effectively save the cost， but also help to improve the stability of critical system. This article will introduce the VMware virtualization platform software， and combining the practical application in the unit， analysis the advantages and disadvantages of application virtualization technology.

Key words： server virtualization； VMware； application migration

1 服務器應用現狀

隨著各類水文業(yè)務系統(tǒng)的不斷增加，我單位對服務器需求也在大量增加，在應用VMware虛擬化平臺軟件前，我單位中心機房有服務器近二十余臺。由于受操作系統(tǒng)版本不同、軟件開發(fā)平臺不同、應用不同、不同科室、不同服務、相互開發(fā)之間協調、兼容等因素制約，那些已經部署和將來增加的應用都需要單獨配置服務器，同時，隨著新業(yè)務的擴展、新系統(tǒng)的開發(fā)，應用服務將持續(xù)增多，從而產生越來越多的服務器和存儲容量的擴展需求，如此一來，就會使得服務器數量呈直線增加，面臨的問題也變得頻繁，主要包含下面幾類：

1） 服務器的利用率低。由于一臺服務器只能有一個操作系統(tǒng)，受系統(tǒng)和軟件開發(fā)平臺的限制，CPU、內存、硬盤空間的資源利用率不超過30%，大量的資源被閑置。

2） 兼容性差。系統(tǒng)和應用遷移到其它服務器，需要和舊系統(tǒng)兼容。新的軟件包括操作系統(tǒng)和應用軟件無法運行在老的硬件平臺，而老的代碼有時候也很難移植到新的硬件平臺。例如：由于各種資源數據庫分別開發(fā)，需要運行的軟硬平臺很多時候不能保證兼容。為節(jié)省時間、物力和保持系統(tǒng)部署的規(guī)劃，只能采取增加服務器方法來解決。

3） 服務器和存儲購置成本高。維護成本遞增，也不得不考慮。隨著應用的不斷增加，服務器數量也跟著增加，每年要支出高額購置費用不說，還有部分服務器已經過保修期，部件進入老化期，維護、維修預算費用也逐年增加。

4） 機房環(huán)境日益惡劣。隨著服務器的增加，機房空間越擠越窄，現有的網線接口和電源插座越來越不夠用，原來規(guī)劃的ip地址也不能滿足新增設備的需求。電源負荷的增加給散熱提出了新的要求，晝夜運轉的中央空調不僅不能降低過高的溫度，還使得電費成本劇增。散熱不良總是引起服務器不同的故障頻頻發(fā)生。

要解決好以上四個方面的問題，既要充分利用現有的服務器等資源，又要考慮到系統(tǒng)整合后的可擴展性，并適合未來技術發(fā)展的趨勢，較適合采用虛擬化技術來進行服務器資源的整合。（下圖為整合前后的對比圖）

2 虛擬化技術簡述

虛擬化技術的初衷更多的目標在于幫助降低成本，合并IT資源，提高設備利用率，虛擬化實施以后，可以有效將將物理硬件與操作系統(tǒng)分開，從而提供更高的IT資源利用率和靈活性，并允許在一個物理服務器上獨立并行運行具有不同操作系統(tǒng)的虛擬機，而每個虛擬機都獨立擁有一套虛擬硬件（如RAM、CPU、網卡等）。此外，因為虛擬機是封裝在文件中，因此可以快速對其進行保存、復制和部署?？稍趲酌腌妰葘⒄麄€系統(tǒng)（完全配置的應用程序、操作系統(tǒng)、BIOS和虛擬硬件）從一臺物理服務器移至另一臺物理服務器，以實現零停機維護和連續(xù)的工作負載整合。下面將對Vmware虛擬化軟件中幾樣關鍵技術進行介紹：

2.1 Vmware Vmotion

Vmware Vmotion是一種用戶創(chuàng)建動態(tài)、自動化、自我優(yōu)化的數據中心的關鍵促成技術，可以不間斷地自動分配資源池中的虛擬機，使運行中的虛擬機從一臺物理服務器實時遷移到另一臺物理服務器，它實現了零停機時間和連續(xù)可用的服務，并能全面保證事務的完整性。

2.2 VMware HA（High Availability）

VMware HA 能持續(xù)監(jiān)控資源池中的所有物理服務器，使用服務器上的“心跳信號”來自動檢測服務器故障，并重啟受服務器故障影響的虛擬機。

此外，VMware HA時刻監(jiān)控群集中是否有足夠的資源可用，以便在主機發(fā)生故障時能夠在其他物理主機上重啟虛擬機。當主機故障的數目超過配置的備用容量時，將首先對具有最高優(yōu)先級的虛擬機進行故障切換，為虛擬化的 IT 環(huán)境提供普遍適用且經濟高效的故障切換保護。

