呂愛麗　葉小濤

摘要：針對高校數(shù)據(jù)中心建設中存在的資源利用率低，管理維護困難等問題，該文引入了虛擬化技術，論述了虛擬化技術及其分類，構建了基于VMware Infrastructure的虛擬化數(shù)字校園平臺，介紹其功能設計、體系結構、實施步驟等。有效地節(jié)約了服務器資源，降低了數(shù)據(jù)中心的建設與運營成本。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心；VMware；虛擬化

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）30-7012-02

隨著基于校園網(wǎng)的教學、科研和管理辦公等應用系統(tǒng)的相繼建成和使用，校園網(wǎng)上運行的應用系統(tǒng)日益增長?？焖僭鲩L的應用需要部署大量的服務器和存儲資源作為硬件支撐平臺。如何保證各種應用服務長期穩(wěn)定運行，如何最大化利用硬件平臺的所有資源、降低資源管理的難度，建立統(tǒng)一、綠色的數(shù)據(jù)中心是我們目前急需解決的問題。虛擬化技術是推動數(shù)據(jù)中心綠色應用的重要標志。虛擬化技術需要解決如下問題：1）通過硬件分割，實現(xiàn)多程序可共享。2）使軟件在多OS之間可移植。3）原有應用系統(tǒng)可正常運行于新環(huán)境中。

本文采用VMware Infrastructure 虛擬化方案，輔以成熟的、主流的、符合未來發(fā)展趨勢的技術建立一個全校統(tǒng)一的虛擬化服務計算平臺，將所有資源整合為一個統(tǒng)一的、可度量的整體資源池，并精確劃分資源可分配單位，按一定的策略和原則對資源進行動態(tài)分配。

1 虛擬化技術介紹

虛擬化[1]是指對物理資源的邏輯表示（而非簡單的抽象），通常是將一組物理資源虛擬為多組邏輯資源，或者將多組物理資源虛擬為一組邏輯資源。虛擬化可以分為服務器虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化等。

1.1 服務器虛擬化技術

所謂服務器虛擬化是指將來自服務器的各種資源進行抽象，不再受限于物理界限，將多臺物理服務器變?yōu)橐慌_邏輯服務器，從而使內(nèi)存、CPU、磁盤等硬件設備成為動態(tài)管理的對象，完成相應的功能，實現(xiàn)了服務器的邏輯整合[2]。

1.2 存儲虛擬化技術

存儲虛擬化[3]是將底層物理設備映射成一個邏輯整體，屏蔽底層設備的物理異構，應用服務器面對的只是一個映射好的單獨存儲卷，用戶無需關心存儲陣列分配空間、處理數(shù)據(jù)的方式，只需對虛擬存儲卷進行統(tǒng)一管理即可。

本文采用網(wǎng)絡存儲虛擬技術，通過在原存儲網(wǎng)絡中增加虛擬管理服務器平臺、網(wǎng)絡中間件等軟硬件設備，把各種應用系統(tǒng)和物理存儲進行隔離，將物理異構的設備和存儲資源進行統(tǒng)一管理，并按需劃分大小不同的虛卷，將這些虛卷按一定的讀寫授權分配給存儲網(wǎng)絡上的各種應用服務器。

2 虛擬化數(shù)字校園平臺設計

2.1 虛擬化數(shù)字校園平臺體系結構

針對我校目前信息化現(xiàn)狀，采用虛擬化技術對應用系統(tǒng)和存儲資源進行整合，建立虛擬化平臺，構建云數(shù)據(jù)中心，提高資源利用率，實現(xiàn)硬件及應用系統(tǒng)的高可用性和高業(yè)務連續(xù)性。虛擬化數(shù)字校園平臺的體系結構如圖1所示。

1） 虛擬化硬件平臺。主要包括ESX運行服務器、校園網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)存儲設備，是實現(xiàn)虛擬數(shù)字平臺的硬件基礎。

在虛擬化架構設計中，關鍵一點是存儲規(guī)劃。該文采用光纖交換機將多臺物理存儲連接構成SAN存儲網(wǎng)絡，配置存儲虛擬化軟件，將物理存儲虛擬成一個統(tǒng)一的存儲池，提供給服務器虛擬化平臺，按需分配存儲空間。

2） 虛擬化管理監(jiān)控平臺。主要包括ESX Server，VCMS， VI API等，實現(xiàn)對物理主機和虛擬機資源的監(jiān)控、配置和管理。三臺物理服務器安裝ESX Server運行虛擬機，虛擬機文件通過FC SAN、iSCSI SAN或NAS方式存儲在共享存儲中，ESX Server采用多路徑來維持和共享存儲的持續(xù)連接。VCMS提供對物理主機和虛擬機資源的基本配置、管理，它們是實現(xiàn)虛擬化數(shù)字平臺的軟件基礎。

3） 虛擬化服務平臺。面向用戶提供各個虛擬的應用系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化校園各項信息應用服務。

2.2 功能介紹

1） 每臺VM的vCPU可達到64個vCPU，內(nèi)存可達1TB，可以支持64TB的存儲容量；

2） 每臺虛擬化服務器可建512個VM，可以內(nèi)建分布式虛擬交換機vSwitch（vDS），每個vDS可以管理到500臺虛擬主機；單臺服務器的vMotion并發(fā)數(shù)量可以達到8個以上；

