Hyper-v虛擬化技術(shù)在校園數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

謝超群

(武夷學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)科，福建 武夷山 354300)

Hyper-v虛擬化技術(shù)在校園數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

謝超群

(武夷學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)科，福建 武夷山 354300)

摘要：高校信息化校園網(wǎng)服務(wù)器管理面臨管理維護(hù)難，資源利用率低等問題。結(jié)合高校實際情況將微軟Hyper-v虛擬化技術(shù)應(yīng)用到校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，利用微軟的System center私有云管理套件搭建了高校的私有云平臺。實踐證明，該平臺不僅提高了系統(tǒng)可用性和硬件利用率，而且方便管理不同操作系統(tǒng)和應(yīng)用，同時為校園各種關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)的備份恢復(fù)提供了可靠的支持。

關(guān)鍵詞：虛擬化；數(shù)據(jù)中心；服務(wù)器；Hyper-v

隨著高校信息化的不斷深入，校園數(shù)據(jù)中心面向全校提供的教學(xué)，科研等應(yīng)用服務(wù)越來越多，為了使校園信息化快速增長的需求得到有效滿足，必須不斷增加服務(wù)器實體的購買，然而,這些眾多而又繁雜的服務(wù)器操作和管理系統(tǒng)，給校園數(shù)據(jù)中心管理人員帶來了大量的工作，同時，伴隨著服務(wù)器愈來愈強(qiáng)大的計算功能，學(xué)校的一些單項應(yīng)用對已有資源無法進(jìn)行充分利用，同時由于業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用的改變，計算資源的靈活分配也無法實現(xiàn)[1]。針對以上出現(xiàn)的問題，可以應(yīng)用Hyper-v虛擬化技術(shù)來簡化數(shù)據(jù)中心資源的管理模式，從而使服務(wù)器資源進(jìn)行合理靈活分配、數(shù)據(jù)備份得以高效快速恢復(fù)，并使校園數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運行成本得以有效降低、利用效率和高效運行得到有效提升，最終實現(xiàn)校園數(shù)據(jù)中心的高效科學(xué)管理[2]。

1　校園數(shù)據(jù)中心建設(shè)面對的問題分析

伴隨著校園數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)的逐步拓展，在校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，B/S系統(tǒng)應(yīng)該是應(yīng)用最多的。種類多樣的教學(xué)科研管理平臺和Web網(wǎng)站等應(yīng)用數(shù)量的逐步增多，使得這些服務(wù)器中的數(shù)據(jù)在備份、遷移和恢復(fù)過程中存在一定的難度；在校園數(shù)據(jù)風(fēng)險管理中，最重要的是災(zāi)難恢復(fù)的速度和維持業(yè)務(wù)的連續(xù)性，在管理中要對關(guān)鍵的服務(wù)器(比如教務(wù)數(shù)據(jù)庫、學(xué)生信息管理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等)做好負(fù)載均衡和熱備，以備不時之需，但是，這些在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心管理體系下都無法很好的實現(xiàn)；學(xué)校數(shù)據(jù)中心在面對繁雜的數(shù)據(jù)中心維護(hù)時，往往面臨一系列問題，比如資源利用效率低下、資源分配靈活性不夠、系統(tǒng)管理繁雜等。

針對以上問題如何進(jìn)行有效解決，一個有效的解決辦法就是在校園數(shù)據(jù)中心管理應(yīng)用工作中探索運用Hyper-v虛擬化技術(shù)。

2　Hyper-v虛擬化技術(shù)簡介

虛擬化技術(shù)是按照一定的邏輯關(guān)系配置資源、實現(xiàn)物理資源邏輯抽象的一種技術(shù)，它可以同時在同一實體服務(wù)器上實現(xiàn)多個虛擬機(jī)的運行[3]。

在當(dāng)前的實際操作中，硬件層次和操作系統(tǒng)層次上的虛擬化技術(shù)被普遍的運用在服務(wù)器中。Hyper-v虛擬化技術(shù)是硬件層次完全虛擬化的代表形式，這種技術(shù)是運用一定的轉(zhuǎn)化工具來實現(xiàn)從物理機(jī)到虛擬機(jī)的轉(zhuǎn)化的，它能將在多臺服務(wù)器上運轉(zhuǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行資源整合，進(jìn)而實現(xiàn)在同一服務(wù)器上運行的目的，這樣以來可以把服務(wù)器硬件的使用效率由原來的12%大大提高至75%。

在硬件層次上構(gòu)建起來的Hyper-v虛擬化技術(shù)，可以把各種服務(wù)器硬件資源通過底層Hyper-v微內(nèi)核抽象成虛擬機(jī)中的邏輯硬件資源，這些虛擬機(jī)都有各自的虛擬資源，可以保持相對獨立的工作和運行狀態(tài)，可以把各自不同的應(yīng)用程序和不同版本的Windows和Linux操作系統(tǒng)在這些抽象的虛擬資源上啟動運行。同時結(jié)合微軟的System center工具可以對這些虛擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和資源調(diào)度，并能實現(xiàn)負(fù)載均衡和虛擬機(jī)備份與恢復(fù)。這不但提供可靠的軟件解決方案，而且提供一定的數(shù)據(jù)中心硬件資源的管理方案。因此Hyper-v虛擬化技術(shù)是目前校園數(shù)據(jù)中心的較佳虛擬化應(yīng)用平臺。