2.3 VMware DRS（Distributed Rescource Scheduler）

Vmware DRS將全異的硬件資源聚合到統(tǒng)一的邏輯資源池中，并可跨資源池不間斷地監(jiān)控利用率，并根據反映業(yè)務需要和不斷變化的優(yōu)先級的預定義規(guī)則，在多臺虛擬機之間智能地分配可用資源。當虛擬機負載增大時，VMWare DRS 會通過在資源池中的物理服務器之間重新分發(fā)虛擬機來自動分配額外的資源，使資源優(yōu)先用于最重要的應用程序。

3 虛擬化應用實例

3.1 虛擬化應用方案介紹

虛擬服務器消除了在單臺物理服務器上運行單個應用的需求，帶來了許多益處。本方案主要通過虛擬化技術來實現我單位中心機房現有服務器資源的整合，提高服務器硬件資源利用率并簡化管理和減低總體維護成本。根據實際應用情況，采用VMware服務器虛擬化技術，將大部分應用服務器整合遷移到4臺的物理機上，實現服務器的虛擬化。在四路服務器都安裝配置Vmware企業(yè)軟件，用于在單個物理服務器實體上，利用服務器強大的處理能力，生成多個虛擬服務器，而每一個虛擬服務器，從功能、性能和操作方式上，等同于傳統(tǒng)的單臺物理服務器，在每個虛擬服務器上，再安裝windows或Lunix操作系統(tǒng)，進而再安裝應用軟件，這樣以前的每個物理服務器就變身為Vmware服務器上的虛擬機，從而大大提高資源利用率，降低成本，增強了系統(tǒng)和應用的可用性，提高系統(tǒng)的靈活性和快速響應，完美地實現了服務器虛擬架構的整合。

3.2 虛擬化軟硬件配置

1） VMware vSphere 4.1企業(yè)增強版。

2） VMware vCenter Server。

3） HP DL580服務器四臺：共有CPU核心數量80個，內存256GB。

4） 光纖存儲陣列一臺：NetAPP FAS2020，雙主控，12x450GB，Raid6鏡像。

5） 光纖交換機兩臺，其中一臺為冗余備份用。

6） 千兆以太網交換機兩臺，其中一臺為冗余備份用。

7） VMware管理及備份服務器1臺。

3.3 虛擬化應用實施

3.3.1 VMware vSphere軟件安裝

VMware vSphere是VMware虛擬架構套件的基礎組成部分，是動態(tài)、自我優(yōu)化的IT基礎結構的基礎。VMware vSphere4是一個強健、經過生產驗證的虛擬層，它直接安裝在物理服務器的裸機上，將物理服務器上的處理器、內存、存儲器和網絡資源抽象到多個虛擬機中。

在具體實施中，為了實現數據的集中存儲、集中備份以及充分利用VMware虛擬架構中虛擬機可動態(tài)在線遷移、動態(tài)資源分配等特性，我們在四臺物理機上同時安裝了VMware vSphere軟件，并配置一套光纖存儲陣列產品，同時配置冗余的光纖交換機，組成標準的SAN集中存儲架構。由VMware虛擬架構套件生產出來的虛擬機的封裝文件都存放在SAN存儲陣列上，通過共享的SAN存儲架構，可以最大化的發(fā)揮虛擬架構的優(yōu)勢，為以后的容災、系統(tǒng)擴展性等打下基礎。

3.3.2 VMware vCenter Server軟件安裝

VMware vCenter Server 提供了用于管理虛擬基礎架構的集中式可擴展平臺，用于管理 VMware vSphere 環(huán)境，允許 IT 管理員簡化和自動化對虛擬環(huán)境的控制，提供對虛擬基礎架構每個級別的集中控制和可見性。本方案為VMware vCenter Server單獨建立了一個虛擬機，安裝Virtual Center軟件，對四臺物理服務器及其上的虛擬服務器進行統(tǒng)一的管理。

3.3.3 原有應用系統(tǒng)遷移

在虛擬化軟硬件環(huán)境都安裝部署好后，需要對原有的應用系統(tǒng)進行遷移整合。根據不同業(yè)務系統(tǒng)的實際情況，分下面兩種方式進行：

1） 在線式遷移

對于原有應用系統(tǒng)較為復雜，重新安裝配置工作量大，并且現有服務器運行正常，可在該服務器上安裝VMware Converter軟件，進行在線式系統(tǒng)遷移，此方法可完全保留原有應用系統(tǒng)的全部功能。但是該方法遇到原有系統(tǒng)數據量較大時遷移速度很慢，對不能長時間停機的業(yè)務應用系統(tǒng)（如數據庫服務器）不適合，且遷移過程有一定的失敗率。