3） 數(shù)據(jù)采用實時復制機制，提供無損停機恢復，支持全自動故障切換和恢復，也支持手工發(fā)起切換任務。支持HA功能，支持在線的VM遷移功能；

4） 具有合理的內(nèi)存調(diào)度機制，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存的過量使用，提高內(nèi)存資源利用率；支持動態(tài)資源分配功能，可實現(xiàn)VM所擁有的資源自動進行再分配，保障業(yè)務系統(tǒng)的服務水平；

5） 每個虛擬機可以支持虛擬多路CPU（vSMP）技術，以滿足高負載應用環(huán)境的要求；具有整合備份功能，能夠利用重復刪除技術對VM進行快速備份（全備份或增量備份）和恢復；同時提供備份接口，能夠與第三方備份軟件無縫兼容；

6） 具有共享數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)，動態(tài)調(diào)整邏輯卷，可以對異構邏輯卷進行聚合，并實現(xiàn)存儲容量的在線增長；

7） 具有存儲精簡配置能力，降低存儲要求；支持在線存儲遷移功能，依據(jù)存儲卷容量及性能實現(xiàn)自動遷移。

2.3 實施步驟和內(nèi)容

1） 評估：對我校應用環(huán)境進行評估、分析，確定虛擬化實施范圍和最終目標，進行虛擬化可行性分析（包括硬件環(huán)境是否滿足，是否需要重新購置新機器；應用系統(tǒng)能否滿足虛擬化條件，校園網(wǎng)絡和存儲設備是否滿足虛擬化要求等）。

2） 規(guī)劃：①容量規(guī)劃：虛擬化平臺由4臺物理服務器（4路8核）和Vmare虛擬化軟件組成，可以虛擬50臺左右虛擬機；②存儲規(guī)劃：虛擬機需要存儲的文件數(shù)量及所占用的存儲空間。主存儲采用異地雙存儲策略（雙活或鏡像），存儲容量設計為20TB，每個磁盤陣列采用RAID5+1方式，數(shù)據(jù)備份策略采用異地容災備份策略；③網(wǎng)絡規(guī)劃：服務器網(wǎng)卡數(shù)量、網(wǎng)絡冗余線路、虛擬化網(wǎng)絡策略。主機與存儲之間數(shù)據(jù)交換采用雙SAN存儲網(wǎng)絡；④應用規(guī)劃：依據(jù)應用系統(tǒng)的OS、服務水平劃分等級，整合現(xiàn)有應用系統(tǒng)。計劃在虛擬化平臺部署迎新、教務、學工管理、圖書借閱、一卡通、離校、就業(yè)、校友管理及人事、教學、科研、財務、資產(chǎn)、OA等校園信息化應用；⑤擴容規(guī)劃：考慮CPU的兼容性以及應用平滑過渡的方案。

3） 實施：安裝VMware組件，配置網(wǎng)絡、安全策略、帶寬限制等，完成存儲規(guī)劃，建立分區(qū)，設置防火墻，遷移應用系統(tǒng)。

4） 運行維護：監(jiān)控虛擬機，管理虛擬化架構并進行優(yōu)化。

2.4 虛擬化成果

目前，高校數(shù)據(jù)中心存在服務器資源利用率低，平均在10%～15%左右；系統(tǒng)管理復雜，維護管理水平低；安全控制與數(shù)據(jù)備份困難等問題。將虛擬化技術應用到數(shù)據(jù)中心后，能有效解決以上問題。虛擬化數(shù)字校園平臺運行結果證明，虛擬化技術具有如下優(yōu)點：

1） 最大化服務器利用率并降低采購數(shù)量，服務器利用率達到70%左右。

2） 改善資源分配，提高資源利用率。虛擬化技術可以按照不同業(yè)務所需資源的不同，動態(tài)地對物理服務器進行虛擬分區(qū)，提高了服務器的利用率，也使得資源分配更加合理。

3） 提高了管理效率和安全性。利用虛擬化工具對各個應用系統(tǒng)進行實時監(jiān)控、動態(tài)遷移、災難預警和計劃備份等，極大地提高了管理效率，系統(tǒng)的可用性和數(shù)據(jù)的安全性也得到了提升。

3 結束語

通過建立虛擬化平臺可以打破原有的“一臺服務器一個應用程序”模式，一臺物理服務器可以靈活部署多個不同操作系統(tǒng)下的應用，這樣提高資源的利用率；由于虛擬平臺可以在不中斷服務的情況下進行安全備份和整個虛擬環(huán)境遷移，這樣可以提高硬

件和應用程序的可用性及業(yè)務連續(xù)性，同時還可消除計劃內(nèi)停機，并可從計劃外故障中立即恢復；此外由于服務器及相關 IT 硬件減少，因而管理人員的維護工作量、減少了占地空間、節(jié)約了能耗。

參考文獻：

[1] 孫晉.基于虛擬化技術的數(shù)據(jù)中心整合方式研究[J].煤炭技術，2013，32（1）：196-198.

[2] 黃榮.基于CitrixXenApp的高校校園網(wǎng)應用虛擬化設計及研究[J].計算機時代，2014（3）：17-19.

[3] 李燕.服務器虛擬化技術在校園云建設中的應用[J].軟件導刊，2014，13（3）：26-27.endprint