服務(wù)器虛擬化技術(shù)研究與應(yīng)用

焦玉鋒，羅 鑫，付全彬，馮杏芬，李 靜，郭永偉

中原石油工程有限公司錄井公司，河南 濮陽

服務(wù)器虛擬化技術(shù)研究與應(yīng)用

焦玉鋒，羅 鑫，付全彬，馮杏芬，李 靜，郭永偉

中原石油工程有限公司錄井公司，河南 濮陽

隨著石油工程企業(yè)信息化的發(fā)展，各類專業(yè)及管理的應(yīng)用系統(tǒng)日益增多，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)機房壓力過大、服務(wù)器利用率不高、故障恢復(fù)時間較長等問題。采用虛擬化技術(shù)搭建服務(wù)器集群平臺，能有效提高石油工程企業(yè)信息系統(tǒng)的部署能力和管理水平、提高資源利用率、降低運營成本，一定程度上解決了上述問題。以VMware vSphere為例探討石油工程企業(yè)信息化系統(tǒng)的VMware虛擬化技術(shù)解決方案。

虛擬化，服務(wù)器，VMware，信息化

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Received: May.30th, 2017; accepted: Jun.7th, 2017; published: Oct.15th, 2017

AbstractWith the development of enterprise informatization in petroleum engineering, the applications and management systems for various specialties increased day by day, which created some problem, such as the overpressure of computer room, low utilization of server, long time for recovery.The server cluster built by virtualization technology can solve the above problems at a certain extent.This paper uses VMware vSphere as an example to explore the virtualization technology solution of informatization in petroleum engineering enterprise.

KeywordsVirtualization, Server, VMware, Informatization

1.引言

傳統(tǒng)服務(wù)器是在每臺服務(wù)器上安裝單一操作系統(tǒng)，為保證應(yīng)用穩(wěn)定運行，一般一臺服務(wù)器上只運行一個應(yīng)用，在具有多個應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心中就會有多臺服務(wù)器分別為單一應(yīng)用服務(wù)，這就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量的增加，從而增加了日常維護工作的工作量，并且嚴重浪費了服務(wù)器資源和電力資源。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息系統(tǒng)越來越龐大和復(fù)雜，用虛擬化技術(shù)將少量的物理服務(wù)器整合為服務(wù)器集群平臺成為一種趨勢。虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了硬件資源的共享，使各類應(yīng)用及用戶共同使用這些資源；虛擬化技術(shù)還可以為信息化提供更高的安全性、容災(zāi)性、高可用性、穩(wěn)定性，并且可以顯著降低企業(yè)運營成本，提高管理維護的靈活性。

2.服務(wù)器虛擬化的優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)允許多個虛擬機在同一臺物理服務(wù)器或服務(wù)器集群上運行多個不同類型的操作系統(tǒng)。虛擬化技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢就是將少量的物理服務(wù)器整合為服務(wù)器集群平臺，使運行在其上的各類系統(tǒng)和應(yīng)用共享這些物理服務(wù)器硬件資源，這樣的虛擬化平臺通過數(shù)據(jù)遷移、高可用性、動態(tài)資源分配等技術(shù)還可以為系統(tǒng)和應(yīng)用提供更高的安全性、穩(wěn)定性。

通過虛擬化技術(shù)對應(yīng)用服務(wù)器的整合，可以減少服務(wù)器的采購，使企業(yè)在硬件采購上節(jié)約大量的成本。服務(wù)器數(shù)量的減少同時也意味著機房耗電量和散熱量的減少，從而減少了服務(wù)器和空調(diào)的用電量，為企業(yè)減少了能源支出。服務(wù)器的減少就減少了數(shù)據(jù)機房的服務(wù)器空間占用，為數(shù)據(jù)機房節(jié)省了物理空間。虛擬化技術(shù)的使用可以減少管理維護人員的維護工作量，可以縮短甚至小區(qū)計劃和非計劃的停機時間。虛擬化技術(shù)可以整合數(shù)據(jù)機房中原有的物理服務(wù)器，減少新服務(wù)器的采購。

3.VMware vSphere介紹

VMware vSphere是VMware公司推出的業(yè)界領(lǐng)先的虛擬化平臺，在全球范圍有著廣泛的使用，有著很多的成功案例。典型的 VMware vSphere數(shù)據(jù)中心由計算服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、存儲網(wǎng)絡(luò)和存儲陣列、vCenter Server、vCenter Client管理客戶端等基礎(chǔ)部件組成(圖1)。

