基于VMware的教學(xué)資源服務(wù)器虛擬化設(shè)計與實(shí)施

盧啟飛　趙治平　錢莉　倪哲吉

摘 要：文章介紹VMware技術(shù)在教學(xué)資源服務(wù)器虛擬化的設(shè)計與實(shí)施，指出通過虛擬化的應(yīng)用可以大幅降低教學(xué)資源服務(wù)運(yùn)營費(fèi)用，提高硬件資源利用率，降低管理復(fù)雜度，提升應(yīng)用服務(wù)部署效率，切實(shí)保障教學(xué)服務(wù)業(yè)務(wù)持續(xù)性和安全性。

關(guān)鍵詞：教學(xué)資源；虛擬化；服務(wù)器

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-8454（2015）22-0089-03

教學(xué)資源是學(xué)校信息化建設(shè)的重點(diǎn)。隨著學(xué)校信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，教學(xué)資源種類趨于多元化，容量呈現(xiàn)幾何式增長，服務(wù)對象由校園師生逐步面向社會大眾。這對資源服務(wù)器架構(gòu)和管理提出了新的挑戰(zhàn)。

按照傳統(tǒng)方式架構(gòu)和管理資源服務(wù)器存在諸多弊端：其一，服務(wù)器資源浪費(fèi)。為保證應(yīng)用穩(wěn)定，一臺服務(wù)器只運(yùn)行單個應(yīng)用，多數(shù)服務(wù)器的資源利用率僅在5%-15%之間[1]，大量的硬件資源被白白浪費(fèi)；其二，建設(shè)和運(yùn)行成本投入大。增加應(yīng)用就要增加服務(wù)器，這就會加大服務(wù)器環(huán)境（溫度、濕度和供電系統(tǒng)）負(fù)載，導(dǎo)致前期建設(shè)投資、后期電力消耗和人員管理成本的增高；其三，教學(xué)服務(wù)穩(wěn)定性降低。應(yīng)用分散在各自的服務(wù)器上，一旦服務(wù)器故障就會導(dǎo)致應(yīng)用終止而影響正常教學(xué)。如何解決這些問題，已經(jīng)成為保障教育教學(xué)和教育信息化投入需要考慮的要素。

一、 學(xué)校教學(xué)資源服務(wù)架構(gòu)現(xiàn)狀

浙江中醫(yī)藥大學(xué)資源服務(wù)器建設(shè)始于2000年，隨著學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，教學(xué)資源服務(wù)器的數(shù)量到2007年已經(jīng)從一臺醫(yī)學(xué)視頻點(diǎn)播服務(wù)器增加到20臺服務(wù)器（多個品牌）和三套存儲設(shè)備（光存儲、直接式存儲和網(wǎng)絡(luò)存儲）。服務(wù)內(nèi)容包括精品課程、醫(yī)學(xué)視頻點(diǎn)播、教學(xué)平臺、醫(yī)學(xué)素材庫、高校資源庫、通識課程以及教育教學(xué)的申報系統(tǒng)等。各項應(yīng)用呈現(xiàn)“孤島式”布局方式，安裝和維護(hù)都是單臺操作，管理和實(shí)施難度很大。隨著服務(wù)器數(shù)量的增加和信息化的深入，系統(tǒng)維護(hù)成本不斷攀升，安全控制、數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)遷移困難，投資回報率低、能耗高[2]，集中體現(xiàn)在運(yùn)營費(fèi)用、業(yè)務(wù)持續(xù)性和應(yīng)用安全性三個方面。

VMware是業(yè)界領(lǐng)先的虛擬化軟件公司。VMware的技術(shù)能夠簡化IT的復(fù)雜性，優(yōu)化運(yùn)維，它利用虛擬化的強(qiáng)大能力將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)化為顯著簡化的云技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)，使IT組織能夠利用內(nèi)部和外部資源，安全和低風(fēng)險地提供新一代靈活可靠的IT服務(wù)[3]。將VMware虛擬化技術(shù)應(yīng)用到學(xué)校教學(xué)資源服務(wù)器架構(gòu)能很好的解決上述問題。

二、虛擬化架構(gòu)與實(shí)施

1.硬件設(shè)備及應(yīng)用服務(wù)評估

在對現(xiàn)有教學(xué)資源服務(wù)器開展虛擬化架構(gòu)和實(shí)施前，要對硬件設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行評估。這有利于虛擬化的架構(gòu)和實(shí)施。

