面向校園的服務(wù)器虛擬化平臺(tái)搭建與應(yīng)用

彭波 賈海天 王榮祥

摘要：在國(guó)家教育部對(duì)信息化建設(shè)提出嚴(yán)格要求，尤其是全球的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的逐步興建，蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，逐步轉(zhuǎn)向虛擬化和云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，降低數(shù)據(jù)中心總體擁有成本，是學(xué)院信息化部門(mén)需要亟待解決的事情。該文通過(guò)在學(xué)校的實(shí)際情況和虛擬化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的具體要求完成信息化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)建設(shè)和實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 虛擬化；數(shù)據(jù)中心；數(shù)字化校園

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）03-0050-03

1 概述

在十二五期間，國(guó)家和省教育主管部門(mén)對(duì)于信息化系統(tǒng)也提出嚴(yán)格的要求，尤其是全球的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的逐步興建，也為我國(guó)教育行業(yè)發(fā)展提供了許多可資借鑒的設(shè)計(jì)思想和成功案例，因此對(duì)于十二五期間的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，逐步轉(zhuǎn)向虛擬化和云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，降低數(shù)據(jù)中心總體擁有成本，是學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)優(yōu)先考慮的事情。面對(duì)機(jī)遇和挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化校園數(shù)據(jù)中心，可以提升學(xué)院的整體信息化應(yīng)用水平，服務(wù)于廣大師生。

秉承學(xué)校創(chuàng)建“省內(nèi)有優(yōu)勢(shì)、全國(guó)有地位、海外有影響的高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院”這一目標(biāo)，在學(xué)校信息化建設(shè)上運(yùn)用先進(jìn)的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)體系設(shè)計(jì)理念，摒棄傳統(tǒng)高消耗、高維護(hù)的物理架構(gòu)體系，從虛擬化開(kāi)始逐步實(shí)現(xiàn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。

2 數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)

數(shù)據(jù)中心建設(shè)，主要包括虛擬機(jī)的管理、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)管理、統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)管理、統(tǒng)一存儲(chǔ)管理。這也是學(xué)院信息化部門(mén)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的目標(biāo)，圖1是架構(gòu)數(shù)據(jù)中的基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器被計(jì)算系統(tǒng)替代。

圖1 架構(gòu)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)框架

數(shù)據(jù)中心建設(shè)過(guò)程中主要依靠以下4個(gè)技術(shù)作為支撐完成：

1）虛擬化平臺(tái)

數(shù)據(jù)中心虛擬化平臺(tái)包括：計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化和安全虛擬化。計(jì)算虛擬化主要是對(duì)于虛擬化平臺(tái)中的各個(gè)虛擬機(jī)分配合適的計(jì)算資源，在優(yōu)化的基礎(chǔ)上達(dá)到最優(yōu)的CPU計(jì)算分配。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行虛擬交換機(jī)VLAN配置，具有在同一數(shù)據(jù)中心虛擬系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)隔離的功能。存儲(chǔ)虛擬化和安全虛擬化也越來(lái)越得到了人們的重視。

目前學(xué)院采用的虛擬化平臺(tái)主要是Vmware vSphere虛擬化系統(tǒng)，虛擬化系統(tǒng)部署在穩(wěn)定性較高的刀片服務(wù)器上，有效的整合了資源，減少了空間占用，節(jié)約了電力消耗、降低了維護(hù)人員的工作量。

2）統(tǒng)一計(jì)算平臺(tái)

統(tǒng)一計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整合的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)，完成統(tǒng)一的管理模型，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的虛擬化，提供必要的CPU計(jì)算資源，可以根據(jù)負(fù)載程度實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)池分配。

在過(guò)去近10年中隨著學(xué)院信息化程度的大發(fā)展，業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模在不斷擴(kuò)大，隨之是服務(wù)器，交換機(jī)數(shù)量的相應(yīng)增長(zhǎng)。添加了各種不同的管理工具。造成了許多被管理的設(shè)備，更困難的維護(hù)管理策略，安全問(wèn)題也變得突出起來(lái)，擴(kuò)展也變得越來(lái)越困難。統(tǒng)一計(jì)算平臺(tái)可以采用內(nèi)嵌式的管理系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的交換網(wǎng)絡(luò)提升服務(wù)器的虛擬化程度，去除不必要的交換機(jī)、網(wǎng)卡和管理模塊。

