構(gòu)建PC服務(wù)器的高效能應(yīng)用平臺

楊 威

（衢州電力局，浙江 衢州 324000）

1 PC服務(wù)器應(yīng)用平臺存在的主要問題

PC服務(wù)器以其性價比高的優(yōu)勢承擔了供電企業(yè)大部分應(yīng)用業(yè)務(wù)（如Web，MIS等）的運行任務(wù)。隨著PC服務(wù)器性能的逐步提高，已在企業(yè)信息化建設(shè)中逐漸成為主流運行平臺，但是目前PC服務(wù)器運行平臺主要存在以下問題：

（1）單點故障的運行風險大。

（2）硬件資源利用率低，不能有效地發(fā)揮其優(yōu)越的性能，且難以在不同服務(wù)器平臺之間共享資源，造成資源較大浪費。

（3）可擴展性較差。

（4）重建系統(tǒng)復(fù)雜且恢復(fù)運行時間較長。

（5）磁盤陣列或網(wǎng)絡(luò)存儲在訪問性能、數(shù)據(jù)管理能力、數(shù)據(jù)傳輸性能、擴展能力和數(shù)據(jù)安全性等多個方面存在瓶頸問題。

2 構(gòu)建PC服務(wù)器高效能應(yīng)用平臺的核心技術(shù)

2.1 虛擬架構(gòu)技術(shù)

虛擬架構(gòu)技術(shù)簡單地說就是在1個物理服務(wù)器上運行多個虛擬機，這些虛擬機共享底層硬件，從應(yīng)用的角度來看，每臺虛擬機即是1臺PC服務(wù)器，擁有自己的操作系統(tǒng)、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲器及CPU等“硬件資源”，可以獨立完成預(yù)先定義的工作任務(wù)，且彼此互不干擾。

虛擬架構(gòu)有兩種方式，一種是寄居式架構(gòu)，是指在物理PC服務(wù)器運行平臺的操作系統(tǒng)之上安裝和運行虛擬機。該架構(gòu)主要用于開發(fā)、測試等環(huán)境；第二種是裸設(shè)備式架構(gòu)，是指在硬件平臺上直接運行，且所有虛擬機平行運行、統(tǒng)一管理。該架構(gòu)主要用于提供應(yīng)用服務(wù)器平臺，如Web服務(wù)等，因此裸設(shè)備式架構(gòu)較寄居式架構(gòu)更適合建立高性能PC服務(wù)器應(yīng)用平臺。裸設(shè)備式虛擬架構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裸設(shè)備式虛擬架構(gòu)

采用虛擬架構(gòu)技術(shù)可以提高PC服務(wù)器的資源利用率，降低信息化建設(shè)成本，同時還提供了靈活的應(yīng)用平臺建設(shè)和管理機制，為實現(xiàn)高效能應(yīng)用平臺奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 虛擬存儲技術(shù)

虛擬存儲技術(shù)就是把多個存儲介質(zhì)（如硬盤、RAID）通過一定的手段進行集中管理，所有的存儲模塊在1個存儲池（Storage Pool）中統(tǒng)一管理，因而從主機和工作站的角度看到的不是多個存儲介質(zhì)，而是1個超大容量的存儲介質(zhì)。

虛擬存儲技術(shù)是將虛擬存儲控制設(shè)備、存儲軟件管理系統(tǒng)、交換設(shè)備以及存儲介質(zhì)等有序集成為統(tǒng)一整體的存儲技術(shù)。按拓撲結(jié)構(gòu)分主要有兩種方式：對稱式虛擬存儲和非對稱式虛擬存儲。兩者的唯一區(qū)別就是非對稱式虛擬存儲的控制設(shè)備獨立于傳輸路徑以外。由于非對稱式虛擬存儲不能有效使用高速存儲控制的高速緩存，將會影響到整個虛擬存儲的性能，因此不考慮使用非對稱式虛擬存儲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)PC服務(wù)器高可用性平臺。

對稱式虛擬存儲提供了高性能的數(shù)據(jù)傳輸和磁盤高速訪問，同時具有良好的擴展性和兼容性，因此采用對稱式虛擬存儲技術(shù)是PC服務(wù)器實現(xiàn)高可用性應(yīng)用平臺的重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。對稱式虛擬存儲的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 對稱式虛擬存儲結(jié)構(gòu)

3 高效能PC服務(wù)應(yīng)用平臺架構(gòu)設(shè)計

高效能PC服務(wù)器應(yīng)用平臺由多臺物理PC服務(wù)器（可以根據(jù)面向用戶數(shù)、企業(yè)規(guī)模、PC服務(wù)器性能等綜合指標來確定物理PC服務(wù)器數(shù)量）組成的 1個冗余虛擬架構(gòu)和1組高性能、可靠性好、可擴展性佳的存儲體搭建而成。通過虛擬架構(gòu)技術(shù)對物理PC服務(wù)器進行虛擬化配置和規(guī)劃，并通過高速存儲控制設(shè)備對存儲池中的數(shù)據(jù)進行有序、安全、高速存取控制。

