虛擬化技術(shù)在業(yè)務(wù)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賈東+李鹿

摘要：近年來，在氣象科技化的帶動下，氣象信息中服務(wù)器虛擬化保持了較快增長，服務(wù)器虛擬化也已成為氣象用戶IT基礎(chǔ)架構(gòu)管理的“標(biāo)配”，服務(wù)器虛擬化經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)演變的相對成熟起來，隨著數(shù)據(jù)中心理念的提出，更加強(qiáng)調(diào)氣象內(nèi)部各類硬件的虛擬化統(tǒng)一調(diào)度和運(yùn)維。虛擬化從單一的服務(wù)器虛擬化擴(kuò)展到全I(xiàn)T基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬化融合，包括計(jì)算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、安全虛擬化技術(shù)等，來構(gòu)建真正意義上的全虛擬化數(shù)據(jù)中心。我局通過虛擬化資源池的建設(shè)，提高了硬件資原利用率，合理的按需分配資源，為氣象現(xiàn)代化建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】虛擬化 共享存儲 虛擬網(wǎng)絡(luò)

1 虛擬化建設(shè)思路與原理

通過使用CAS虛擬化管理平臺，可以把老舊服務(wù)器加入到資源池中，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有新、舊硬件資源的統(tǒng)一管理與分配，對現(xiàn)有硬件服務(wù)器實(shí)現(xiàn)集群化管理。通過采用優(yōu)化后的高性能集群文件系統(tǒng)，支持SAN/iSCSI/NFS等存儲協(xié)議，可以允許不同的服務(wù)器訪問同一虛擬機(jī)磁盤文件實(shí)現(xiàn)對硬件資源的整合與統(tǒng)一調(diào)度管理進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)資源的分布存儲，提高數(shù)據(jù)存儲效率。并且通過備份虛擬機(jī)的建立，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的異地備份功能，保證數(shù)據(jù)完整性。并且可以對多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬機(jī)的建立，在某個系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)與切換，圖1為總體框架圖。

2 虛擬化技術(shù)路線

2.1 軟硬件設(shè)備的選擇

通過CAS虛擬化平臺的建立，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心內(nèi)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲等硬件資源的虛擬化管理。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，CAS虛擬化平臺支持對計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源進(jìn)行按需分配。對計(jì)算資源的分配通過虛擬CPU和虛擬內(nèi)存的資源限額與資源預(yù)留技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)資源的分配通過虛擬交換機(jī)的QoS功能來實(shí)現(xiàn)，而存儲資源的分配則通過虛擬機(jī)磁盤IOPS （Input and Output Per Seconds，每秒I/O次數(shù)）和吞吐量的限速功能來實(shí)現(xiàn)。通過這些技術(shù)來滿足SLA（Service-Level Agreement，服務(wù)等級協(xié)議），確保高優(yōu)先級的虛擬機(jī)具有更良好的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲性能，避免虛擬機(jī)之問的“臨位干擾”效應(yīng)。硬件設(shè)備選擇上，根據(jù)我局的實(shí)際情況與業(yè)務(wù)需求，選擇兩臺R390X系列服務(wù)器，硬件資源包括320G內(nèi)存、64核CPU。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

平臺依附于KVM架構(gòu)，是Linux內(nèi)核的一部分，致力于與內(nèi)核本身進(jìn)行深度集成，完全可以重用Linux內(nèi)核中已經(jīng)完善的進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、I/O管理等代碼。并且可以長期享受Linux內(nèi)核技術(shù)不斷成熟和進(jìn)步的好處，優(yōu)化KVM的實(shí)現(xiàn)。通過虛擬資源池的建立，融合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全資源的虛擬化，形成彈性的數(shù)據(jù)中心資源池，實(shí)現(xiàn)資源的自動化調(diào)度，更好地為上層應(yīng)用服務(wù)。虛擬化后，虛擬機(jī)之問完全隔離，具有獨(dú)立的CPU、內(nèi)存、磁盤I/O、網(wǎng)絡(luò)I/O，任何一個虛擬機(jī)發(fā)生故障，同一物理機(jī)上的其他虛擬機(jī)不受影響，且不同虛擬機(jī)問操作系統(tǒng)可以異構(gòu)。

