VMware的高可用性技術(shù)在高校信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

申寶敏　王雅卓

摘要：隨著數(shù)字化校園的建設(shè)，高校信息系統(tǒng)快速增加；在多臺(tái)服務(wù)器上安裝ESXi并安裝虛擬機(jī)部署信息系統(tǒng)，構(gòu)建高可用性群集，提高信息系統(tǒng)的可用性。高可用技術(shù)利用心跳信號(hào)持續(xù)監(jiān)控物理服務(wù)器的工作狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，快速平穩(wěn)地遷移受影響的虛擬機(jī)，也可以為負(fù)載過(guò)大的應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)分配資源，有效的實(shí)現(xiàn)了高校信息系統(tǒng)的高可用性，確保系統(tǒng)服務(wù)正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：VMware；VMotion；HA；DRS

1引言

在高校信息化建設(shè)過(guò)程中，各類信息系統(tǒng)的可用性、穩(wěn)定性和安全性越來(lái)越重要。信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到硬件故障、病毒攻擊、操作失誤等影響而無(wú)法正常運(yùn)行。中原工學(xué)院各類服務(wù)器60余臺(tái)，部門重要信息系統(tǒng)20余套，包括一卡通系統(tǒng)、高校教務(wù)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)等。傳統(tǒng)的服務(wù)器工作方式單一，信息系統(tǒng)之間缺乏有效的信息共享和溝通，硬件資源利用率不高，對(duì)系統(tǒng)管理員的維護(hù)工作提出了很高的要求。

針對(duì)平時(shí)工作中所遇到的難題，構(gòu)建了VMware高可用性群集，用8臺(tái)高性能的服務(wù)器和一臺(tái)光纖存儲(chǔ)設(shè)備建立了虛擬化平臺(tái)，將所有重要的信息系統(tǒng)平穩(wěn)地遷移到虛擬機(jī)中；在群集中利用VMware VMotion、HA和DRS高可用性技術(shù)有效地實(shí)現(xiàn)了中原工學(xué)院信息系統(tǒng)的高可用性、可靠性，保證系統(tǒng)服務(wù)的不間斷運(yùn)行。

2VMware高可用性技術(shù)介紹

2.1VMware簡(jiǎn)介

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是指運(yùn)用虛擬化的技術(shù)在一臺(tái)物理服務(wù)器上創(chuàng)建多個(gè)獨(dú)立的虛擬服務(wù)器，這些虛擬服務(wù)器可以共享物理服務(wù)器的硬件資源，在虛擬機(jī)間合理的分配和回收硬件資源；虛擬機(jī)獨(dú)立運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，相互之間沒(méi)有任何影響；充分發(fā)揮服務(wù)器的硬件性能，能夠在確保企業(yè)投入成本的同時(shí)，提高運(yùn)營(yíng)效率，降低經(jīng)濟(jì)成本和空間浪費(fèi)。

VMware是全球桌面到數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案的領(lǐng)導(dǎo)廠商，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)、高校以及政府部門都在使用。產(chǎn)品主要包括ESX、ESXi和vSphere；vSphere是一整套服務(wù)器虛擬化解決方案，目前最新版本為5.5；采用vSphere解決方案可以降低硬件運(yùn)營(yíng)成本，提高硬件資源利用率、確保業(yè)務(wù)連續(xù)性和可用性、提高應(yīng)用程序質(zhì)量、增強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性和保護(hù)能力。

2.2VMware高可用性技術(shù)

VMware主要產(chǎn)品ESXi是安裝在服務(wù)器上的虛擬服務(wù)平臺(tái)，本文介紹以ESXi5.5為基礎(chǔ)，其高可用性主要是通過(guò)VMware VMotion、VMware HA和VMware DRS三項(xiàng)技術(shù)來(lái)支持實(shí)現(xiàn)，VMotion和HA完成虛擬機(jī)的故障遷移，DRS完成在多臺(tái)虛擬機(jī)之間智能分配物理服務(wù)器硬件資源。