在計算服務(wù)器上運行的ESXi軟件為運行虛擬機以及vCenter Server提供基礎(chǔ)環(huán)境和資源，這些計算服務(wù)器被稱為物理服務(wù)器。VMware的虛擬機支持Linux、Windows、Unix等多種系統(tǒng)，具有很高的兼容性和很強的適應(yīng)性，使虛擬化具有了很寬廣的使用范圍。

VMware vSphere能夠滿足不同數(shù)據(jù)中心對不同存儲技術(shù)的需求，能夠支持光纖通道SAN陣列、iSCSI SAN陣列和 NAS陣列等常見的現(xiàn)有存儲技術(shù)通過為每臺物理服務(wù)器配置多個冗余網(wǎng)絡(luò)適配器以及冗余網(wǎng)絡(luò)交換機和冗余網(wǎng)絡(luò)鏈路，可以為整個VMware vSphere數(shù)據(jù)中心提供高帶寬和可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。

vCenter Server安裝后自動運行，作為ESXi主機的中心管理員，為數(shù)據(jù)中心提供一個管理控制點，將多個物理服務(wù)器的資源加入池中并統(tǒng)一管理這些資源并將這些資源共享給整個數(shù)據(jù)中心的虛擬機。vCenter Server具有基本的數(shù)據(jù)中心服務(wù)功能，如訪問控制、性能監(jiān)控和配置功能。

數(shù)據(jù)中心管理和虛擬機訪問的管理客戶端包括VMware vSphere Client、vSphere Web Client (用于通過Web瀏覽器訪問)或vSphere命令行界面(vSphere CLI)。推薦使用VMware vSphere Client客戶端來對整個虛擬機系統(tǒng)進行管理和維護。

Figure 1.The house topology of a typical VMware vSphere data center圖1.典型VMware vSphere數(shù)據(jù)中心物理拓撲

VMware vSphere具有動態(tài)遷移技術(shù)(VMotion)、存儲動態(tài)遷移技術(shù)(Storage vMotion)、系統(tǒng)資源動態(tài)分配技術(shù)DRS(VMware Distributed Resource Scheduler)、存儲資源動態(tài)分配、容錯技術(shù)(fault Tolerance)以及為應(yīng)用程序提供高可用性(High Availability，HA)等先進技術(shù)，在這些技術(shù)的可實現(xiàn)運行中的虛擬機從一臺物理服務(wù)器遷移到另一臺物理服務(wù)器上而不中斷業(yè)務(wù)，將故障物理服務(wù)器上虛擬機在同一集群中其他物理服務(wù)器上重新啟動，在主從虛擬機之間切換來保證虛擬機的連續(xù)可用性，集群資源的動態(tài)分配來改善所有主機和集群資源的分配和功耗。這些先進技術(shù)保證了數(shù)據(jù)中心的容災(zāi)能力和穩(wěn)定性。

Vmare Vmotion可以將正在運行中的虛擬機從一臺物理服務(wù)器實時遷移到集群中另一臺物理服務(wù)器上，從而做到了零停機時間并且提供了連續(xù)可用的服務(wù)，最關(guān)鍵的是保證了事務(wù)的完整性。要實現(xiàn)VMotion虛擬機文件必須存放在共享存儲中，執(zhí)行Vmare Vmotion實際上并不改變虛擬機文件的存放位置，只是在邏輯上將虛擬機的歸屬轉(zhuǎn)移到不同的物理服務(wù)器上。要使用Vware Vmotion功能就需要保證ESXi物理服務(wù)器的CPU類型必須是一樣的，但可以是同類型的CPU的不同型號，即可以是Intel的不同型號的CUP或者AMD的不同型號的CUP。完全相同的CUP可以提高Mware Vmotion的穩(wěn)定性和效率。

VMware HA不間斷地檢測集群中的所有安裝ESXi的物理服務(wù)器，并檢測故障，每臺ESXi主機上的代理程序不斷向集群中的其他主機發(fā)出“心跳信號”，VMware HA還不間斷地監(jiān)控集群中資源使用情況，當(dāng)VMare HA檢測不到“心跳信號”時會將判斷ESXI主機故障并將該物理服務(wù)器上的虛擬機在其他的物理服務(wù)器上重新啟動，由于是重啟虛擬機，這會導(dǎo)致業(yè)務(wù)的中斷。