2） 重新部署應用系統(tǒng)

對于部分不能長時間停機，且數據量較大的業(yè)務系統(tǒng)，可采用直接建立全新的虛擬機，安裝相應的操作系統(tǒng)，并將原有應用系統(tǒng)中的數據通過網絡或者移動存儲等復制到該虛擬機，對該應用進行重新安裝部署。待確認該應用在虛擬機中運行正常后，即可將原有應用服務器關閉，切換至虛擬機中的新系統(tǒng)。下圖為我單位對現有業(yè)務應用系統(tǒng)進行整合后的虛擬網絡拓撲圖。

3.3.4 虛擬架構環(huán)境的備份

在安裝部署完虛擬機應用環(huán)境之后，還有必要對各個虛擬機系統(tǒng)進行定期備份。通過使用VMware Conlidated Backup（VCB）軟件，可以為虛擬服務器提供易于使用、集中化的備份工具，該工具可以與許多領先的備份工具一起使用。利用此工具，第三方備份工具就可以通過集中式備份服務器（而不是直接從ESX）來保護虛擬機及其內容。

此外，充分利用系統(tǒng)自帶的模板和快照功能，也可使系統(tǒng)更加安全可靠的長時間穩(wěn)定運行。

3.4 虛擬化應用后的優(yōu)勢

1） 通過服務器整合，控制和減少了物理服務器的數量，提高了每個物理服務器及其CPU、內存的資源利用率，從而降低了硬件成本，并降低數據中心空間、機柜、網線、耗電量、冷氣空調和人力成本等運營和維護成本。

2） 充分利用網絡存儲的優(yōu)勢，可以進行集中數據存儲和備份，并且為這些服務器和應用的以后的容災打下基礎。

3） 提高運營效率，大大降低服務器重建和應用加載時間。對新的系統(tǒng)應用需求響應快捷，不需要象以前那樣，需要長時間的采購流程，然后進行嘗試。

4） 虛擬機有較強的容錯容災能力，容錯可以通過硬件冗余、錯誤檢查和熱交換，再加上特殊的軟件來實現；虛擬化容災方式是一種網絡存儲型遠程容災架構，是在前端應用服務器與后端存儲系統(tǒng)之間的存儲區(qū)域網絡（SAN），加入一層存儲網關，通過系統(tǒng)冗余、災難檢測和系統(tǒng)遷移等技術來實現，當設備故障不能通過容錯機制解決而導致系統(tǒng)宕機時可以通過容災解決。

3.5 虛擬化后存在的問題及注意事項

1） 應用虛擬化技術雖然減少了服務器的數量，減少了服務器的購買成本，但是相應增加了光纖磁盤陣列、光纖交換機等硬件投資，并且VMware虛擬化軟件也價值不菲。

2） 利用虛擬化技術，把軟件從硬件當中抽取出來，創(chuàng)建靈活、動態(tài)的環(huán)境，減少了要管理的物理資源的數量，但也加大了整個環(huán)境的復雜性，還帶來了讓某些IT管理人員為之頭痛的管理問題。譬如，易于部署可能會帶來虛擬機數量過多，或者虛擬服務器散亂現象，這可能會導致管理難度大大提高。

3） 光纖存儲等硬件雖有冗余，但并不能保證萬無一失，一旦出現問題，所有應用將全部中斷，數據丟失。

4） 虛擬化技術服務器的安全仍然要加以重視。虛擬服務器在應用角度和物理服務器并無差別，仍然需要對其中的操作系統(tǒng)打補丁和升級以保證其安全可靠。我們尤其要當心的是那些不經常運行的虛擬服務器，一定要定期啟動他們對其進行升級。另一方面我們也要當心虛擬服務器的數據安全，一定要保護好虛擬機文件，這些文件一旦失竊，其效果將等同于物理服務器的失竊，但其更有隱蔽性，對企業(yè)的網絡安全會造成更大的威脅。所以我們要保護好諸如虛擬機備份文件這樣的數據，防止其被惡意使用。

5） 虛擬化也存在一定風險，把多個應用放到一臺服務器上類似于多個雞蛋放在一只籃子，一旦出現重大硬件故障可能會影響到所有的應用，這種威脅很難消除，除非你在服務器出現故障前，有能力迅速將虛擬服務器轉移到另外一臺新的物理服務器上。

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