虛擬化技術(shù)在實(shí)物地質(zhì)資料服務(wù)中的應(yīng)用

姚聿濤，肖世偉，米勝信，王 琳，高志新

（1．國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心網(wǎng)絡(luò)信息室，河北 三河065201；2．中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行室，北京100037）

1 虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一資源分配管理

1．1 虛擬化技術(shù)整合服務(wù)器硬件資源

虛擬化技術(shù)出現(xiàn)追溯到20世紀(jì)60年代，為提高昂貴大型機(jī)的利用率，IBM開發(fā)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了硬盤進(jìn)行邏輯分區(qū)，開創(chuàng)虛擬主機(jī)應(yīng)用先例。服務(wù)器硬件資源虛擬化包括CPU、內(nèi)存和I／O等部件，通過安裝在物理服務(wù)器上ESXI組件，虛擬化并匯總多個(gè)服務(wù)器的基礎(chǔ)物理硬件資源。在用戶使用層面上抽象成可隨用隨取的資源池，通過虛擬化實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)物理計(jì)算機(jī)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，且所有虛擬機(jī)可在多種環(huán)境下共享該物理服務(wù)器的資源；在同一物理計(jì)算機(jī)上，虛擬機(jī)相互獨(dú)立，并行運(yùn)行Windows、Linux等不同版本操作系統(tǒng)和多個(gè)應(yīng)用程序；虛擬機(jī)的統(tǒng)一管理使用vCenter實(shí)現(xiàn)集中管理和配置訪問，根據(jù)應(yīng)用不同性能需求靈活配置CPU和內(nèi)存資源。虛擬化架構(gòu)解決了X86計(jì)算機(jī)硬件利用率不高的問題，克服了只能運(yùn)行單個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)缺陷。

1．2 虛擬化技術(shù)整合存儲(chǔ)系統(tǒng)資源

ESXI服務(wù)器采用FC SAN結(jié)構(gòu)共享存儲(chǔ)設(shè)備，物理服務(wù)器硬盤只安裝ESXI底層系統(tǒng)，所有的數(shù)據(jù)都共享存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備上。根據(jù)實(shí)物地質(zhì)資料信息服務(wù)應(yīng)用讀取量大于寫入量特點(diǎn)，存儲(chǔ)設(shè)備硬盤組為RAID 5陣列，將FC萬轉(zhuǎn)高速低容量盤劃分為五個(gè)存儲(chǔ)資源池應(yīng)用于快速讀取服務(wù)，將SATA低速高容量盤劃分為兩個(gè)存儲(chǔ)資源池應(yīng)用于備份存儲(chǔ)服務(wù)。服務(wù)器到存儲(chǔ)使用雙HBA卡和兩臺(tái)光纖存儲(chǔ)交換機(jī)組成冗余線路，任意一條光纖線路故障或光纖存儲(chǔ)交換機(jī)故障均不影響虛擬機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，增強(qiáng)了虛擬機(jī)系統(tǒng)安全性。

1．3 虛擬化技術(shù)整合網(wǎng)絡(luò)資源

網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化整合使用VLAN標(biāo)簽技術(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯隔離網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)網(wǎng)由于網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)備策略復(fù)雜性和特殊性，在不改變?cè)芯W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r下，在服務(wù)器到內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和管理員區(qū)域連接新增兩臺(tái)冗余二層交換機(jī)。二層交換機(jī)端口到服務(wù)器使用trunk模式允許所有VLAN通過，二層交換機(jī)端口到三層交換雙線路冗余。

2 虛擬化技術(shù)在實(shí)物地質(zhì)資料服務(wù)中的應(yīng)用

2．1 實(shí)物地質(zhì)資料信息服務(wù)特點(diǎn)和存在問題

實(shí)物地質(zhì)資料信息服務(wù)發(fā)布對(duì)象以圖件為主，例如鉆孔掃描柱狀圖、標(biāo)本照相圖片、薄片顯微照相圖片等。為保障圖片瀏覽加載速度，需要對(duì)圖片進(jìn)行多達(dá)十八級(jí)切片處理，原始圖片經(jīng)切片處理后，圖片數(shù)量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)。同時(shí)在不同階段開發(fā)的應(yīng)用服務(wù)種類多，涵蓋目錄瀏覽查詢類、二維圖像展示和三維數(shù)字激光掃描類等；由于應(yīng)用程序分散部署在新舊不一的物理服務(wù)器上，存在安全性差、服務(wù)器硬件資源利用率低，大數(shù)據(jù)計(jì)算受主機(jī)CPU、內(nèi)存和磁盤的限制，應(yīng)用部署需要技術(shù)人員花費(fèi)大量時(shí)間安裝系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、配置系統(tǒng)環(huán)境等問題。