VMware DRS不間斷監(jiān)控集群中資源的使用情況，并根據(jù)實際業(yè)務(wù)情況和不預(yù)定義規(guī)則的優(yōu)先級，為集群中的虛擬機進行智能、動態(tài)地資源分配。當(dāng)某臺虛擬機負載增大時，VMware DRS會將虛擬機重新分發(fā)給資源池中資源較多的物理服務(wù)器來實現(xiàn)自動分配可用資源，這種重新分發(fā)有兩種方式，一種是將重負載的虛擬機遷移到具有更多資源的另一臺物理服務(wù)器上，也可以是將該物理服務(wù)器上的其他虛擬機遷移到其他物理服務(wù)器上，來將原物理服務(wù)器上的資源更多地分配給重負載的虛擬機，從而為該虛擬機提供更多的資源。VMware DRS具有自動模式和手動模式，自動模式下由VMware DRS來決定在不同物理服務(wù)器之間分發(fā)虛擬機的最佳策略，并自動將虛擬機遷移到最合適的物理服務(wù)器上；采用手動模式時，VMware DRS會提供一個把虛擬機放到最佳物理服務(wù)器的建議，然后將建議提交給管理人員，由其決定具體的執(zhí)行方式。

4.服務(wù)器虛擬化實施方案

隨著中原工程公司數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)發(fā)展，原有的服務(wù)器已無法滿足各種應(yīng)用的需要。在對數(shù)據(jù)中心的升級中考慮到了VMware的虛擬化技術(shù)，并根據(jù)實際情況設(shè)計了VMware虛擬化數(shù)據(jù)中心。

4.1. 硬件配置

整個系統(tǒng)設(shè)計采用光纖通道SAN存儲陣列實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，將虛擬機文件共享在SAN存儲陣列中，最大化發(fā)揮WMware vSphere虛擬化架構(gòu)的優(yōu)勢，保證了動態(tài)遷移(VMotion)、系統(tǒng)資源動態(tài)分配(DRS)、應(yīng)用程序提供高可用性(HA)的可靠性和高效率。

9臺浪潮NF8480物理服務(wù)器各配置一組4個萬兆網(wǎng)卡和一組4個千兆網(wǎng)卡通過2條負載均衡冗余鏈路連接1臺華為萬兆交換機(華為S6720)和一臺千兆交換機(華三S5120)作為服務(wù)器上網(wǎng)線路，其中萬兆交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為業(yè)務(wù)主干網(wǎng)絡(luò)，千兆交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為虛擬機管理網(wǎng)絡(luò)和負載均衡冗余網(wǎng)絡(luò)。NF8480物理服務(wù)器配置8GB HBA卡連接浪潮光存儲交換機SANbox5800，浪潮光存儲交換機SANbox5800連接浪潮SAN存儲矩陣AS1000的A和B兩路控制器，從而實現(xiàn)物理服務(wù)器通過光存儲交換機與光存儲陣列的數(shù)據(jù)鏈路。

4.2. 冗余設(shè)計

整個系統(tǒng)充分考慮了冗余設(shè)計，雙電源負載均衡并采用20kVA在線式UPS和64個12V 100AH免維護電池。網(wǎng)絡(luò)部分采用1個萬兆交換機和1個千兆交換機組成的雙線路配合每臺物理服務(wù)器的雙網(wǎng)卡形成整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負載冗余?？梢詫⑷f兆網(wǎng)絡(luò)作為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，千兆網(wǎng)絡(luò)作為管理網(wǎng)絡(luò)，也可以將萬兆和千兆兩條網(wǎng)絡(luò)互為備份的冗余網(wǎng)絡(luò)。每臺物理服務(wù)器采用三電源和雙風(fēng)扇的冗余設(shè)計。物理服務(wù)器配備雙HBA卡與雙光纖存儲交換機、存儲陣列的冗余設(shè)計提供了容災(zāi)功能，保證了數(shù)據(jù)的安全。