3）數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

數(shù)據(jù)中心通過(guò)以太網(wǎng)與校園網(wǎng)完成數(shù)據(jù)通信，同時(shí)通過(guò)光纖通道完成與存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

虛擬化中心以虛擬化為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)信息中心。虛擬化數(shù)據(jù)中心提供提供虛擬化的設(shè)備，其中包括：服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)以及存儲(chǔ)等。數(shù)據(jù)中心根據(jù)需要具有易擴(kuò)展， 高使用率， 高可用等技術(shù)解決方案。虛擬化數(shù)據(jù)中心可以按需動(dòng)態(tài)靈活的擴(kuò)展或縮小當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境?？梢詣?chuàng)建一個(gè)多臺(tái)服務(wù)器的虛擬化數(shù)據(jù)中心，并且可以控制多臺(tái)服務(wù)器的使用和配置。虛擬化數(shù)據(jù)中心解決方案的標(biāo)準(zhǔn)包括一系列驗(yàn)證過(guò)的設(shè)計(jì)來(lái)滿足數(shù)據(jù)中心四個(gè)基本部分：平臺(tái)， 安全， 備份恢復(fù)及管理/運(yùn)維。使用這四個(gè)部分將把傳統(tǒng)的物理式數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為虛擬化數(shù)據(jù)中心。

4）統(tǒng)一存儲(chǔ)平臺(tái)

存儲(chǔ)虛擬化（Storage Virtualization）是對(duì)存儲(chǔ)硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)。通過(guò)將一個(gè)（或多個(gè)）目標(biāo)服務(wù)或功能與其它附加的功能集成，統(tǒng)一提供有用的全面功能服務(wù)。存儲(chǔ)虛擬化在數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)過(guò)程具有重要的意義，存儲(chǔ)虛擬化簡(jiǎn)化了相對(duì)復(fù)雜的底層基礎(chǔ)架構(gòu)的技術(shù)。將資源的邏輯映像與物理存儲(chǔ)分開(kāi)，從而為系統(tǒng)管理員提供了簡(jiǎn)化、無(wú)縫的存儲(chǔ)虛擬化視圖。

學(xué)院在實(shí)際運(yùn)行和實(shí)施過(guò)程中應(yīng)用于存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）環(huán)境中的存儲(chǔ)虛擬化（storage visualization）技術(shù)在異構(gòu)的SAN環(huán)境下的虛擬存儲(chǔ)服務(wù)，它帶給學(xué)校數(shù)據(jù)中心的益處是：提高存儲(chǔ)利用率降低成本，簡(jiǎn)化大型、復(fù)雜、異構(gòu)的存儲(chǔ)環(huán)境的管理工作。學(xué)院采用獨(dú)立硬盤(pán)冗余陣列（RAID， Redundant Array of Independent Disks）提高數(shù)據(jù)冗余，完成數(shù)據(jù)可靠性，完成統(tǒng)一存儲(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建。目前常用的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)有RAID 0 ，RAID 1 ， RAID 5等。

對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)虛擬化就像一個(gè)容器，用戶不需要看到容器里面的磁盤(pán)，磁帶，也不需要關(guān)心容器里面的數(shù)據(jù)保存在哪一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備里面。從管理的角度來(lái)看，虛擬存儲(chǔ)采用集中管理，并根據(jù)具體的需求把存儲(chǔ)資源動(dòng)態(tài)分配給各個(gè)應(yīng)用的虛擬化系統(tǒng)。利用虛擬化技術(shù)，可以用磁盤(pán)陣列模擬磁帶庫(kù)，為應(yīng)用提供速度像磁盤(pán)一樣快、容量卻像磁帶庫(kù)一樣大的存儲(chǔ)資源，這就是當(dāng)今應(yīng)用越來(lái)越廣泛的虛擬磁帶庫(kù)（VTL， Virtual Tape Library），在校園存儲(chǔ)系統(tǒng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。我院存儲(chǔ)虛擬化采用了3PAR存儲(chǔ)可以通過(guò)StoreOnce Recovery Manager Central （RMC） 實(shí)現(xiàn)保護(hù)用戶的關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，同時(shí)不會(huì)影響性能。這款自動(dòng)化、非侵入式軟件結(jié)合了快照的簡(jiǎn)單性和高性能與重復(fù)數(shù)據(jù)刪除備份的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