2．2 虛擬化技術(shù)底層硬件架構(gòu)

使用VMware虛擬化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器計(jì)算資源、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化資源池整合，初步實(shí)現(xiàn)了國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心網(wǎng)絡(luò)資源智能統(tǒng)一資源分配管理。底層資源利用4臺(tái)IBM X3850X5高性能服務(wù)器為CPU和內(nèi)存基礎(chǔ)計(jì)算資源池、1臺(tái)EMC CX480為存儲(chǔ)資源池硬件平臺(tái)、2臺(tái)Brocade 6510光纖存儲(chǔ)交換機(jī)提供服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備互聯(lián)通道服務(wù)、2臺(tái)Cisco2960千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)隔離和熱備服務(wù)，使用Vlan標(biāo)簽隔離外網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)、管理網(wǎng)、故障轉(zhuǎn)移vmotion共四個(gè)網(wǎng)段見圖1。

2．3 虛擬化技術(shù)在實(shí)物地質(zhì)資料信息服務(wù)應(yīng)用體驗(yàn)

1）實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器資源靈活分配，可隨時(shí)添加硬件資源。在圖片多級(jí)切片數(shù)據(jù)處理階段，虛擬機(jī)運(yùn)算需要多顆CPU和大量?jī)?nèi)存資源提升處理速度；在圖片切片動(dòng)作完成后，只需分配少量的計(jì)算資源即可提供服務(wù)。VMware虛擬化技術(shù)應(yīng)用后，在vCenter管理端可根據(jù)不同階段性能需求隨時(shí)增刪CPU數(shù)量和內(nèi)存大小，在鉆孔柱狀圖多級(jí)切片加工得到驗(yàn)證，單臺(tái)服務(wù)器處理一個(gè)省數(shù)據(jù)處理器使用率達(dá)100%，而在統(tǒng)一資源分配管理系統(tǒng)中虛機(jī)處理兩個(gè)省數(shù)據(jù)處理器使用率60%左右。

圖1 國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心虛擬化底層硬件資源架構(gòu)圖

2）實(shí)現(xiàn)了原有應(yīng)用服務(wù)器遷移，增強(qiáng)了安全性。原有應(yīng)用服務(wù)種類和數(shù)量繁多，包括不同階段開發(fā)的多種應(yīng)用，服務(wù)器年限、操作系統(tǒng)和運(yùn)行環(huán)境不一，造成運(yùn)維工作量大，單臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)即造成服務(wù)中斷等問題。使用vCenter Converter進(jìn)行應(yīng)用服務(wù)器遷移，在遷移過程中可訂制虛擬機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)和原有應(yīng)用服務(wù)器近似的硬件環(huán)境，遷移完成后，任意ESXI主機(jī)中斷可觸發(fā)VMotion機(jī)制自動(dòng)漂移到別的主機(jī)上，提升業(yè)務(wù)連續(xù)性。同時(shí)物理主機(jī)減少節(jié)約了機(jī)房空間，減輕了對(duì)電力、空調(diào)系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的負(fù)擔(dān)。

3）實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用快速部署，提升了運(yùn)維效率。虛擬化技術(shù)應(yīng)用前應(yīng)用程序部署需要經(jīng)物理服務(wù)器上架、操作系統(tǒng)安裝、驅(qū)動(dòng)安裝、環(huán)境配置、數(shù)據(jù)庫安裝和應(yīng)用安裝調(diào)試等繁瑣過程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題都需要花費(fèi)大量時(shí)間排查，甚至推倒重來。虛擬化技術(shù)應(yīng)用后使用同環(huán)境主機(jī)克隆，建立通用虛擬機(jī)模板和系統(tǒng)調(diào)試快照對(duì)比等功能，大幅度提升了應(yīng)用程序部署效率。

3 結(jié)束語

虛擬化技術(shù)應(yīng)用提供了前瞻性的管理手段管理硬件資源，提高了工作效率、運(yùn)維靈活性和響應(yīng)度，為下一步建設(shè)云計(jì)算平臺(tái)提供基礎(chǔ)資源，達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期設(shè)想效果，為實(shí)物資料信息化服務(wù)提供強(qiáng)有力的支撐。

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