（1）硬件設(shè)備評估

對資源服務(wù)器進(jìn)行虛擬化的架構(gòu)和實(shí)施以節(jié)約高效為原則，要充分利用現(xiàn)有老舊服務(wù)器資源，再合理購置新設(shè)備。對現(xiàn)有服務(wù)器評估主要是對服務(wù)器數(shù)量及每個服務(wù)器的CPU物理數(shù)、邏輯處理器數(shù)、處理器類型、內(nèi)存數(shù)、網(wǎng)卡數(shù)和磁盤大小進(jìn)行統(tǒng)計，按高、中和低性能進(jìn)行分類，見表1。對現(xiàn)有存儲進(jìn)行統(tǒng)計分類，見表2。

（2）應(yīng)用服務(wù)評估

對現(xiàn)有應(yīng)用服務(wù)分類：Web服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、文件服務(wù)和視頻點(diǎn)播服務(wù)，具體見表3。

由于Oracle數(shù)據(jù)庫和NFS主要提供對教學(xué)平臺的支持，對I/O要求高不適合虛擬化，為保障數(shù)據(jù)庫和文件服務(wù)安全做雙機(jī)熱備，其他數(shù)據(jù)庫服務(wù)和前端應(yīng)用全部采用虛擬化架構(gòu)。

2.虛擬化環(huán)境部署

參考表1、2和3并結(jié)合對硬件設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)的評估，采用VMware ESXI5.1軟件進(jìn)行虛擬化部署，見圖1。

3.實(shí)施

首先，選擇兩臺高性能的HP580G7服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，再連接高性能光纖存儲DELL SC8000存儲，搭建好虛擬化遷移環(huán)境。在此基礎(chǔ)上使用VMware Converter軟件將真實(shí)物理服務(wù)器上的應(yīng)用轉(zhuǎn)化為虛擬機(jī)并遷移到虛擬化環(huán)境中。通過VCenter對遷移的虛擬機(jī)進(jìn)行配置設(shè)定并監(jiān)視虛擬機(jī)狀態(tài)，保持物理機(jī)和虛擬機(jī)并行一段時間，確定應(yīng)用正常后再對物理機(jī)進(jìn)行虛擬化，并加入數(shù)據(jù)中心的對應(yīng)集群，通過這種方式完成所有應(yīng)用遷移和物理服務(wù)器的虛擬化。

完成上述步驟后，再通過VCenter對虛擬環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃。首先，建立數(shù)據(jù)中心，然后根據(jù)共享存儲類型在數(shù)據(jù)中心中建立集群，然后把主機(jī)加入集群并開啟集群的HA、 DRS功能并設(shè)置VMotion閥值，確保一個小的瞬時負(fù)載峰值不會觸發(fā)無謂的遷移，只有當(dāng)負(fù)載超過設(shè)定的閾值持續(xù)一段時間后才觸發(fā)遷移[4]，實(shí)現(xiàn)虛擬架構(gòu)的高可用和資源的動態(tài)分配。為保障虛擬環(huán)境的高效運(yùn)行，集群中虛擬機(jī)虛擬CPU個數(shù)和內(nèi)存分配不要超過集群主機(jī)邏輯CPU總和及內(nèi)存總和。

4.測試虛擬環(huán)境

（1）模擬網(wǎng)絡(luò)故障。選擇一臺物理主機(jī)，拔掉主機(jī)網(wǎng)線，模擬網(wǎng)絡(luò)故障。進(jìn)入VCenter查看故障主機(jī)上的虛擬機(jī)是否遷移。

（2）模擬主機(jī)硬件故障和測試VMotion閥值。進(jìn)入VCenter選擇主機(jī)并設(shè)置主機(jī)進(jìn)入維護(hù)模式，模擬主機(jī)故障，并查看主機(jī)上的虛擬機(jī)遷移情況。選擇一臺虛擬機(jī)瞬間增加虛擬機(jī)的資源使用，查看虛擬機(jī)是否遷移以此來合理設(shè)置VMotion閥值。

