王小明 李 平 蔡長青 秦洪文

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淺談上海市地震局信息虛擬化建設(shè)

王小明 李 平 蔡長青 秦洪文

(上海市地震局，上海 200062)

通過分析當(dāng)前信息虛擬化技術(shù)的發(fā)展趨勢，研究上海市地震局現(xiàn)有服務(wù)器存在的高功耗、低利用率等弊端，結(jié)合上海市地震局防震減災(zāi)大樓建設(shè)背景，提出了適合未來信息化發(fā)展的上海市地震局信息虛擬化建設(shè)方案。并基于刀片服務(wù)器、高性能存儲、光纖交換機實現(xiàn)該方案，降低了能耗，提高了資源利用率，方便了服務(wù)器的統(tǒng)一管理，為數(shù)據(jù)庫整合及桌面虛擬化工作打下了堅實基礎(chǔ)。

虛擬化技術(shù) 刀片服務(wù)器 功耗 資源利用率 統(tǒng)一管理

引言

IBM2011年全球CIO調(diào)研報告《CIO的智勝之道》對全球71個國家、18個行業(yè)超過3000名CIO進行了調(diào)查，其中，60%的CIO表示將在未來5年內(nèi)應(yīng)用云計算來增強企業(yè)競爭力。而云計算（王金波，2009）的基礎(chǔ)，就是虛擬化。在大大小小的數(shù)據(jù)中心中，向服務(wù)器虛擬化技術(shù)遷移的步伐已經(jīng)不可阻擋。虛擬化所帶來的高資源利用率、高可用性、快速部署以及環(huán)保和節(jié)能效果等，對用戶而言，無一不是實實在在的誘惑，再加上云計算大潮的推動，服務(wù)器虛擬化已經(jīng)成為行業(yè)大趨勢（吳朱華，2011）。

1 虛擬化概述

1.1 虛擬化定義

虛擬化的概念（英特爾開源軟件技術(shù)中心等，2009）很廣泛，由于它不是某個人或某個組織提出的，是在信息技術(shù)不斷發(fā)展的過程中生成的，因此它沒有確切的定義。我們只能從廣義上去理解虛擬化。虛擬化是指資源的抽象化，也就是單一物理資源的多個邏輯表示（1:N），或者多個物理資源的單一邏輯表示（N:1）。通過虛擬化技術(shù)，可以簡單地將一個物理服務(wù)器邏輯劃分為多個物理服務(wù)器，或者將多個物理服務(wù)器整合成一個物理服務(wù)器資源來供用戶使用，如圖1和圖2所示。

1.2 虛擬化優(yōu)勢

虛擬化的優(yōu)勢在于：①虛擬化技術(shù)提高了現(xiàn)有資源的利用程度。通過服務(wù)器虛擬化整合，能夠?qū)F(xiàn)有的基礎(chǔ)構(gòu)架資源整合在一個資源池中，任何應(yīng)用都能夠從資源池中調(diào)用需要的資源，這就打破了原有的一臺物理服務(wù)器僅對應(yīng)一個或幾個應(yīng)用的模式，大大提高了服務(wù)器資源的利用率。②虛擬化技術(shù)通過縮減物理基礎(chǔ)架構(gòu)，降低了信息中心的運維成本。刀片服務(wù)器的出現(xiàn)，使得物理服務(wù)器及相關(guān)的硬件設(shè)施不斷減少，無論占用的空間還是電力和制冷需求，都大大降低。③提高了服務(wù)器的可管理性和安全性，提高了硬件及應(yīng)用程序的可用性。虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了所有虛擬設(shè)備的統(tǒng)一化管理，其高度安全的基礎(chǔ)架構(gòu)能夠?qū)崟r或者計劃對服務(wù)器進行遷移而不造成業(yè)務(wù)中斷，避免了現(xiàn)有獨立服務(wù)器因設(shè)備故障導(dǎo)致應(yīng)用無法正常運行。在數(shù)據(jù)存儲方面，虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了在減少復(fù)雜度和成本基礎(chǔ)上安全管理更多類型數(shù)據(jù)，以不同的備份技術(shù)、統(tǒng)一的恢復(fù)管理系統(tǒng)建立對企業(yè)數(shù)據(jù)的管理機制。

