服務器虛擬化在校園網中的應用

趙伸軍

（西北工業(yè)學校 陜西 興平 713100）

1 引言

隨著信息建設的不斷深入，為提升辦公教學信息化，學校陸續(xù)部署了大量的服務器以滿足信息化建設需求，但隨著服務器數(shù)量的急劇增長，服務器利用率低、整體效率不高、維護管理成本加大、穩(wěn)定性低等問題也隨之而來。根據(jù)存在的問題現(xiàn)狀，本文探析了服務器虛擬化技術在服務器管理中的應用，服務器虛擬化的部署方案，運用服務器虛擬化技術有效解決這些問題，使學校的信息化工作高效、安全、穩(wěn)定運行。

2 虛擬化概述及構架原理

虛擬化技術指計算機元件在虛擬的基礎上運行[1]，虛擬化技術是從邏輯上對硬件資源進行整合，通過虛擬技術，可以把一個應用系統(tǒng)按照需求虛擬化成多個虛擬服務器，且各虛擬服務器相互對立，根據(jù)硬件性能，操作系統(tǒng)的實際負載情況統(tǒng)一分配、回收物理資源，這種方法提高了服務器物理資源的利用率。

服務器虛擬化（Server Virtualization）[2]就是使多個虛擬操作系統(tǒng)可以在同一臺主機上同時運行，通過虛擬化技術可以充分發(fā)揮計算機的硬件性能。服務器虛擬機分為兩大類：寄生架構（基于操作系統(tǒng)的虛擬化），原生架構（基于硬件的虛擬化）。

寄生架構，是在一個已存在的操作系統(tǒng)上安裝虛擬化軟件，然后利用虛擬機軟件創(chuàng)建和管理虛擬機。它的優(yōu)點是宿主操作系統(tǒng)可以提供對硬件設備的必要支持，兼容性較好，操作系統(tǒng)虛擬化可有效地解決硬件不兼容現(xiàn)象。缺點是宿主操作系統(tǒng)消耗CPU、內存和其他硬件IT資源，用戶調用需要穿越多個層次，整體運行性能較低。

原生架構，也就是基于硬件的虛擬化，其硬件資源管理層可直接接管硬件資源并提供給客戶虛擬機使用[3]，虛擬服務器和硬件的交互省去了中間環(huán)節(jié)——宿主操作系統(tǒng)，所以其虛擬化一般更高效。缺點是硬件設備的兼容性較差，虛擬化層直接與主機硬件進行交流，要求所有相關的設備驅動和支撐軟件都要和虛擬機管理程序兼容。

3 服務器虛擬化應用設計

學校在原中心機房進行了多次小規(guī)模的升級改造，陸續(xù)增加了多臺服務器，但由于缺乏整體規(guī)劃、項目資金緊張等原因，導致中心機房的服務器品牌五花八門，在這些服務器上部署的操作系統(tǒng)也不盡相同。硬件品牌與操作系統(tǒng)的多樣化極大地增加了管理的難度，使整個網絡系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性大大降低，如當承載某項服務的服務器宕機，由于沒有與這臺服務器同配置的服務替代，最終導致這項服務提供終止。

為解決此問題，需要高配置的服務器支撐，用高配置服務器虛擬出多臺邏輯服務器，各應用程序相互獨立互不影響[4]，當某臺服務器出現(xiàn)故障時，其他相同配置與應用的虛擬服務器會直接接管故障服務器的所有任務，繼續(xù)進行服務，從而大大提高網絡系統(tǒng)的安全性和可靠性。在做虛擬服務器時，虛擬化產品選擇至關重要，經過多方考察和調研，確定使用Vmware公司產品來部署虛擬化平臺，該產品部署的虛擬服務器具有運行穩(wěn)定，服務可靠且系統(tǒng)安全性高等特點[5]，并且在后期的長時間使用中，除產品版本升級或更新外，VMware ESX可以一直穩(wěn)定運行。