3 基于虛擬化平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)

3.1 虛擬化平臺(tái)的系統(tǒng)遷移

在實(shí)際工作中學(xué)校有幾十個(gè)系統(tǒng)需要遷移，學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)基本上部署在x86服務(wù)器平臺(tái)之上，而操作系統(tǒng)主要是Windows和Linux，當(dāng)前信息系統(tǒng)主要面臨的問(wèn)題如下：

1）原有數(shù)據(jù)中心由于服務(wù)器品牌型號(hào)不同存在負(fù)載重，電力系統(tǒng)壓力大，且穩(wěn)定性不高，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2）原有數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)服務(wù)器多為單機(jī)單系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)服務(wù)器或者其中某個(gè)硬件部件出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，嚴(yán)重威脅學(xué)校關(guān)鍵核心業(yè)務(wù)運(yùn)行。

3）原有系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的物理架構(gòu)，能耗大，管理維護(hù)復(fù)雜。

4）操作系統(tǒng)崩潰后，數(shù)據(jù)、應(yīng)用等恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。

5）物理硬件老化，大部分服務(wù)器有不間斷運(yùn)行8年以上，上面運(yùn)行的一些業(yè)務(wù)系統(tǒng)由于時(shí)間久遠(yuǎn)，缺少相關(guān)公司技術(shù)維護(hù)。

遷移過(guò)程中主要需要解決遷移系統(tǒng)以后進(jìn)行存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和虛擬化資源滿足需求。

面向校園的服務(wù)器虛擬化平臺(tái)采用了面向云計(jì)算的設(shè)計(jì)思想，使用“池”的概念設(shè)計(jì)整個(gè)信息系統(tǒng)，將云數(shù)據(jù)中心中分為四個(gè)資源池：計(jì)算池、存儲(chǔ)池、網(wǎng)絡(luò)池和安全池，每個(gè)池均可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的資源調(diào)整，擴(kuò)大或縮小。現(xiàn)階段采用具有動(dòng)態(tài)架構(gòu)的云計(jì)算操作系統(tǒng)（VMware vsphere產(chǎn)品），保證信息化的先進(jìn)性、安全性、開(kāi)放性、兼容性、共享性、可升級(jí)及擴(kuò)充性，可確保系統(tǒng)實(shí)施和日后服務(wù)的效率和彈性。

遷移過(guò)程中需要解決系統(tǒng)穩(wěn)定性和資源擴(kuò)展問(wèn)題，可以采用不關(guān)機(jī)熱遷移和關(guān)閉服務(wù)器通過(guò)光盤(pán)啟動(dòng)冷遷移，遷移完成以后需要進(jìn)行必要的資源配置。

3.2 虛擬化平臺(tái)的集群與高可用性建設(shè)