（3）模擬安全故障。進(jìn)入VCenter選擇一臺虛擬機(jī)做快照，然后登錄虛擬機(jī)對虛擬機(jī)的硬盤或文件進(jìn)行破壞，導(dǎo)致應(yīng)用終止，模擬安全故障。最后，通過快照功能迅速恢復(fù)，再進(jìn)入虛擬機(jī)查看硬盤、文件和應(yīng)用是否正常。

三、應(yīng)用效果分析

通過對學(xué)校教學(xué)資源服務(wù)器的虛擬化架構(gòu)和實(shí)施，服務(wù)器資源的利用率得到提升，大幅度降低了資源服務(wù)器的管理復(fù)雜度，運(yùn)營成本得到有效控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

1.降低管理復(fù)雜度，提高部署效率

登錄VMware vSphere Client連接VCenter，可以監(jiān)控所有物理主機(jī)、虛擬機(jī)和存儲資源使用和健康狀態(tài)。傳統(tǒng)方式系統(tǒng)安裝一臺物理機(jī)器的時間大約在30分鐘-60分鐘之間，而且安裝過程中需要人工參與[5]。通過VCenter使用模板部署或克隆進(jìn)行應(yīng)用服務(wù)部署，時間在5分鐘-8分鐘，使用“已調(diào)度任務(wù)”功能，可以按時間計劃在無人值守的情況下完成虛擬機(jī)電源管理、克隆、部署、遷移、創(chuàng)建和快照的工作，大幅提升管理和部署的效率。

2.服務(wù)持續(xù)性增強(qiáng)

虛擬環(huán)境下的HA和DRS功能實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的計劃“漂移”，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器硬件故障服務(wù)不停，教學(xué)服務(wù)的持續(xù)性大大增強(qiáng)。

3.教學(xué)資源服務(wù)環(huán)境的伸縮性提升

教學(xué)資源服務(wù)器虛擬化部署后，購置新的服務(wù)器后，只需要對服務(wù)器進(jìn)行VMware Esxi部署后加入集群，就可被現(xiàn)有應(yīng)用服務(wù)使用。如果虛擬環(huán)境中的服務(wù)器老化需要淘汰，可以直接對老舊服務(wù)器關(guān)機(jī)移除，老舊服務(wù)器上的應(yīng)用會自動遷移。教學(xué)資源服務(wù)環(huán)境的伸縮性提升更能適應(yīng)新的虛擬環(huán)境建設(shè)需求。

4.運(yùn)營成本降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

教學(xué)資源服務(wù)器虛擬化后，20臺服務(wù)器能承載現(xiàn)有40多個應(yīng)用服務(wù)或更多應(yīng)用服務(wù)。傳統(tǒng)架構(gòu)下需要40臺或更多服務(wù)器，按每臺服務(wù)器功耗500W計算，年耗電為：500W*24*365*40/1000=175200度。而虛擬化后年耗電只有傳統(tǒng)架構(gòu)耗電量的一半，節(jié)約電費(fèi)87600*0.5（元）=4.38萬元，再加上制冷費(fèi)用的節(jié)省，大大降低了運(yùn)營成本，按照每節(jié)約一度電減少碳排放1千克計算，一年可減少碳排放約170噸。

四、展望

以信息化示范單位建設(shè)為契機(jī)，對學(xué)校教學(xué)資源服務(wù)器進(jìn)行虛擬化架構(gòu)和實(shí)施，提升了硬件設(shè)備的使用效率，降低了運(yùn)營成本，簡化了服務(wù)器管理的復(fù)雜度，提高了應(yīng)用服務(wù)部署的效率，提升了教學(xué)服務(wù)的持續(xù)性和安全性。這只是在教學(xué)資源服務(wù)上進(jìn)行的虛擬化嘗試，我校還要以此為起點(diǎn)，通過不斷的探索和實(shí)踐來提升學(xué)校教育云服務(wù)能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]史梁，蔡豪.VMware服務(wù)器虛擬化在高校數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用[J].昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報，2014，30（3）：24-28.

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[4]劉媛媛，高慶一，陳陽.虛擬計算環(huán)境下虛擬機(jī)資源負(fù)載均衡方法[J].計算機(jī)工程，2010，36（16）：30-32.

[5]懷進(jìn)鵬，李沁，胡春明.基于虛擬機(jī)的虛擬計算環(huán)境研究與設(shè)計[J].軟件學(xué)報，2007，18（8）：2016-2026.

（編輯：魯利瑞）