VMware是虛擬服務(wù)器技術(shù)的典型代表，不僅具有完美的PC服務(wù)器虛擬化功能，如使用其自帶的P2V Assistant工具可輕松地將物理服務(wù)器及應(yīng)用通過快照技術(shù)迅速遷移到虛擬機上，同時還提供了強大的功能模塊，以幫助用戶建立和管理虛擬機運行環(huán)境。因此本次構(gòu)建高可用性PC服務(wù)器應(yīng)用平臺選用VMware虛擬服務(wù)器并設(shè)計成裸設(shè)備虛擬結(jié)構(gòu)，詳細結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 高效能應(yīng)用平臺的實現(xiàn)方法

本文從VMware虛擬架構(gòu)層和光纖SAN應(yīng)用系統(tǒng)層入手，介紹高效能應(yīng)用平臺的具體實現(xiàn)。

4.1 VMware虛擬架構(gòu)層

4.1.1 物理PC服務(wù)器群集

在VMware虛擬架構(gòu)硬件基礎(chǔ)上，首先使PC服務(wù)器之間實現(xiàn)群集關(guān)系，在物理上實現(xiàn)多機冗余以保障PC服務(wù)器平臺的硬件容錯能力，降低單點故障的風險，同時為負載均衡實現(xiàn)高性能應(yīng)用提供了有力的硬件支持。使用VMware技術(shù)可以實現(xiàn)異地容災(zāi)，但需要考慮的是必須解決鏈路通道的帶寬問題。

圖3 高效能PC服務(wù)應(yīng)用平臺結(jié)構(gòu)

4.1.2 虛擬機的群集和負載均衡

將物理PC服務(wù)器虛擬成若干虛擬機，并使各物理PC服務(wù)器上的虛擬機之間建立群集，這將提供兩方面的好處：其一是使虛擬機在物理上得到冗余；其二是在有任務(wù)負載時，VMware可通過分布式資源調(diào)度程序（DRS）在物理PC服務(wù)器之間均衡負載。

具體實現(xiàn)方法是采用VMware服務(wù)器中的VMotion技術(shù)，該技術(shù)可迅速地將某一虛擬機切換到另一虛擬環(huán)境上繼續(xù)運行，即解決冗余又可實現(xiàn)負載均衡。理論上，VMotion技術(shù)可實現(xiàn)零中斷遷移，因此該功能在集群環(huán)境下的PC服務(wù)器對計劃內(nèi)PC服務(wù)器的維護和非計劃性故障處理中均具有重要的意義。

4.1.3 統(tǒng)一管理的實現(xiàn)

在VirtualCenter虛擬中心可以方便地管理VMware服務(wù)器及其所有虛擬機的運行，并且提供強大的訪問控制，以確保虛擬環(huán)境中各獨立應(yīng)用及數(shù)據(jù)的絕對安全，從而極大提高了管理員的工作效率和PC服務(wù)器應(yīng)用平臺的可用性。

4.1.4 雙冗余光纖接口

使用雙冗余光纖接口，不僅解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，而且可使虛擬PC服務(wù)器實現(xiàn)高性能的容錯，提高可用性。

4.2 光纖SAN應(yīng)用系統(tǒng)層

光纖SAN應(yīng)用系統(tǒng)是高可用性PC服務(wù)器應(yīng)用平臺設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到高可用性PC服務(wù)器應(yīng)用平臺的性能指標，因此光纖SAN應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)非常重要。

4.2.1 SAN光纖交換機層

使用SAN光纖交換機冗余結(jié)構(gòu)，一方面解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，另一方面保證光纖鏈路有較高的連通性，并提供較好的容錯能力，降低單點故障的風險。同時SAN光纖交換機為高可用性PC服務(wù)器應(yīng)用平臺和其它高級應(yīng)用（如虛擬磁帶庫、異地備份等）提供了強大的擴展能力。

4.2.2 高速存儲控制設(shè)備層

高速存儲控制設(shè)備是虛擬存儲管理的核心設(shè)備，其作用體現(xiàn)在以下方面：

（1）使用雙冗余結(jié)構(gòu)降低高速存儲控制設(shè)備的單點故障風險，提高并行數(shù)據(jù)處理能力以解決數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。

（2）通過高速存儲控制設(shè)備內(nèi)嵌的管理軟件，對存儲池中的物理介質(zhì)進行有效管理。根據(jù)虛擬機實際需要，規(guī)劃或調(diào)整邏輯存儲單元（簡稱LUN），并將LUN映射到虛擬機，即當虛擬主機向磁盤寫數(shù)據(jù)時，實際上是將數(shù)據(jù)寫入高速存儲控制設(shè)備指定的LUN中。