3　校園數(shù)據(jù)中心中Hyper-v虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

3.1Hyper-v虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的解決方案

筆者以所在大學(xué)的親身實踐為例，充分發(fā)揮運用Hyper-v虛擬化技術(shù)的特點和優(yōu)越性，制定如下具體方案來實現(xiàn)對服務(wù)器的整合及虛擬化。

筆者在大學(xué)的數(shù)據(jù)中心工作，數(shù)據(jù)中心托管著學(xué)校各院系、各部門的二級網(wǎng)站，以前，這些二級網(wǎng)站的管理人員網(wǎng)管水平有限且高低不齊，網(wǎng)站服務(wù)器由各部門自行選購，服務(wù)器使用的可靠性和穩(wěn)定性沒有保障，多數(shù)服務(wù)器的使用效率極低，一般僅有6%到25%左右，并且經(jīng)常宕機(jī)或者被攻擊，學(xué)校投入了大量的財力，還造成了硬件資源的極大浪費。另外，數(shù)據(jù)中心還配合學(xué)校各部門各院系對學(xué)校各種教務(wù)系統(tǒng)，設(shè)備管理系統(tǒng)，精品課程網(wǎng)站等提供服務(wù)器托管服務(wù)，這些措施大大增加了服務(wù)器購置和使用，在實際操作中存在很大的不可行性。如果在管理操作過程中采用傳統(tǒng)的實體機(jī)服務(wù)器，則可能導(dǎo)致服務(wù)器使用數(shù)量的持續(xù)增加，使日常管理和操作變得非常繁雜，大大地增加了工作量，運行成本和復(fù)雜性也大大增加。因此我們利用Hyper-v技術(shù)，結(jié)合微軟的System center虛擬機(jī)管理套件進(jìn)行二次開發(fā)，建立了一個高效可用、靈活方便的虛擬機(jī)云管理平臺。實施的具體方案如圖1所示。

3.2Hyper-v虛擬服務(wù)器的應(yīng)用分析

3.2.1應(yīng)用概況

圖1　武夷學(xué)院數(shù)據(jù)中心Hyper-v服務(wù)器虛擬化平臺架構(gòu)圖

根據(jù)圖1的方案，利用一臺de11刀片機(jī)柜和八臺曙光高性能服務(wù)器作為承載虛擬機(jī)的平臺。 在每臺服務(wù)器上安裝Windows 2012 R2企業(yè)版64位操作系統(tǒng)，部署Hyper-v，并通過Hyper-v的虛擬網(wǎng)絡(luò)管理器劃分不同的V1an，使每臺服務(wù)器上的虛擬機(jī)可接入不同的服務(wù)器網(wǎng)段，每一個虛擬的機(jī)器的IP地址都是獨立的，同時依據(jù)各種資源的需求情況，對中央處理器、內(nèi)存、硬盤等進(jìn)行靈活配置[4]。

所有服務(wù)器通過存儲網(wǎng)絡(luò)連接到后端的存儲設(shè)備。存儲設(shè)備采用的是二臺銳捷和一臺聯(lián)想的IPSAN設(shè)備，這是當(dāng)前計算機(jī)存儲中應(yīng)用最多的一門技術(shù)，ISCSI技術(shù)在傳送SCSI相關(guān)數(shù)據(jù)、響應(yīng)和命令時以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行。通過這種傳送方式，ISCSI技術(shù)對直接連接存儲中的一些不足之處進(jìn)行了有效克服，使在不同的服務(wù)器之間的存儲資源共享得以實現(xiàn)，同時還能在不停機(jī)的情況下進(jìn)行卷的創(chuàng)建，遷移，備份，恢復(fù)等操作。所以對這種存儲設(shè)備進(jìn)行選擇，不單單使硬件成本得到有效降低，同時操作起來也非常方便，維護(hù)成本也得到有效降低。

De11刀片機(jī)柜包含十臺刀片服務(wù)器，分別做成三個不同的集群，來實現(xiàn)負(fù)載均衡和虛擬機(jī)的高可用性，為學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)，設(shè)備管理系統(tǒng),校園主頁等各種關(guān)鍵應(yīng)用提供虛擬機(jī)平臺。另外八臺曙光服務(wù)器為學(xué)校的精品課程網(wǎng)站，實驗平臺等非關(guān)鍵應(yīng)用提供虛擬機(jī)平臺。所有虛擬機(jī)通過微軟的System Center Virtua1 Machine Manager 2012進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)管理人員可以通過此平臺實現(xiàn)對虛擬機(jī)的集中管理。同時通過微軟的System Center Data Protection Manager 2012定期自動對學(xué)校虛擬機(jī)的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)進(jìn)行7天的備份和恢復(fù)。另外，通過System Center Service Manager Porta1 2012自定義校園私有云注冊門戶，各個用戶可以通過門戶自助提交虛擬機(jī)請求，通過管理員審批后即可自動創(chuàng)建需要的虛擬機(jī)，可以訪問System Center App Contro11er 2012自助虛擬機(jī)WEB管理門戶，自行進(jìn)行虛擬機(jī)的重起，關(guān)機(jī)，備份以及重裝等操作[5]。

