虛擬化服務(wù)器集群在服務(wù)器管理中的應(yīng)用
——以高校選課任務(wù)為例

陳麗萍

(東北財(cái)經(jīng)大學(xué) 教學(xué)研究中心,遼寧 大連 116025)

0 引言

隨著高校信息化建設(shè)的深入推進(jìn),諸如智慧校園、辦事大廳等類信息系統(tǒng)不斷增多,使得高校中心機(jī)房的硬件設(shè)備量呈持續(xù)上升的趨勢(shì).目前,很多高校的中心機(jī)房建設(shè)仍然遵循傳統(tǒng)模式,每個(gè)信息系統(tǒng)均單獨(dú)配置獨(dú)立的物理服務(wù)器,各系統(tǒng)間所有硬件設(shè)備互相獨(dú)立.因不同信息系統(tǒng)要求的服務(wù)器配置各不相同,為保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行,每臺(tái)服務(wù)器的硬件資源均需要留有一定的冗余.在當(dāng)前高校信息化建設(shè)的大背景下,如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)模式,只有通過(guò)增加交換機(jī)和服務(wù)器等設(shè)備的數(shù)量才能滿足不斷增長(zhǎng)的硬件需求,必然會(huì)導(dǎo)致機(jī)房硬件設(shè)備冗余、資源利用率過(guò)低且能耗過(guò)高,部分資源處于閑置狀態(tài),造成極大的資源浪費(fèi),且機(jī)房管理及系統(tǒng)維護(hù)的工作量也將越來(lái)越大.

當(dāng)今社會(huì)信息技術(shù)高速發(fā)展,高校需要借助全新的理念對(duì)中心機(jī)房的建設(shè)和部署模式進(jìn)行改革,探索更高效的解決方案.目前,虛擬化服務(wù)器集群技術(shù)已日漸成熟和完善,將其引入服務(wù)器管理中已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域中心機(jī)房建設(shè)的主流應(yīng)用模式,它可以有效地解決當(dāng)前各類機(jī)房建設(shè)中存在的問(wèn)題[1].虛擬化服務(wù)器集群技術(shù)的成功應(yīng)用為高校中心機(jī)房建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ).

1 虛擬化服務(wù)器集群的概念

虛擬化服務(wù)器集群是指利用虛擬技術(shù)和服務(wù)器集群理念構(gòu)建以虛擬化服務(wù)器為邏輯單位的資源池,并能根據(jù)信息系統(tǒng)的需求實(shí)現(xiàn)資源的合理動(dòng)態(tài)調(diào)配[2].虛擬化技術(shù)和服務(wù)器集群是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的兩個(gè)不同領(lǐng)域[3].虛擬化技術(shù)就是利用系統(tǒng)軟件將一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器劃分為多個(gè)邏輯服務(wù)器單位,每個(gè)邏輯單位稱為一臺(tái)虛擬機(jī),各虛擬機(jī)之間互相獨(dú)立,每臺(tái)虛擬機(jī)均可提供跟物理服務(wù)器相同的功能.服務(wù)器集群是指使用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)或硬件設(shè)備將多臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)器資源集中起來(lái),形成資源池,通過(guò)負(fù)載均衡機(jī)制使得服務(wù)器之間能夠緊密協(xié)作,進(jìn)而完成給定的任務(wù).因此,從應(yīng)用層面來(lái)講,虛擬化服務(wù)器集群是指利用虛擬化軟件在一臺(tái)或多臺(tái)物理服務(wù)器上劃分出多個(gè)虛擬機(jī),利用網(wǎng)絡(luò)和軟硬件設(shè)備將多個(gè)虛擬機(jī)集中在一起組建成服務(wù)器集群,并使用負(fù)載均衡功能為信息系統(tǒng)進(jìn)行虛擬機(jī)的分配和管理.虛擬化服務(wù)器集群處理速度和能力要比單臺(tái)服務(wù)器高很多,從而保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行.從客戶端來(lái)看,虛擬化服務(wù)器集群雖利用多臺(tái)服務(wù)器來(lái)進(jìn)行并行計(jì)算和處理,但用戶感覺不到任何不同,就像只有一臺(tái)服務(wù)器在提供服務(wù)一樣.

虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)資源的靈活使用和配置并降低成本,集群則可以提高系統(tǒng)的可用性和處理能力,將二者集成并加以應(yīng)用可以有效地利用服務(wù)器資源,降低硬件設(shè)備冗余,提高信息系統(tǒng)的性能.

2 服務(wù)器管理中的問(wèn)題分析

2.1 資源利用率低

傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)建設(shè)中采用一機(jī)一系統(tǒng)的服務(wù)器部署模式,隨著高校信息化建設(shè)的不斷發(fā)展,使用該傳統(tǒng)模式需要不斷增加服務(wù)器以及其他輔助的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能滿足系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)的需求[4].各高校均有許多為教師和學(xué)生提供服務(wù)的信息系統(tǒng),諸如綜合教務(wù)系統(tǒng)、工作量填報(bào)系統(tǒng)、職稱評(píng)審系統(tǒng)等,這些系統(tǒng)均存在業(yè)務(wù)峰期和谷期的情況.為了確保系統(tǒng)在業(yè)務(wù)峰期能夠快速響應(yīng)、提供高效的服務(wù),服務(wù)器一般都會(huì)參照峰期情況配置較高的系統(tǒng)硬件資源.然而,不同信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)峰期各不相同,某信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)峰期可能正好是另一信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)谷期,而傳統(tǒng)的服務(wù)器配置方式中每個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)器均留有一定的資源冗余,且不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的硬件資源不能互相借用,因此大量的硬件資源被閑置,多個(gè)信息系統(tǒng)的閑置資源累積在一起,就會(huì)造成極大的資源浪費(fèi),機(jī)房中實(shí)際的硬件資源利用率非常低.

2.2 建設(shè)成本高

首先,傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中需根據(jù)系統(tǒng)需求對(duì)服務(wù)器進(jìn)行選型和采購(gòu),從物理服務(wù)器的到貨、上架到操作系統(tǒng)的安裝以及信息系統(tǒng)的配置部署,系統(tǒng)上線時(shí)間較長(zhǎng),溝通部門較多,工作效率低下.其次,隨著信息系統(tǒng)的不斷升級(jí),需要對(duì)硬件進(jìn)行擴(kuò)容,或者將系統(tǒng)遷移到更高配置的服務(wù)器上,擴(kuò)容或遷移的工作量較大,耗時(shí)較長(zhǎng).部署在傳統(tǒng)物理服務(wù)器上的信息系統(tǒng)進(jìn)行硬件擴(kuò)容時(shí)需要關(guān)閉服務(wù)器,增加硬件后還需修改物理服務(wù)器的配置參數(shù)并重新啟動(dòng),這種工作方式直接影響了安裝在其上的信息系統(tǒng)的運(yùn)行;系統(tǒng)遷移則需采購(gòu)新的物理服務(wù)器,并重復(fù)進(jìn)行上架、操作系統(tǒng)安裝以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署的操作.因此,傳統(tǒng)的物理服務(wù)器配置部署方式中,初期的建設(shè)及后期的擴(kuò)容和遷移均需要消耗大量的人力、物力及時(shí)間.

2.3 容錯(cuò)能力差

傳統(tǒng)一機(jī)一系統(tǒng)的中心機(jī)房建設(shè)模式中,服務(wù)器的運(yùn)行狀況對(duì)信息系統(tǒng)的影響較大,一旦物理服務(wù)器出現(xiàn)故障,部署在其上的信息系統(tǒng)將會(huì)無(wú)法正常使用,其容錯(cuò)或抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力幾乎為零.有些故障甚至需要硬件廠商的工程師出現(xiàn)場(chǎng)來(lái)解決,需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較高的人力成本,并且在故障解決之前信息系統(tǒng)無(wú)法正常使用,用戶體驗(yàn)較差,嚴(yán)重影響工作效率.

