虛擬化平臺與存儲系統(tǒng)結(jié)合在地震臺網(wǎng)中的部署和應用

王 卓，張美玲，康 健，方 瑤，賈 軍，郝永梅

（黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱 150090）

0 引言

傳統(tǒng)不使用虛擬化技術(shù)的服務(wù)器中，每臺服務(wù)器僅能同時運行一套操作系統(tǒng)。在2007年建設(shè)完成的“十五”數(shù)字地震項目中，幾乎每個應用服務(wù)均占用一臺獨立的物理服務(wù)器。地震臺網(wǎng)使用的許多應用服務(wù)如測震的參數(shù)同步服務(wù)、EQIM(速報信息共享服務(wù)系統(tǒng))服務(wù)和信息網(wǎng)絡(luò)的NTP(Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)授時協(xié)議)服務(wù)、DNS（Domain Name System，域名系統(tǒng)）服務(wù)等僅需占用很少的服務(wù)器資源，而目前單機計算機的處理能力越來越強，一臺常見的傳統(tǒng)機架式服務(wù)器配置的一顆至強CPU（Central Processing Unit，中央處理器）至少也要擁有四到六個核心以上，在一臺服務(wù)器中僅部署一項服務(wù)嚴重浪費服務(wù)器資源。如果將多個部署環(huán)境相似的應用服務(wù)合并同時部署在一臺服務(wù)器中，又會存在相互干擾的隱患，且正常情況下一套操作系統(tǒng)無法通過多個終端進行操作。

虛擬化技術(shù)將服務(wù)器的CPU、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)等各種實體資源予以分割和隔離，實現(xiàn)在一臺物理服務(wù)器中同時運行多個操作系統(tǒng)，每個操作系統(tǒng)運行在一個虛擬服務(wù)器中，使用虛擬出來的CPU和存儲空間運行，大大增強了服務(wù)器資源的使用率。但多套虛擬機共用一臺宿主機的物理資源，無疑對宿主服務(wù)器的安全性提出了更高的要求。僅僅使用宿主服務(wù)器的raid（Redundant Arrays of Independent Disks，磁盤陣列）硬盤組存儲數(shù)據(jù)，安全性并不夠高。因此在實際應用中為了提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性，在宿主機服務(wù)器上掛載存儲系統(tǒng)，為虛擬服務(wù)器分配存儲系統(tǒng)磁盤空間。

1 虛擬化平臺的部署和應用

目前黑龍江省地震臺網(wǎng)的測震與信息網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)已充分使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，在裸機服務(wù)器中安裝ESXI虛擬化平臺。安裝ESXI虛擬化平臺的操作與安裝其它操作系統(tǒng)類似，使用ESXI的引導光盤進行安裝，或者制作可引導的U盤通過鏡像安裝。安裝過程中需要設(shè)置虛擬化平臺的登錄密碼和IP地址，在成功入網(wǎng)后，使用VMware vSphere Client虛擬化客戶端進行管理和維護。創(chuàng)建虛擬機時需要在宿主機上劃撥物理資源，選擇對應的操作系統(tǒng)類型，并通過鏡像安裝或映射光驅(qū)的使用光盤的方式為虛擬機安裝操作系統(tǒng)。

虛擬化客戶端中可見宿主和虛擬化服務(wù)器的配置及資源使用情況，多臺安裝ESXI平臺系統(tǒng)的宿主服務(wù)器可以組建群集來增加管理上的靈活性，如圖1所示，3臺宿主機組建群集，共計建立了20余臺測震業(yè)務(wù)和信息業(yè)務(wù)的虛擬服務(wù)器。如果群集中的一臺宿主機資源占用過高，可以將高負載宿主機中的一些虛擬服務(wù)器完好無損地遷移到群集中其它負載低的宿主機中，維護上更易于分配和調(diào)整各宿主機的資源使用率。除了易于維護外，當群集中配備了冗余服務(wù)器時還可設(shè)置故障主機自動轉(zhuǎn)移功能，快速恢復中斷的服務(wù)，避免虛擬服務(wù)器長時間停機。

圖1 虛擬化群集與虛擬機應用Fig.1 The virtualization cluster and the application of virtual machine

虛擬機在關(guān)閉的狀態(tài)下可以調(diào)整所劃撥的資源，在使用中隨著應用軟件的升級或部署環(huán)境變化等動態(tài)調(diào)整資源量，做到資源物盡其用。如圖2所示，日志服務(wù)器資源需求量非常低，因此只分配了非常低的資源。CPU的資源分配是以CPU內(nèi)核數(shù)量為單位的，只使用1個內(nèi)核的虛擬服務(wù)器大大節(jié)省了系統(tǒng)資源。在運行過程中若虛擬服務(wù)器的資源占用過高，如CPU使用率過高、磁盤存儲空間將滿等，虛擬化平臺會觸發(fā)警報通知維護人員及時檢查系統(tǒng)運行情況，通過增加過調(diào)配資源使虛擬化系統(tǒng)保持健康的狀態(tài)運行。

圖2 虛擬機硬件資源配置Fig.2 The hardware resource configuration of virtual machine

在使用虛擬機的過程中，可能需要用到光盤或USB存儲介質(zhì)，例如有些軟件正常運行需要在USB端口中插入加密鎖，此時可以將宿主服務(wù)器USB接口映射到虛擬服務(wù)器中使用。本地或虛擬化平臺中存儲的光盤鏡像也可以直接掛載到虛擬服務(wù)器的光驅(qū)。