2 上海市地震局信息虛擬化建設(shè)

2.1 虛擬化建設(shè)背景

上海市地震局承擔(dān)著上海市行政區(qū)范圍內(nèi)的地震監(jiān)測預(yù)報、地震災(zāi)害預(yù)防和地震緊急救援等政府行政管理職能和各區(qū)、縣防震減災(zāi)的指導(dǎo)工作。上海市地震局應(yīng)急救援與保障中心技術(shù)保障部負責(zé)全局信息中心的建設(shè)，隨著國家“九五”、“十五”、“十一五”各項目的逐步完成，上海市地震局技術(shù)保障部配合各部門逐步實現(xiàn)了數(shù)字地震觀測網(wǎng)、地震前兆觀測網(wǎng)（陰朝民，2001）、強震觀測網(wǎng)、地震信息通信網(wǎng)和地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)的建設(shè)。在“十一五”建設(shè)后期及未來即將開展的“十二五”計劃中，上海市地震局浦西防震減災(zāi)新大樓建設(shè)將成為重點工作，而圍繞著該重點工作進行的浦西防震減災(zāi)新大樓信息化建設(shè)，已成為技術(shù)保障部門工作的重中之重。本文結(jié)合上海市地震局現(xiàn)有信息化建設(shè)基礎(chǔ)，討論服務(wù)器虛擬化在上海市地震局信息中心的應(yīng)用。

近年來，隨著震情的頻繁發(fā)生，作為地震業(yè)務(wù)系統(tǒng)重要支撐的信息系統(tǒng)迅速發(fā)展。目前，上海市地震局浦東地震監(jiān)測中心機房擁有70臺物理服務(wù)器，浦西機房擁有15臺物理服務(wù)器，總共85臺服務(wù)器承擔(dān)了上海市地震局的日常業(yè)務(wù)工作。所有服務(wù)器全年7×24小時不間斷工作（王小明，2012），管理好所有服務(wù)器，是關(guān)系到地震業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運行的前提。面對如此多的服務(wù)器，傳統(tǒng)管理方式已經(jīng)跟不上信息中心不斷發(fā)展的節(jié)奏，在開展虛擬化建設(shè)之前，上海市地震局信息中心面臨如下問題。

（1）服務(wù)器耗能巨大。上海市地震局信息中心總共85臺服務(wù)器（含存儲設(shè)備），其功耗如表1所示。所有服務(wù)器總功耗約為62kW。

表1 服務(wù)器功耗統(tǒng)計表

（2）服務(wù)器品牌復(fù)雜，操作系統(tǒng)多樣化，統(tǒng)一管理非常困難。上海市地震局信息中心服務(wù)器品牌包含：DELL、IBM、H3C、SUN、HITACHI、曙光等；操作系統(tǒng)包括：Windows2000、Windows2003、Windows XP、Windows2008、SUSE、AIX、Solaris等。

（3）服務(wù)器占用空間較大。目前浦東約150m的機房已經(jīng)被6個服務(wù)器機柜、2臺UPS設(shè)備、SDH線路配線架全部占用；浦西約50m的機房被2個服務(wù)器機柜占用、2個路由交換設(shè)備機柜占用。

2.2 虛擬化設(shè)計思想

上海市地震局防震減災(zāi)大樓信息機房位于9層，約100m，機房內(nèi)需要部署服務(wù)器機柜、路由交換設(shè)備機柜等。信息中心的設(shè)計思想主要基于以下幾個方面：

（1）節(jié)能環(huán)保。當(dāng)下，綠色IT是信息化發(fā)展的大勢所趨。作為上海市地震局的重點工作，浦西防震減災(zāi)大樓的信息化建設(shè)過程中將環(huán)保、節(jié)能放在重要位置，服務(wù)器整合、提高服務(wù)器利用率、降低整體能耗等工作勢必成為達到綠色IT目的所必需要開展的工作。