2.4 系統(tǒng)維護(hù)量大

中心機(jī)房的服務(wù)器一般分批采購(gòu),每個(gè)批次機(jī)器的品牌、型號(hào)以及規(guī)格可能會(huì)各不相同,傳統(tǒng)的建設(shè)方式對(duì)于物理服務(wù)器的硬件依賴性比較強(qiáng),對(duì)服務(wù)器進(jìn)行軟硬件升級(jí)、出現(xiàn)軟硬件故障后的問(wèn)題排查和解決等均會(huì)給系統(tǒng)的硬件管理維護(hù)人員增加較大的工作量和工作難度[5].且該模式中,信息系統(tǒng)的后臺(tái)比較分散,不能有效地對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和維護(hù),系統(tǒng)的軟件維護(hù)量也較大,不能高效地監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行.

3 以選課任務(wù)為例的虛擬化服務(wù)器集群的構(gòu)建與運(yùn)維

選課是高校教學(xué)管理部門的重要工作之一,選課階段成為高校每學(xué)期教學(xué)管理需重點(diǎn)關(guān)注的時(shí)間段.從技術(shù)層面來(lái)分析,每學(xué)期的選課階段都是該校教務(wù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)峰期,學(xué)生需要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成本學(xué)期的課程選擇.選課期間大量的并發(fā)訪問(wèn)會(huì)對(duì)物理服務(wù)器造成巨大的沖擊,教務(wù)管理系統(tǒng)必須能夠承受住這些訪問(wèn)量,并對(duì)所有的需求及時(shí)響應(yīng).傳統(tǒng)的一機(jī)一系統(tǒng)模式下,教務(wù)管理系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器只有一臺(tái),面對(duì)大量的訪問(wèn)需求,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)未響應(yīng)、服務(wù)器宕機(jī)的現(xiàn)象,亟需使用虛擬化服務(wù)器集群對(duì)系統(tǒng)的服務(wù)器部署進(jìn)行改革.以下將以選課任務(wù)為例,對(duì)其所需的虛擬化服務(wù)器集群的構(gòu)建和運(yùn)維進(jìn)行詳細(xì)闡述:

3.1 虛擬化服務(wù)器集群的構(gòu)建

服務(wù)器的虛擬化軟件有很多,Vmware、Microsoft、Citrix等公司均有此類產(chǎn)品,各高?？梢愿鶕?jù)自身的需求來(lái)進(jìn)行采購(gòu)[6].虛擬化軟件可以將每臺(tái)物理服務(wù)器在邏輯上劃分為多臺(tái)相互獨(dú)立的虛擬機(jī),物理服務(wù)器的硬件資源會(huì)被分配到虛擬機(jī)上.每臺(tái)虛擬機(jī)在功能上如同一臺(tái)傳統(tǒng)的物理服務(wù)器一樣,擁有獨(dú)立的操作系統(tǒng)及其軟件,均可承載不同的信息系統(tǒng).按照信息系統(tǒng)的規(guī)劃,將某系統(tǒng)部署到選定的虛擬機(jī)上,即可在不額外購(gòu)買服務(wù)器的情況下快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安裝部署.

集群可以提供高可用性和可靠性的系統(tǒng)支持,它一般會(huì)使用負(fù)載均衡技術(shù)來(lái)提高和優(yōu)化信息系統(tǒng)的處理能力.服務(wù)器集群可以依托硬件或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),使用硬件實(shí)現(xiàn)的集群一般均帶有可視化的后臺(tái)管理界面以及負(fù)載均衡功能(例如SANGFOR AD設(shè)備),而純軟件實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器集群可用性稍差,故比較推薦使用硬件來(lái)部署服務(wù)器集群.虛擬化服務(wù)器集群將多臺(tái)物理服務(wù)器劃分成的虛擬機(jī)通過(guò)軟硬件集中在一起,組成虛擬機(jī)資源池,并在擁有可視化界面的后臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行管理和控制,管理后臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控每一臺(tái)虛擬機(jī)的運(yùn)行狀況,在業(yè)務(wù)峰期和谷期進(jìn)行靈活的資源調(diào)配.后期,增加新的虛擬機(jī)后也可以實(shí)時(shí)快捷地加入集群,擴(kuò)大該集群的資源.