服務(wù)器的虛擬化技術(shù)不僅節(jié)省了物理服務(wù)器的資源，虛擬機的維護相較于物理機也更加便捷。虛擬化平臺具備快照功能，可以將整個虛擬機的操作系統(tǒng)、內(nèi)存和其它數(shù)據(jù)打包創(chuàng)建成某一個時間點的快照而只占用很少的空間。在每一個重要的維護點為配置好的應用服務(wù)虛擬機創(chuàng)建不同時間節(jié)點的快照可以最大程度地保證應用服務(wù)的可用性，同時快照功能非常適用于開發(fā)或需要頻繁調(diào)試和配置的應用程序及操作系統(tǒng)。

2 存儲系統(tǒng)與虛擬化平臺的組合應用

黑龍江省地震臺網(wǎng)使用一臺華為S5500T存儲系統(tǒng)，應用方式為IPSAN，以萬兆光纖接入核心層網(wǎng)絡(luò)。存儲按照不同硬盤框和不同硬盤的規(guī)格劃分倉儲池，其中SAS盤劃分為快盤池，主要用于為網(wǎng)站、OA、測震流服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等應用程序提供快速儲存磁盤空間，SATA盤劃分為低速倉儲池，主要為工作站等提供大容量數(shù)據(jù)存儲空間，如儲存每日地震波型和歸檔數(shù)據(jù)、為FTP用戶提供存儲空間等。

圖3 存儲系統(tǒng)硬盤使用情況Fig.3 The usage on the HD of storage system

存儲系統(tǒng)在倉儲池中為每個應用主機劃分出不同的LUN（Logical Unit Number，邏輯單元號），應用存儲的主機通過iSCSI( Internet Small Computer System Interface，互聯(lián)網(wǎng)小型計算機系統(tǒng)接口)發(fā)起程序與存儲系統(tǒng)溝通，存儲系統(tǒng)通過主機的iqn標識識別和區(qū)分不同的主機，手動將主機綁定到存儲系統(tǒng)中創(chuàng)建的用戶，再將LUN與用戶之間設(shè)置映射關(guān)系，從而實現(xiàn)磁盤空間的分配。主機端相當于多了一塊新添加的硬盤，可為其分配磁盤卷號和格式化處理。

存儲系統(tǒng)的每個倉儲池做raid5的同時各預留了一塊全局熱備硬盤。全局熱備盤會臨時自動頂替存儲中任意損壞的硬盤，使raid在日常使用中更加安全可靠。存儲系統(tǒng)配備了雙主控，通過雙萬兆光纖接入網(wǎng)絡(luò)，擁有兩個存儲數(shù)據(jù)接口，在主機中運行iSCSI發(fā)起程序時可以分別輸入兩個存儲數(shù)據(jù)接口的地址，在完成主機與LUN之間的映射關(guān)系后，主機中可以發(fā)現(xiàn)兩個一模一樣的新磁盤空間。此時可在主機中安裝存儲系統(tǒng)的驅(qū)動管理軟件，軟件會在主機中自動識別同一存儲的iSCSI磁盤，將相同的磁盤合并為一項。當存儲系統(tǒng)的一個主控損壞或故障時不影響存儲空間的正常使用，為服務(wù)器的數(shù)據(jù)安全提供可靠的保證。存儲系統(tǒng)還具備動態(tài)負載均衡的功能，雙主控會自動分配任務(wù)，提高存儲系統(tǒng)的整體性能。

ESXI虛擬化平臺的掛載存儲與一般主機類似，使用存儲適配器中的iSCSI啟動器與IPSAN存儲進行關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)后的宿主機會多出一項存儲設(shè)備，可基于存儲系統(tǒng)磁盤為虛擬機創(chuàng)建新的虛擬硬盤。如圖4所示，該虛擬化宿主機除了配備了923.5GB的本地磁盤外，還掛載了華為存儲的2TB快盤與8TB的低速盤，按需為各虛擬機提供數(shù)據(jù)存儲空間。在配備宿主服務(wù)器時只需要配備少量的硬盤安裝虛擬化平臺即可，其它全部數(shù)據(jù)均存放在存儲系統(tǒng)中。

圖4 虛擬化宿主機掛載存儲系統(tǒng)Fig.4 The mount storage system of virtual hosting

3 討論

由于具備優(yōu)秀的易維護性和硬件資源最大化利用的優(yōu)勢，虛擬化結(jié)合存儲系統(tǒng)目前已成為支撐黑龍江省地震臺網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)重要的一項技術(shù)，多項重要的業(yè)務(wù)應用均部署在虛擬化平臺上，結(jié)合存儲系統(tǒng)所帶來的數(shù)據(jù)安全方面的提升也尤為重要。整套系統(tǒng)容錯率很高，在硬件出現(xiàn)故障時數(shù)據(jù)可以得到很好的保護，更換故障硬件后可以快速恢復業(yè)務(wù)運行。

虛擬化技術(shù)不僅僅為節(jié)約硬件資源而生，如果由高性能刀片服務(wù)器與配備了SSD（Solid State Drives，固態(tài)硬盤）的高端存儲組建虛擬化平臺，服務(wù)器僅提供高速計算功能，存儲系統(tǒng)除提供應用數(shù)據(jù)儲存外，還可由SSD為服務(wù)器提供高速緩存空間，虛擬化平臺的性能將得到極大的提升。