（2）統(tǒng)一管理。由于上海市地震局服務(wù)器品牌復(fù)雜，操作系統(tǒng)多樣化，未來信息化建設(shè)需要將所有服務(wù)器統(tǒng)一管理，建立一個完整、統(tǒng)一、無縫的管理平臺。在該平臺上，不僅能夠管理不同品牌、不同操作系統(tǒng)的服務(wù)器，還能夠?qū)崿F(xiàn)物理服務(wù)器之間的遷移。

（3）高可用性。上海市地震局信息中心平均每日業(yè)務(wù)流量高峰能夠達到12000kbps，平均每日業(yè)務(wù)總流量能夠達到約37.43GB，如圖3和圖4所示。

對于如此高的業(yè)務(wù)流量，非計劃停機對業(yè)務(wù)工作造成的損失無法估量，如何降低因此帶來的風(fēng)險及相關(guān)成本，如何保持業(yè)務(wù)系統(tǒng)環(huán)境正常運轉(zhuǎn)，如何保證工作效率是信息化建設(shè)必須要考慮的問題。

（4）減少占地面積。上海市地震局防震減災(zāi)大樓9層信息中心機房總共約150m的面積，將所有服務(wù)器和主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全部部署在該機房，需要在不影響業(yè)務(wù)的前提下合理布局，盡量減少物理服務(wù)器的數(shù)量。

2.3 信息虛擬化的實現(xiàn)

2.3.1 物理環(huán)境的搭建

采用思科的UCS-5108作為虛擬化部署的物理設(shè)備基礎(chǔ)，存儲采用的是HDS VSP，另外，采用思科MDS-9148交換機作為刀片服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。圖5為物理連接拓撲圖。

機頭A和B的PORT1以及PORT2作為SERVER PORT，使用4根專用SFP-H10GB-CU5M線纜交叉連接至1號刀箱以及2號刀箱。機頭A和B的拓展卡上的端口模式全部改為光纖通道模式，用于與光纖交換機之間的連接。當(dāng)前的LAN和SAN中，基本上所有的設(shè)備都通過2臺UCS主機頭來連接。兩籠刀箱分別做2個集群，命名為SHDZJ_HYPER-V_CLUSTER-01和SHDZJ_HYPER-V_CLUSTER-02，每個集群里面4把刀片，刀片配置文件參數(shù)如表2所示。

表2 刀片配置文件參數(shù)表

續(xù)表

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建

上海市地震局原有的網(wǎng)絡(luò)劃分為vlan101-vlan117，在原來核心網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，我們又新增加了3個VLAN，各VLAN的作用如表3所示。

表3 VLAN劃分表

2.3.3 軟件環(huán)境的搭建

操作系統(tǒng)統(tǒng)一采用Windows2008 Server R2版本，虛擬軟件采用微軟的Hyper-V，虛擬服務(wù)器管理軟件采用System Center Virtual Machine Manager（SCVMM）。

2個集群總共8把刀片，宿主機上面全部安裝了Windows2008 Server R2操作系統(tǒng)，開啟了微軟的Hyper-V角色。除去在刀片上安裝的宿主系統(tǒng)外，還在管理控制刀片上生成了4臺虛機，每臺虛機上安裝的同樣是Windows2008 Server R2操作系統(tǒng)，用于對集群進行管理。這4臺虛機分別為：集群域控服務(wù)器（AD）、SCVMM數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、SCVMM進程服務(wù)器、SCVMM管理服務(wù)器。整個軟件環(huán)境的邏輯結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.3.4 服務(wù)器的創(chuàng)建和遷移

服務(wù)器虛擬化的物理、網(wǎng)絡(luò)、軟件環(huán)境全部搭建完成之后，接下來的工作就是將上海市地震局信息機房內(nèi)的70臺物理服務(wù)器全部遷移到刀片之上，85臺物理服務(wù)器中，部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要重新建設(shè)，通過與各部門之間的溝通交流，對所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行了統(tǒng)計。其中，需要新建的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有18個，需要進行物理服務(wù)器虛擬化遷移（P2V）操作的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有21個，余下的部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)暫時不需要進行虛擬化。為保證上海市地震局各業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運行，對需要進行P2V操作的業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用實時遷移方式，避免造成正在運行的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的中斷。