以教務(wù)管理系統(tǒng)的選課任務(wù)為例,選取兩臺(tái)物理服務(wù)器,每臺(tái)均使用虛擬軟件創(chuàng)建出6臺(tái)虛擬機(jī),將這12臺(tái)虛擬機(jī)組建成一個(gè)服務(wù)器集群.通過(guò)教務(wù)管理系統(tǒng)升級(jí)將學(xué)生端Web程序與教師端Web程序分離,在這12個(gè)虛擬系統(tǒng)上均部署好學(xué)生端Web程序.虛擬系統(tǒng)的功能強(qiáng)大且又靈活,因此只需在1臺(tái)虛擬機(jī)上部署好之后,其余的11臺(tái)虛擬機(jī)均可通過(guò)拷貝的方式快速完成部署.在非選課階段,只需啟用6臺(tái)學(xué)生Web端虛擬機(jī)即可滿足日常需求,其余6臺(tái)可以同時(shí)部署其他信息系統(tǒng)的功能,在非選課階段的業(yè)務(wù)谷期可以供其他系統(tǒng)使用.選課時(shí),12臺(tái)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行來(lái)承載學(xué)生的并發(fā)訪問(wèn),相當(dāng)于有12臺(tái)功能獨(dú)立的物理服務(wù)器同時(shí)提供服務(wù).

3.2 虛擬化服務(wù)器集群的運(yùn)維

當(dāng)集群中的某臺(tái)虛擬機(jī)硬件配置不能滿足需求時(shí),可以通過(guò)圖形用戶界面將該虛擬機(jī)軟件關(guān)閉,并快速為其分配硬件資源(如CPU個(gè)數(shù)、內(nèi)存及硬盤空間的大小等),完成分配后再開機(jī)并啟動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)即可.與物理服務(wù)器的升級(jí)相比,整個(gè)過(guò)程對(duì)時(shí)間及人力的消耗顯著降低且操作更加簡(jiǎn)便.

為保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率及安全性,信息系統(tǒng)會(huì)部署在多臺(tái)虛擬機(jī)上.集群自帶負(fù)載均衡功能,可以將所有的訪問(wèn)需求按照負(fù)載均衡算法分配到某臺(tái)虛擬機(jī)上.當(dāng)某虛擬機(jī)出現(xiàn)業(yè)務(wù)故障時(shí),將會(huì)自動(dòng)平滑地退出集群,系統(tǒng)自啟動(dòng)正常后又可自行平滑進(jìn)入,無(wú)須人工干預(yù)[7].當(dāng)某虛擬機(jī)出現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí),可將其暫時(shí)從集群中摘除,此時(shí)其他虛擬機(jī)仍可以提供系統(tǒng)服務(wù),對(duì)于故障虛擬機(jī)的問(wèn)題排查和解決不影響整個(gè)信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行.

信息系統(tǒng)遷移時(shí),只需對(duì)其所在虛擬機(jī)的整個(gè)系統(tǒng)文件進(jìn)行拷貝,創(chuàng)建好目標(biāo)虛擬機(jī)后將拷貝過(guò)來(lái)的系統(tǒng)文件整體導(dǎo)入,該虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)及其上所有信息系統(tǒng)的配置和部署均可一次性遷移過(guò)來(lái),對(duì)目標(biāo)虛擬機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)配置,即可正常使用.