2.2.1VMware VMotion

將服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完全虛擬化，當(dāng)虛擬機(jī)所屬物理服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以將其在短時(shí)間內(nèi)遷移到群集中的另外一臺(tái)服務(wù)器上。

VMware的群集文件系統(tǒng)允許源ESXi主機(jī)和目標(biāo)ESXi主機(jī)并行訪問(wèn)共享存儲(chǔ)上的虛擬機(jī)文件；虛擬機(jī)的活動(dòng)內(nèi)存和精確的運(yùn)行狀態(tài)可通過(guò)被虛擬化的網(wǎng)絡(luò)高速傳輸，虛擬機(jī)快速?gòu)脑粗鳈C(jī)遷移到目標(biāo)主機(jī)并終止源虛擬機(jī)的運(yùn)行；虛擬機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)也被虛擬化，遷移之后保留虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)身份和網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)零停機(jī)時(shí)間而且不中斷相關(guān)應(yīng)用，確保應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)可用性。

2.2.2VMware HA（High Availability）

VMware HA為部署在虛擬機(jī)中的應(yīng)用提供了方便、高效的高可用性；當(dāng)物理主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)在其他主機(jī)上重啟受故障影響的虛擬機(jī)；為虛擬化環(huán)境提供經(jīng)濟(jì)高效的故障切換保護(hù)，提高了軟件應(yīng)用程序的高可用性。

持續(xù)監(jiān)控群集中的所有主機(jī)并檢測(cè)是否存在硬件故障或網(wǎng)絡(luò)故障，其工作原理是在每一臺(tái)物理主機(jī)上放置代理程序，通過(guò)該程序不斷的向群集中的其他主機(jī)發(fā)送“心跳信號(hào)”并設(shè)置主機(jī)和虛擬機(jī)的優(yōu)先級(jí)，“心跳信號(hào)”終止說(shuō)明該主機(jī)出現(xiàn)故障，將在其他正常運(yùn)行的主機(jī)上重新啟動(dòng)受故障影響的虛擬機(jī)。

2.2.3VMware DRS（Distributed Resource Scheduler）

Vmware DRS（分布式資源調(diào)度程序）可跨越多個(gè)邏輯資源池持續(xù)監(jiān)控硬件資源利用率，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要和優(yōu)先級(jí)的資源分配規(guī)則在多個(gè)虛擬機(jī)之間智能地分配可用資源，當(dāng)虛擬機(jī)硬件資源實(shí)際負(fù)載增加時(shí)，會(huì)首先根據(jù)既定資源分配規(guī)則評(píng)估其優(yōu)先級(jí)，然后在資源池中的物理服務(wù)器之間重新分配虛擬機(jī)來(lái)為其分配更多資源。

分布式資源調(diào)度可以確保硬件資源優(yōu)先分配給最重要的應(yīng)用程序，自動(dòng)、持續(xù)地優(yōu)化資源利用率，使資源和業(yè)務(wù)目標(biāo)相協(xié)調(diào)；為業(yè)務(wù)部門提供專用的基礎(chǔ)架構(gòu)，能夠集中、全面的控制硬件資源。

3在高校信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1學(xué)校信息系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

中原工學(xué)院的應(yīng)用服務(wù)器和信息系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用部門統(tǒng)一招標(biāo)采購(gòu)，大部分部署在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房，由網(wǎng)絡(luò)中心統(tǒng)一管理和維護(hù)；原有的系統(tǒng)單一的部署在物理服務(wù)器上，硬件利用率不高，隨著信息系統(tǒng)的增加，維護(hù)人員的工作量也大大增加，不能夠保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一些重要的信息系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)間段又不能滿足用戶的實(shí)際需求，如綜合教務(wù)系統(tǒng)在學(xué)生集中選課期間，時(shí)常因?yàn)榉?wù)器負(fù)載過(guò)重而出現(xiàn)拒絕訪問(wèn)的現(xiàn)象；一些重要的系統(tǒng)如一卡通系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)也會(huì)因?yàn)橛布收系绕渌蛩囟Ｖ狗?wù)。