（3）高速存儲控制管理軟件具有強大的安全控制能力，確保劃分的LUN不被未授權(quán)的虛擬機使用，同時也提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4.2.3 高速緩存層

數(shù)據(jù)存入高速存儲控制設(shè)備時，先寫入高速緩存，再由高速緩存將數(shù)據(jù)寫入到指定LUN對應(yīng)的物理存儲介質(zhì)上，顯然高速緩存能夠顯著提高虛擬存儲的數(shù)據(jù)處理能力。為確保整個應(yīng)用平臺的效能和經(jīng)濟性，在劃分高速緩存層時應(yīng)綜合考慮應(yīng)用系統(tǒng)性質(zhì)、數(shù)據(jù)交換頻率、通信數(shù)據(jù)容量以及分配的內(nèi)存空間等因素。

4.2.4 存儲池層

存儲池層將存儲介質(zhì)有機地組織在一起，從而實現(xiàn)海量存儲體。存儲池使用RAID技術(shù)后不僅具有較好的I/O吞吐性能，且具有一定的容錯能力（RAID0除外）。目前很多PC服務(wù)器采用性價比高、安全性好的RAID5技術(shù)，將多個存儲介質(zhì)組合在一起。RAID5技術(shù)支持當有1塊磁盤數(shù)據(jù)損壞后可利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息快速恢復(fù)損壞存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)，從而達到冗余保護目的?，F(xiàn)在的 RAID7（全稱為Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates，最優(yōu)化的異步高I/O速率和高數(shù)據(jù)傳輸率）自帶微操作系統(tǒng)和管理工具，大大改善了I/O性能。和其他RAID技術(shù)相比，RAID7表現(xiàn)出優(yōu)越的數(shù)據(jù)存儲能力，但價格也非常昂貴，企業(yè)可根據(jù)需要定制適合自身的RAID技術(shù)，但要注意選購的高速存儲控制設(shè)備是否支持設(shè)計采用的RAID技術(shù)。

4.2.5 Hotspare池

Hotspare池給存儲池提供了熱備用的存儲介質(zhì)，當存儲池中有存儲介質(zhì)故障時，Hotspare池就會為其分配1塊存儲介質(zhì)，該存儲介質(zhì)會在通過存儲管理系統(tǒng)重建數(shù)據(jù)后立即投入應(yīng)用且不中斷應(yīng)用業(yè)務(wù)。顯然存儲介質(zhì)Hotspare池為存儲池增加了一道堅強的容錯保障，極大提高了存儲池介質(zhì)的安全性。

4.2.6 保護裝置

保護裝置主要實現(xiàn)冗余電池供電保護。一方面是在突然斷電情況下保證緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)能夠回寫到存儲介質(zhì)中而不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失；另一方面，可防止存儲介質(zhì)在失電后因磁頭劃傷盤片而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。該功能模塊進一步保障了PC服務(wù)器應(yīng)用平臺的高可靠性。

4.2.7 存儲池擴展口

存儲池擴展為提供更大容量的存儲池提供擴展接口，用戶可根據(jù)需要追加存儲介質(zhì)以適應(yīng)信息化發(fā)展和規(guī)劃的需求，當然關(guān)鍵是其擴展規(guī)模應(yīng)滿足高速存儲控制設(shè)備相關(guān)的技術(shù)參數(shù)要求。

虛擬存儲不僅可用于確保虛擬機LUN的配置和擴展應(yīng)用，還可用來實現(xiàn)虛擬磁帶庫。

要保障虛擬存儲中的數(shù)據(jù)，除采用上述技術(shù)外，還需要磁帶備份和異地存儲技術(shù)備份，以進一步確保虛擬存儲數(shù)據(jù)的安全性。該系統(tǒng)架構(gòu)提供了接口，既可以通過SAN網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)備份，也支持iSCSI存儲技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異地備份。

5 結(jié)語

基于PC服務(wù)器、利用VMware虛擬架構(gòu)和SAN虛擬化存儲技術(shù)構(gòu)建的高效能應(yīng)用平臺，較好地解決了PC服務(wù)器的可靠性和安全性問題，提高PC服務(wù)器的處理能力和性能，極大降低了企業(yè)信息化建設(shè)和運行維護成本，近兩年來已在國內(nèi)外各類企業(yè)中迅速普及與應(yīng)用。隨著PC服務(wù)器性能的不斷提升，虛擬化技術(shù)日臻成熟，必將掀起新一輪信息技術(shù)革命的高潮。

[1]謝長生，傅湘林，韓德志，等.一種基于iSCSI的SAN的研究與實現(xiàn)[J].計算機研究與發(fā)展，2003，40（5）:746-751.

[2]鄧永紅.詳述虛擬存儲技術(shù)[J].有線電視技術(shù)，2004，11（21）:1-7.

[3]劉磊，柴世芬.負載均衡技術(shù)－虛擬服務(wù)器方案探討[J].阜陽師范學院學報（自然科學版），2006，23（2）:61-64.