對于需要新建的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，直接在集群的刀片上創(chuàng)建虛擬服務(wù)器，根據(jù)業(yè)務(wù)需要來配置操作系統(tǒng)、硬件環(huán)境等信息。最終在新建的虛擬服務(wù)器上安裝業(yè)務(wù)軟件，完成新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建立。

3 結(jié)論

上海市地震局防震減災(zāi)大樓信息虛擬化工作于2010年開始，經(jīng)過近2年的不斷論證、測試及試運行，上海市地震局整合了近85臺物理服務(wù)器，大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)在虛擬服務(wù)器上正常運行。從管理角度來說，服務(wù)器虛擬化大大簡化了硬件采購周期，縮短了服務(wù)器故障處理時間，大幅降低了服務(wù)器的運行維護成本，提高了故障處理效率，提高了技術(shù)保障部的IT服務(wù)水平和IT人員的工作效率；從技術(shù)角度來說，服務(wù)器虛擬化縮短了系統(tǒng)部署、測試、投入運行的時間，高可用性（HA）解決方案大大縮短了因日常維護操作（計劃）和突發(fā)的系統(tǒng)崩潰（非計劃）所導(dǎo)致的停機時間，負載均衡技術(shù)將虛擬服務(wù)器負載分攤到集群內(nèi)的多把刀片上，大大提高了資源利用率；從節(jié)能減排的角度來說，服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，為上海市地震局每月減少了約25.2kW的用電量（見表1和表4），并大大減少了物理服務(wù)器的占地面積。

表4 虛擬化設(shè)備功耗統(tǒng)計表

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和業(yè)務(wù)應(yīng)用的不斷增多，上海市地震局數(shù)據(jù)信息中心所承擔(dān)的業(yè)務(wù)量越來越大，如何讓數(shù)據(jù)信息中心更好的為社會服務(wù)、為工作人員服務(wù)，是上海市地震局信息中心面臨的巨大挑戰(zhàn)。服務(wù)器的虛擬化走出了上海市地震局信息虛擬化技術(shù)的第一步，今后上海市地震局信息虛擬化目標(biāo)還包括：數(shù)據(jù)庫整合、網(wǎng)絡(luò)資源整合、存儲資源整合?；谔摂M化技術(shù)的桌面虛擬化、應(yīng)用發(fā)布虛擬化，將是未來上海市地震局信息虛擬化工作的重要內(nèi)容。

王小明，2012．飛信服務(wù)在地震軟件系統(tǒng)中的集成和應(yīng)用．震災(zāi)防御技術(shù)，7（4）：431—443.

王金波，2009．虛擬化與云計算．北京：電子工業(yè)出版社．

吳朱華，2011．云計算核心技術(shù)剖析．北京：人民郵電出版社．

陰朝民，2001．地震前兆臺網(wǎng)技術(shù)．北京：地震出版社．

英特爾開源軟件技術(shù)中心，復(fù)旦大學(xué)并行處理研究所，2009．系統(tǒng)虛擬化：原理與實現(xiàn)．北京：清華大學(xué)出版社．

Brief Introduction about the Information Virtualization Construction of Shanghai Earthquake Administration

Wang Xiaoming, Li Ping, Cai Changqing and Qin Hongwen

(Shanghai Earthquake Administration, Shanghai 201203, China)

Through analyzing the trends of current information virtualization technology, studying the drawbacks of high power consumption, low utilization, basing on the construction background of earthquake disaster mitigation building of SHEA ,we made a proposal for information virtualization of SHEA which was suitable for the future development of information technology, and we achieved the program by blade servers, high performance storage, fiber optic switch, thus we reduced energy consumption, improved resource utilization, facilitated the unified management of servers, and laid a solid foundation for the database integration and desktop virtualization.

Virtualization technology; Blade servers; Power consumption; Resource utilization; Unified management

中國地震局星火計劃項目（XH14020Y）資助

2013-02-26

王小明，男，生于1982年。蘭州大學(xué)信息學(xué)院碩士，上海市地震局工程師。主要研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)，計算機軟件與理論。E-mail:xmwang@shea.gov.cn

王小明，李平，蔡長青，秦洪文，2014．淺談上海市地震局信息虛擬化建設(shè). 震災(zāi)防御技術(shù)，9（2）：296—303.