4.3. 軟件配置

各物理服務(wù)器安裝虛擬化底層軟件VMware ESXi 5.5，將物理服務(wù)器的組成大的資源池，在每臺物理服務(wù)器上部署的多臺虛擬機將共享該資源池。每臺虛擬機根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求，分門別類安裝不同的數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用系統(tǒng)、web服務(wù)、郵箱服務(wù)、視頻會議服務(wù)等業(yè)務(wù)。

vCenter Server采用虛擬主機的方式。使用虛擬主機不但能夠?qū)崿F(xiàn)vCenter Server的快速部署和快速恢復(fù)，而且還能夠借助動態(tài)遷移VMotion、系統(tǒng)資源動態(tài)分配DRS和應(yīng)用程序提供高可用性(HA)等特性來使Center Server像其他虛擬機一樣的動態(tài)、動態(tài)分配資源，從而保證Center Server的穩(wěn)定連續(xù)運行。

Center Server負責(zé)整個系統(tǒng)的管理、控制、調(diào)度、備份/恢復(fù)、遷移、虛擬機建立與維護、系統(tǒng)性能的監(jiān)控與管理?？梢栽谄胀ǖ腜C機上安裝VMware vSphere Client，管理員和用戶就可從任何Windows PC通過VMware vSphere Client遠程連接到vCenter Server中來管理和維護虛擬機集群。在實際的使用中，為安全考慮可以通過網(wǎng)絡(luò)的訪問策略限制訪問IP等方式實現(xiàn)只有特定的管理員在特定的電腦上進行虛擬化系統(tǒng)的管理和維護工作。

維護管理人員通過在Windows PC上安裝Vmware vCenter Converter Standalone虛擬機遷移軟件將虛擬機或者物理服務(wù)器遷移到ESXi物理服務(wù)器中作為虛擬機，Vmware vCenter Converter Standalone可以對Windows和Linux系統(tǒng)進行遷移，并且能夠遷移第三方虛擬機(如微軟的Virtual PC、HyperVM等)和第三方虛擬機鏡像。Vmware vCenter Converter Standalone還支持熱遷移，可以將正在運行的系統(tǒng)遷移到ESXi物理機中作為虛擬機。通過這個方法可以快速實現(xiàn)將傳統(tǒng)服務(wù)器上的應(yīng)用遷移到虛擬機集群系統(tǒng)中來，并保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

4.4. 實施過程

在9臺物理服務(wù)器上安裝VMware ESXi5.5，并配置密碼和網(wǎng)絡(luò)。通過OVF模版方式部署VMware vCenter5.5到物理服務(wù)器上并配置網(wǎng)絡(luò)。通過VMware vCenter建立集群并添加物理服務(wù)器，并根據(jù)網(wǎng)路環(huán)境配置主機虛擬機交換機和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。配置存儲陣列并映射到物理服務(wù)器主機群。通過Vmware vCenter Converter Standalone將運行中系統(tǒng)遷移到物理服務(wù)器中作為虛擬機。創(chuàng)建Windows Server2008、Windows Server2012等常用服務(wù)器系統(tǒng)模版，由模版快速創(chuàng)建相應(yīng)系統(tǒng)的虛擬機部署應(yīng)用。手動創(chuàng)建特殊需求的虛擬機硬件并安裝相應(yīng)的操作系統(tǒng)及應(yīng)用。采用虛擬化集中管理軟件對整個虛擬化集群高效管理。使用自動化腳本及相應(yīng)軟件對虛擬機以及數(shù)據(jù)庫等重要數(shù)據(jù)進行備份及容災(zāi)管理。

4.5. 實施效果

通過VMware虛擬化系統(tǒng)在中原工程公司數(shù)據(jù)中心的部署，將地區(qū)公司原門戶網(wǎng)站、OA辦公、視頻會議等十余套系統(tǒng)成功遷移到虛擬化系統(tǒng)中，解決了服務(wù)器單點故障問題。各應(yīng)用數(shù)據(jù)集中存放在共享存儲陣列中，保證了數(shù)據(jù)安全性并提高了 I/O性能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集中管理和備份，可實現(xiàn)快速可靠的災(zāi)難恢復(fù)，實現(xiàn)了故障服務(wù)器自動遷移和虛擬化應(yīng)用的高可用性。減少了服務(wù)器數(shù)量，簡化了管理，減少了運維人員的工作量，降低了運維成本。