3.2.2應(yīng)用效果

（1）使資源得到有效整合，管理效率得到有效提升。這種管理模式比較靈活，從而使數(shù)據(jù)中心的工作人員從繁雜、重復(fù)的數(shù)據(jù)操作中解放出來，使管理效率得到有效提升，比如System Center Virtua1 Machine Manager 2012的集中化的管理體系，能實現(xiàn)對很多的硬件資源進(jìn)行同時管理，使附加的硬盤和內(nèi)存得以快速分配。

（2）資源動態(tài)分配，提升數(shù)據(jù)中心資源使用效率。利用Hyper-v虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和存儲資源整合資源池，方便校園的數(shù)據(jù)中心能夠針對校園各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)對資源的不同需求進(jìn)行靈活動態(tài)的資源調(diào)配。

（3）使服務(wù)器部署更加快捷方便。數(shù)據(jù)中心的每一個虛擬的服務(wù)器在硬盤上只是以一個VHD文件的形式存在并能制作通用模板，所以在Hyper-v中創(chuàng)建新的虛擬服務(wù)器或者克隆現(xiàn)有系統(tǒng)時速度非?？?，方便快捷。

（4）降低了基礎(chǔ)設(shè)備成本，微軟Hyper-v虛擬化技術(shù)除節(jié)省管理時間外，同時也使設(shè)備采購成本和電費成本得到了有效節(jié)約。

（5）系統(tǒng)的可移植性得到進(jìn)一步增強(qiáng)。利用微軟SCVMM的V2V功能自動完成實體服務(wù)器間虛擬機(jī)的遷移，利用微軟SCVMM的P2V功能，快速實現(xiàn)實體服務(wù)器到虛擬機(jī)的轉(zhuǎn)換。

（6）實現(xiàn)負(fù)載均衡，提高服務(wù)可用性。通過刀片服務(wù)器建立Hyper-v集群服務(wù)器系統(tǒng)，虛擬機(jī)可以根據(jù)實體機(jī)的負(fù)載和故障情況，自動選擇狀況良好的實體機(jī)進(jìn)行實時遷移，大大提高了校園服務(wù)的可用性。

（7）方便數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復(fù)。在不中斷服務(wù)的情況下，利用微軟的System Center Data Protection Manager 2012工具在短的時間內(nèi)實現(xiàn)虛擬服務(wù)器群的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)工作。

4　結(jié)論

在校園數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中，基于Hyper-v虛擬化技術(shù)能使現(xiàn)有的服務(wù)器的利用效率得到有效提升，使學(xué)校在購買新的服務(wù)器中進(jìn)一步節(jié)省開支。與此同時，為管理、維護(hù)數(shù)據(jù)中心的資源提供了高質(zhì)量的軟件平臺，使硬件資源得到有效節(jié)約，為信息化校園的發(fā)展提供軟件平臺和硬件保障。本文提出的基于Hyper-v虛擬化技術(shù)的應(yīng)用方案，當(dāng)前已經(jīng)在很多大學(xué)校園里廣泛應(yīng)用，且在運行中性能穩(wěn)定，效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]周鐵成.虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代計算機(jī).2009(4):21-22.

[2]宋曉光,楊哂哂,呂淵鳴.虛擬化技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國教育網(wǎng)絡(luò).2011(6):77-78.

[3]魯松.計算機(jī)虛擬化技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2008:99.

[4]董嘉男.Windows Server Hyper-V配置與管理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011:13-16.

[5] 趙立威,方國偉.讓云觸手可及:微軟云計算實踐指南[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011:67-69.

（責(zé)任編輯：葉麗娜）

中圖分類號：TP393.18

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-2109(2015)12-0056-04

收稿日期：2015-6-17

作者簡介：謝超群（1982-），男，漢族，工程師，主要從事云計算、數(shù)據(jù)中心研究。

Application of Virtualization Technology in Campus Data Center based on Hyper-v

XIE Chaoqun

(Department of Network and Data,Wuyi University,Wuyishan,Fujian 354300)

Abstract:With the continuous deve1opment of information construction in Co11eges and universities,the management of campus network server is faced with the prob1ems of management and maintenance,1ow resource uti1ization ratio and so on.In face of the actua1 situation of the University,this paper wi11 use Microsoft's Hyper-v virtua1ization techno1ogy in the construction of the campus network data center,and use Microsoft's center system private c1oud management suite to bui1d a private c1oud p1atform in Co11eges and universities. Practice has proved that this p1atform can not on1y improve the system avai1abi1ity and hardware uti1ization,but a1so faci1itate the management of different operating systems and app1ications,and provide a re1iab1e support for the backup and recovery of various key app1ications.

Key words：virtua1ization；data center；server；Hyper-v