3 虛擬資源池的搭建

3.1 服務(wù)器的虛擬化

通過CAS虛擬化軟件的使用，可以將一臺物理服務(wù)器虛擬成多臺虛擬服務(wù)器。本次配置R390X G2服務(wù)器，每臺可虛擬6-10臺虛擬機(jī)。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，根據(jù)不同平臺和系統(tǒng)對硬件的需求，動態(tài)按需分配硬件資源，實(shí)現(xiàn)對CPU數(shù)量、內(nèi)存、存儲容量的分配，達(dá)到集約化管理的目的。另外，通過對系統(tǒng)的擬化，可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器備份功能，避免了實(shí)體機(jī)備份時對硬件資源的占用和浪費(fèi)，可達(dá)到隨時切換備份的功能，提高我局對業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)急備份的保障能力。

3.2 動態(tài)資源的調(diào)度

在虛擬化環(huán)境中，一旦用戶將應(yīng)用整合到資源較少的物理主機(jī)上，虛擬機(jī)的資源需求往往會成為瓶頸，全部資源需求很有可能超過主機(jī)的可用資源。虛擬化平臺提供的動態(tài)資源調(diào)度特性引入一個自動化機(jī)制，通過持續(xù)地平衡容量，將虛擬機(jī)遷移到有更多可用資源的主機(jī)上，確保每個虛擬機(jī)在任何節(jié)點(diǎn)都能及時地調(diào)用相應(yīng)的資源。即便大量運(yùn)行SQL Server的虛擬機(jī)，只要開啟了動態(tài)資源調(diào)度功能，就不必再對CPU和內(nèi)存的瓶頸進(jìn)行一一監(jiān)測。全自動化的資源分配和負(fù)載平衡功能，也可以顯著地降低數(shù)據(jù)中心的成本與運(yùn)營費(fèi)用。動態(tài)資源調(diào)度功能通過心跳機(jī)制，定時監(jiān)測集群內(nèi)主機(jī)的CPU和內(nèi)存等計(jì)算資源的利用率，并根據(jù)用戶自定義的規(guī)則來判斷是否需要為該主機(jī)在集群內(nèi)尋找有更多可用資源的主機(jī)，以將該主機(jī)上的虛擬機(jī)遷移到另外一臺具有更多合適資源的服務(wù)器上，或者將該服務(wù)器上其它的虛擬機(jī)遷移出去，從而保證某個關(guān)鍵虛擬機(jī)的資源需求。

3.3 分布式存儲系統(tǒng)

CAS虛擬平臺融合了計(jì)算的虛擬化和存儲的虛擬化，在提供虛擬計(jì)算資源的同時，服務(wù)器上的空閑磁盤空間也被虛擬化成一個統(tǒng)一的存儲資源池，形成可橫向擴(kuò)展（Scale-out）的云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)。通過vStor分布式存儲系統(tǒng)，無需購買專用的存儲以及SAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，整個數(shù)據(jù)中心架構(gòu)得以扁平化，大大簡化了IT運(yùn)維和管理，同時降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)IT環(huán)境的節(jié)能減排。

3.4 虛擬池的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

虛擬資源池是運(yùn)行在我局業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)中，可通過虛擬集群服務(wù)器的硬件物理網(wǎng)口直接連到核心交換機(jī)接入業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)。另外，對于虛擬池中需要雙網(wǎng)接入的服務(wù)器，需在虛擬機(jī)上修改網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進(jìn)行多網(wǎng)卡的增加，再通過接入路由器設(shè)備進(jìn)行多地址的映射與路由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)多路由的鏈路訪問。對于多業(yè)務(wù)平臺的流量限制方面，可通過虛擬平臺的虛擬交換機(jī)進(jìn)行配置?？膳渲脛澐殖龆鄠€VLAN，使不同鏈路接入互相不影響。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2。

4 結(jié)論

虛擬化技術(shù)的引入有效的支持了我局氣象科技化發(fā)展，對實(shí)現(xiàn)我局智慧氣象建設(shè)具有重要意義。通過虛擬化資源池的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)中心內(nèi)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲等硬件資源的虛擬化管理，對上層應(yīng)用提供自動化服務(wù)，對氣象科技化建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為提高全局服務(wù)器利用率有明顯作用，彌補(bǔ)了老化服務(wù)器存在的安全隱患，減少硬件設(shè)施投入，具有一定的經(jīng)濟(jì)和科技效益。

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