在實際使用過程中，除了正常的應(yīng)用及業(yè)務(wù)的使用外，VMware虛擬化系統(tǒng)可以快速搭建測試環(huán)境，虛擬機的部署時間非?？?，在使用模版的情況下幾分鐘就可以部署一臺虛擬機服務(wù)器，中原工程公司數(shù)據(jù)中心在開發(fā)業(yè)務(wù)中經(jīng)常使用虛擬環(huán)境部署多臺虛擬機服務(wù)器來作為測試環(huán)境，測試完后可隨時將測試虛擬機從虛擬化及集群中刪除來釋放資源，為開發(fā)工作提供了高效的環(huán)境，提高了開發(fā)效率，并且減少了硬件采購的支出。

在調(diào)試過程中對VMwareVmotion、VMware HA、WMware DRS進行了測試，實現(xiàn)了各模塊的功能。特別是Vmotion的使用非常方便，當(dāng)需要對某個物理服務(wù)器進行停機維護時，通過使用Vmotion將該物理服務(wù)器上的虛擬機遷移到其他的物理服務(wù)器上，既保證了虛擬機業(yè)務(wù)的連續(xù)性又保證了對物理服務(wù)器的維護。可以通過使用Vmotion功能來對物理服務(wù)器進行計劃內(nèi)的停機維護而又不停止業(yè)務(wù)。

4.6. 虛擬化實施建議

由于所有虛擬機文件都保存在SAN共享存儲陣列中，相當(dāng)于把數(shù)據(jù)的雞蛋都放在了SAN存儲陣列的一個籃子里。數(shù)據(jù)存儲的安全性尤為重要，存儲陣列的熱備和冗余設(shè)計是必須要考慮的。使用VMware vCenter Converter Standalone遷移系統(tǒng)耗時較長并且產(chǎn)生虛擬機占用空間特別大，對于重建難度不大的系統(tǒng)不建議采用Converter Standalone進行系統(tǒng)遷移。

虛擬化并不適合所有的應(yīng)用。由于高性能計算業(yè)務(wù)會充分利用CPU的資源，在使用高性能計算業(yè)務(wù)時CPU利用率會非常高，具有資源的獨占性，所以高性能計算適宜采用虛擬化技術(shù)。視頻服務(wù)之類連續(xù)占用計算機資源的應(yīng)用也不適合使用虛擬化技術(shù)。占用大量 I/O和內(nèi)存資源的大負載應(yīng)用同樣也不適合采用虛擬化技術(shù)。

虛擬化的實施應(yīng)根據(jù)公司的資源及資源使用情況以及實際業(yè)務(wù)情況，制定系統(tǒng)的實施規(guī)劃，而不能盲目地追趕虛擬化的新技術(shù)。在資源充足的情況下可以考慮異地雙活的虛擬化方案，這種方式可以最大化地保證數(shù)據(jù)的安全性和業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

5.結(jié)語

服務(wù)器虛擬化是一項較新的信息技術(shù)，隨著虛擬化技術(shù)發(fā)展成熟，服務(wù)器虛擬化技術(shù)必將得到越來越廣泛的使用。服務(wù)器虛擬化將成為未來服務(wù)器發(fā)展的新趨勢。當(dāng)然在數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中還是要根據(jù)實際應(yīng)用情況來考慮不同的服務(wù)器形式。

VMware虛擬化系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行后，實踐證明了虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢。VMware虛擬化應(yīng)用在中原工程公司數(shù)據(jù)中心已初見成效。下一步可研究多集群、異地雙活、異地容災(zāi)等內(nèi)容來進一步提高數(shù)據(jù)應(yīng)用的安全高效應(yīng)用。

[編輯]帥群

Research and Application of Server Virtualization Technology

Yufeng Jiao, Xin Luo, Quanbin Fu, Xingfen Feng, Jing Li, Yongwei Guo
Mud logging Company of Zhongyuan Petroleum Engineering Company, Puyang Henan

2017年5月30日；錄用日期：2017年6月7日；發(fā)布日期：2017年10月15日

焦玉鋒(1979-)，男，高級工程師，現(xiàn)主要從事錄井信息化管理工作。

文章引用: 焦玉鋒, 羅鑫, 付全彬, 馮杏芬, 李靜, 郭永偉.服務(wù)器虛擬化技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報, 2017,39(5): 185-190.

10.12677/jogt.2017.395082