4 虛擬化服務(wù)器集群的應(yīng)用效果

4.1 提高了服務(wù)器的資源利用率

用虛擬化服務(wù)器集群在物理服務(wù)器上創(chuàng)建多個(gè)虛擬機(jī),形成資源池,統(tǒng)一進(jìn)行資源分配,這樣既可以充分利用各服務(wù)器的冗余資源,也能充分利用各信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)峰期和谷期之間的時(shí)間差,通過(guò)軟件管理界面按各系統(tǒng)的需求對(duì)所有的硬件資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)配,互相借用彼此的閑置資源.通過(guò)對(duì)服務(wù)器硬件資源的重組及優(yōu)化,極大地提高了中心機(jī)房中各物理服務(wù)器的資源利用率.

4.2 降低了信息系統(tǒng)的建設(shè)成本

使用虛擬化服務(wù)器集群技術(shù)建設(shè)信息系統(tǒng)時(shí),只需按照需求利用服務(wù)器的空閑資源創(chuàng)建虛擬機(jī)即可完成服務(wù)器的準(zhǔn)備工作,與傳統(tǒng)的物理服務(wù)器采購(gòu)上架相比,大大節(jié)約了系統(tǒng)建設(shè)的時(shí)間和成本.在對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行遷移時(shí),只需克隆或遷移所在虛擬機(jī)上的系統(tǒng)文件即可完成所有系統(tǒng)環(huán)境的遷移工作,相較于傳統(tǒng)的物理服務(wù)器遷移,其難度大大降低,且時(shí)間和人力成本也相應(yīng)大幅降低.

4.3 提高了信息系統(tǒng)的容錯(cuò)性

一旦集群中某臺(tái)虛擬機(jī)出現(xiàn)軟件或硬件故障(如服務(wù)停止、虛擬機(jī)宕機(jī)、CPU、內(nèi)存或電源等故障),故障機(jī)可以自動(dòng)啟動(dòng)平滑退出功能,負(fù)載均衡機(jī)制會(huì)自動(dòng)將用戶發(fā)起的訪問(wèn)需求切換到其他正常的虛擬機(jī)上,無(wú)需系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行人工干預(yù)即可保證信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行.這種工作模式與傳統(tǒng)的一機(jī)一系統(tǒng)模式相比較,大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的容錯(cuò)性,切實(shí)保障了信息系統(tǒng)的不間斷正常運(yùn)行.

4.4 提高了技術(shù)人員的工作效率

虛擬化服務(wù)器集群中的虛擬機(jī)可以安裝不同類型的操作系統(tǒng),如Linux或Windows等,而且安裝的難度以及時(shí)間消耗要低很多.集群擁有良好的可視化管理界面,管理員可以快速創(chuàng)建新的虛擬機(jī),并對(duì)各類虛擬系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理,且對(duì)于服務(wù)器的故障監(jiān)控是基于應(yīng)用層的,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后可基于某臺(tái)虛擬機(jī)進(jìn)行故障排查,也可對(duì)該虛擬機(jī)進(jìn)行重啟或重新部署等操作,因此其操作難度和時(shí)間消耗要低很多[8].相較于傳統(tǒng)的物理服務(wù)器,這種模式既有效減少了系統(tǒng)維護(hù)的時(shí)間,又降低了系統(tǒng)維護(hù)的難度,從根本上提高了技術(shù)人員的工作效率.

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn),虛擬化服務(wù)器集群可以較好地為教務(wù)管理系統(tǒng)的選課提供保障.隨著集群理念的不斷發(fā)展和完善,以及高校信息化建設(shè)的深入推進(jìn),將會(huì)有越來(lái)越多的中心機(jī)房采用該類方案來(lái)解決當(dāng)前傳統(tǒng)中心機(jī)房建設(shè)中存在的種種問(wèn)題.各高?？梢愿鶕?jù)自身信息化建設(shè)的需求合理地應(yīng)用此類方案,來(lái)更好地支持和保障各類信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行,提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率,降低技術(shù)人員的日常維護(hù)工作量,為高校信息化建設(shè)提供更有力的保障,為教師和學(xué)生提供更加便捷、更高質(zhì)量的服務(wù).