SAN是一個集中式管理的高速存儲網絡，可被用來繞過傳統(tǒng)網絡的瓶頸，它支持服務器與存儲設備之間的直接高速數(shù)據(jù)傳輸[6]。為了數(shù)據(jù)的安全與高效傳輸，在設計虛擬化服務器時，往往會把數(shù)據(jù)和應用相分離，本地硬盤不保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)全部在安全性極高的共享存儲上保存，這樣即使虛擬服務器出現(xiàn)故障，其所承載的數(shù)據(jù)資料仍然完全安全。

新購具備HBA卡的服務器，使用光交換機把原SAN網絡存儲與虛擬化服務器連接，共享之前的存儲空間，實現(xiàn)虛擬服務器與SAN網絡存儲的資源整合[7]。

4 服務器現(xiàn)狀及需求

學校中心機房原提供的服務有Web、FTP、電子圖書、DHCP、系統(tǒng)認證等應用服務，這些服務每項占用一臺物理服務器與部分存儲容量。截至2015年學校已有服務器8臺，但由于服務器老舊，大多服役年限已近9年。雖然部分服務器能正常運行，可由于性能太低，其所承載的服務不是無法運行就是服務質量較低，本次校園網改造升級，根據(jù)校園網應用系統(tǒng)建設需求，在保證前期應用服務存在的前提下，還需再增加課件視頻點播服務和辦公軟件考試系統(tǒng)。按傳統(tǒng)方式，為滿足要求需更換先前的8臺服務器，再新購置兩臺高性能服務器，總計新購10臺服務器用于本次服務器改造升級。表1為原有服務器軟硬件情況表。

表1 原有服務器軟硬件情況表

5 服務器虛擬化方案設計

采用虛擬化軟件Vmware，在學校新購置的兩臺高性能服務器上進行虛擬部署，具體部署方案為：采用兩臺高配置服務器，一套IP SAN網絡存儲設備，一套虛擬化管理系統(tǒng)[8]。詳細任務：先虛擬部署先前的Web、FTP、電子圖書、DHCP、系統(tǒng)認證等8項應用服務，再虛擬部署后期新增的課件視頻點播服務和辦公軟件考試系統(tǒng)2項服務，總計虛擬出10臺虛擬服務器，具體策略以各項服務的配置與系統(tǒng)開銷進行部署，進一步達到各項系統(tǒng)服務的負載均衡，使數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性和可靠性得到有力保障。HP DL165G7服務器性能參數(shù)見表2。

表2 HP DL165G7服務器性能參數(shù)

6 虛擬化服務器部署

結合虛擬化架構，采用VMware虛擬化軟件實施部署基礎平臺。首先把VMware ESX Server虛擬主機系統(tǒng)軟件部署在新購的兩臺服務器底層硬件上，把部署了ESX系統(tǒng)的兩臺服務器連接到網絡存儲LUN上，兩臺服務器通過交互式地址解析建立虛擬化集群。然后，通過部署VMware vCenter[9]管理應用軟件對虛擬化集群做統(tǒng)一的管理，配置對應的資源池對資源實施合理分配。最后，配置虛擬服務器，設定虛擬服務器的詳細參數(shù)配置及網絡類型等，利用Virtua Center管理平臺部署多種服務器應用系統(tǒng)，使應用服務系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性等大大提高。

經過虛擬化服務器部署后，學校新的應用服務部署情況見表3。

表3 學校應用服務部署情況

7 服務器虛擬化效果

服務器的虛擬化整合，把學校中心機房原有和新購總計10臺應用服務器，經過虛擬化平臺整合到2臺服務器和1套IP SAN網絡存儲設備上，充分發(fā)揮了ESX的優(yōu)勢，服務器的均使用率由原來的10%左右上升到70%左右[10]，使服務器硬件資源得到了充分的利用。從此項目費用開支上看，按傳統(tǒng)方式，實現(xiàn)這些校園服務需購置至少10臺服務器來完成，而運用虛擬化技術，只需購置兩臺高性能服務器就可以出色完成任務，由此可見，利用服務器虛擬化技術一方面節(jié)約了大量設備費用開支，另一方面節(jié)約了設備部署空間，為后期服務器拓展留下了充足的部署空間。此外，伴隨實體服務器減少，中心機房功耗也隨之大大降低，機房設備散熱量減少，空調制冷負擔減輕，最終為學校的電費支出省出了一大筆費用。