隨著數(shù)字化校園系統(tǒng)的建設(shè)，學(xué)校陸續(xù)部署了一卡通系統(tǒng)、綜合教務(wù)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、圖書館借還書系統(tǒng)等，這些新系統(tǒng)需要和數(shù)字化校園系統(tǒng)完成對(duì)接，達(dá)到信息共享的目的；對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提出了更高的要求，一個(gè)信息系統(tǒng)的無(wú)法運(yùn)行就可能導(dǎo)致其他系統(tǒng)無(wú)法正常工作。學(xué)校在2011年購(gòu)置了VMware4.1虛擬化軟件，利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)中的VMotion、HA和DRS等高可用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器故障時(shí)虛擬機(jī)的在線遷移、快速重啟和動(dòng)態(tài)資源分配，提高了服務(wù)器硬件利用率、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)管理員的工作、保證了各個(gè)信息系統(tǒng)正常工作的可用性、穩(wěn)定性。

3.2在我校信息系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2011年在4臺(tái)Dell PowerEdge R710上分別安裝ESXi4.1并建立群集，每臺(tái)服務(wù)器通過(guò)千兆交換機(jī)連接Dell PowerVault MD3200i磁盤存儲(chǔ)，通過(guò)存儲(chǔ)管理軟件建立主機(jī)組并將劃分好的虛擬磁盤分配到主機(jī)組，使4臺(tái)服務(wù)器共享磁盤存儲(chǔ)。部署辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)、數(shù)字化校園迎新系統(tǒng)、離校系統(tǒng)、一卡通自助服務(wù)系統(tǒng)和考勤系統(tǒng)等。實(shí)際使用過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)因?yàn)榉?wù)器內(nèi)存故障、磁盤存儲(chǔ)故障而導(dǎo)致信息系統(tǒng)拒絕訪問(wèn)的現(xiàn)象。

2014年在8臺(tái)Dell PowerEdge R820上分別安裝ESXi5.5并建立群集，在群集上啟用HA、DRS，通過(guò)光纖交換機(jī)連接Dell Compellent SC4020磁盤存儲(chǔ)，8臺(tái)服務(wù)器共享磁盤存儲(chǔ)；在每臺(tái)服務(wù)器上建立相同的vSwitch和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽，在相同的虛擬網(wǎng)卡上啟用VMotion；在數(shù)據(jù)中心下建立新的群集，該群集下添加ESXi4.1主機(jī)，關(guān)閉虛擬機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)跨群集將ESXi4.1上的虛擬機(jī)遷移到ESXi5.5主機(jī)和磁盤存儲(chǔ)上。

3.3應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)近幾年的多次測(cè)試和實(shí)際工作中的具體應(yīng)用表明，虛擬化服務(wù)器群集的高可用性技術(shù)滿足了我校信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行。群集中的其中一臺(tái)主機(jī)故障時(shí)，原主機(jī)上的虛擬機(jī)可以快速的VMotion到其他主機(jī)上并開始工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)器的高可用性；故障主機(jī)恢復(fù)后，DRS開始工作，部分虛擬機(jī)VMotion到更合適的目標(biāo)主機(jī)并正常工作；當(dāng)虛擬機(jī)負(fù)載增加，而宿主主機(jī)不能滿足要求時(shí)，會(huì)為該虛擬機(jī)分配合理的硬件資源，或者將其遷移到其他主機(jī)。

采用高可用性功能后，信息系統(tǒng)服務(wù)器中斷代價(jià)極小，能夠滿足大多數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行需要，為構(gòu)建高可用的高校信息系統(tǒng)提供了可靠的保障。

4結(jié)語(yǔ)

隨著高校數(shù)字化校園的建設(shè)，服務(wù)器數(shù)量以及各種信息系統(tǒng)不斷增加，也帶來(lái)了服務(wù)器硬件維護(hù)、信息系統(tǒng)部署、應(yīng)用程序維護(hù)以及數(shù)據(jù)安全等一系列問(wèn)題；VMware虛擬化平臺(tái)在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用，提高了服務(wù)器硬件資源的利用率和信息系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、簡(jiǎn)化了信息系統(tǒng)的維護(hù)模式，加快了信息化建設(shè)的步伐。