VMware HA（High Availability）高可用性為所有在虛擬機(jī)服務(wù)器運(yùn)行的系統(tǒng)提供了易于使用、經(jīng)濟(jì)高效的高可用性。當(dāng)服務(wù)器發(fā)送故障時(shí)，有影響的系統(tǒng)將會(huì)在集群中留有備用容量的其他主機(jī)自動(dòng)重啟。VMware HA群集至少包括2臺(tái)虛擬化服務(wù)器，在各自服務(wù)器上面安裝了ESX虛擬系統(tǒng)，在一個(gè)HA群集中。每一臺(tái)VMware ESX服務(wù)器配有一個(gè)HA代理，不間斷地檢測(cè)集群中其他主機(jī)的心跳信號(hào)。ESX主機(jī)每隔一定時(shí)間就會(huì)通過(guò)服務(wù)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送心跳信號(hào)。假如某臺(tái)ESX主機(jī)在連續(xù)三個(gè)時(shí)間間隔后都還沒(méi)有發(fā)出心跳信號(hào)，那么該主機(jī)就被默認(rèn)為發(fā)生了故障或者與網(wǎng)絡(luò)的連接出現(xiàn)了問(wèn)題。在這種情況下，原本在該主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)就會(huì)自動(dòng)被轉(zhuǎn)移到群集中的其他主機(jī)上。反之，如果一臺(tái)主機(jī)無(wú)法接收到來(lái)自群集的其他主機(jī)的心跳信號(hào)，那么該主機(jī)便會(huì)啟動(dòng)一個(gè)內(nèi)部進(jìn)程來(lái)檢測(cè)自己跟群集中其他主機(jī)的連接是否出現(xiàn)了問(wèn)題。如果真的出現(xiàn)了問(wèn)題，那么就會(huì)中斷在這臺(tái)主機(jī)上所有正在運(yùn)行的虛擬機(jī)，并啟動(dòng)預(yù)先設(shè)定好的備用主機(jī)。

高可用性實(shí)施過(guò)程主要有：1） 創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心；2） 創(chuàng)建集群；3）Vmware EVC模式設(shè)置進(jìn)行虛擬機(jī)交換文件位置設(shè)置，選擇將交換文件存儲(chǔ)與虛擬機(jī)相同的目錄中；4） 創(chuàng)建主機(jī)；5）主機(jī)網(wǎng)卡Vmotion為開(kāi)啟狀態(tài)；6）在集群上設(shè)置打開(kāi)HA（High Avaliability）。設(shè)置完成以后可以實(shí)現(xiàn)在線虛擬機(jī)和存儲(chǔ)的遷移，可以實(shí)現(xiàn)高可用性。

數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)I/O需求，客戶業(yè)務(wù)需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)到服務(wù)器群，服務(wù)器做虛擬化，虛擬系統(tǒng)在存儲(chǔ)陣列中保存。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)面向校園的服務(wù)器虛擬化平臺(tái)搭建與應(yīng)用構(gòu)建了校園的數(shù)據(jù)中心，保障了學(xué)校系統(tǒng)的不間斷穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為學(xué)校老師和學(xué)生提供了安全穩(wěn)定的服務(wù)。在虛擬化平臺(tái)構(gòu)建完成以后學(xué)校在系統(tǒng)管理的多個(gè)方面完成了優(yōu)化與遷移。例如：原有系統(tǒng)在單獨(dú)的機(jī)架服務(wù)器上運(yùn)行，遷移到虛擬化平臺(tái)以后原有系統(tǒng)在計(jì)算資源，網(wǎng)絡(luò)資源，存儲(chǔ)資源和安全資源方面得到了大幅度的提升，更好的為學(xué)校教學(xué)提供了不間斷服務(wù)。對(duì)于數(shù)字化校園建設(shè)方面起到了本質(zhì)性的跨越式發(fā)展，

服務(wù)器虛擬化平臺(tái)搭建完成以后主要體現(xiàn)在：1） 簡(jiǎn)化了多個(gè)不同系統(tǒng)的管理，虛擬化平臺(tái)建設(shè)降低了原有大量系統(tǒng)維護(hù)的難度，提高了系統(tǒng)管理員的工作效率。2）高效復(fù)用，對(duì)于在虛擬化資源中運(yùn)行的各個(gè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)資源復(fù)用，減少了建設(shè)成本，提高了使用效率。3）綠色環(huán)保。節(jié)能降耗，最大限度節(jié)省電力消耗。4）數(shù)據(jù)保護(hù)，隨著存儲(chǔ)虛擬化和HP 3PAR技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，數(shù)據(jù)保護(hù)得到了大幅度提升，為異地?cái)?shù)據(jù)同步備份提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

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