湯 進(jìn) 李自尊 馮 建

（黃河水利委員會(huì)信息中心 數(shù)據(jù)中心，河南 鄭州 450000）

黃河數(shù)據(jù)中心是全國(guó)水利行業(yè)首家投入應(yīng)用的數(shù)據(jù)中心。目前，黃河數(shù)據(jù)中心部署有黃河水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行信息平臺(tái)、黃委辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、防洪工程維護(hù)管理系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，配置有不同型號(hào)的服務(wù)器、光纖交換機(jī)、磁盤陣列等，存儲(chǔ)有防洪工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、黃河下游灘區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)等重要數(shù)據(jù)資源。其作為全河數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理系統(tǒng)的核心組成部分，為治黃信息化提供了基礎(chǔ)設(shè)施保障［1］。

隨著治黃信息化的不斷深入，現(xiàn)有架構(gòu)下的數(shù)據(jù)中心資源利用率低、信息共享困難、擴(kuò)展性和業(yè)務(wù)靈活性差、運(yùn)維成本高等局限性［2］也逐步顯現(xiàn)出來(lái)。虛擬化技術(shù)是解決上述黃河數(shù)據(jù)中心存在問(wèn)題的有效方法。從技術(shù)角度講，就是利用虛擬化技術(shù)整合現(xiàn)有服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)等硬件資源，為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算平臺(tái)，并在該平臺(tái)上部署各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)資源統(tǒng)一管理和自動(dòng)調(diào)配［3］。

本文將從黃河云數(shù)據(jù)中心建設(shè)需求的角度，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，研究虛擬化技術(shù)在黃河數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用。首先討論現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心存在的主要問(wèn)題，分析將虛擬化技術(shù)應(yīng)用在黃河數(shù)據(jù)中心的意義及先進(jìn)性，接著對(duì)黃河云數(shù)據(jù)中心建設(shè)中使用的虛擬化技術(shù)進(jìn)行研究，分析虛擬化平臺(tái)架構(gòu)，提出黃河云數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)方案，并對(duì)預(yù)期成果進(jìn)行分析。

1 研究意義及先進(jìn)性

當(dāng)前，虛擬化在商業(yè)和科研領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值得到眾多肯定，我國(guó)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都正在開(kāi)展虛擬化相關(guān)研究。虛擬化的應(yīng)用為未來(lái)海量數(shù)據(jù)處理提供了許多新的解決思路和方案，并已有學(xué)者在鐵路、交通和電信等行業(yè)開(kāi)展了虛擬化在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用研究［4］。為滿足治黃信息化建設(shè)需求，黃委已建立了自己的數(shù)據(jù)中心，但是由于各項(xiàng)軟硬件資源分散部署，資源利用率低，運(yùn)維管理復(fù)雜，應(yīng)對(duì)未來(lái)信息化的高速發(fā)展將可能遇到瓶頸，如能將虛擬化應(yīng)用于黃河數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，則是一種有效的解決方案，也是構(gòu)建“數(shù)字黃河”的重要技術(shù)支撐平臺(tái)?；谔摂M化建設(shè)黃河數(shù)據(jù)中心將成為黃河數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢(shì)。

整合黃河數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有資源，將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于黃河數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，提供高性能的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，實(shí)現(xiàn)資源最優(yōu)利用，將極大地提升黃河數(shù)據(jù)中心在治黃信息化建設(shè)中的基礎(chǔ)支撐作用［5］，為黃河云數(shù)據(jù)中心的建設(shè)打下基礎(chǔ)。

2 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究

2.1 虛擬化技術(shù)概述

虛擬化（Virtualization）技術(shù)［6］是云計(jì)算系統(tǒng)的核心組成部分之一，是將各種計(jì)算及存儲(chǔ)資源充分整合和高效利用的關(guān)鍵技術(shù)。從基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)資源到應(yīng)用資源，不同層次都可以應(yīng)用虛擬化技術(shù)。將一個(gè)硬件設(shè)備虛擬化為同類型多個(gè)硬件設(shè)備或?qū)⒍鄠€(gè)同類型硬件設(shè)備虛擬化為一個(gè)虛擬設(shè)備采用的是硬件虛擬化技術(shù)。利用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)可以將多個(gè)存儲(chǔ)資源整合形成一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)資源池，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理和調(diào)度分配。利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按邏輯劃分，形成多個(gè)邏輯組。虛擬化技術(shù)的采用使應(yīng)用層和物理層呈松耦合狀態(tài)，有利于資源的擴(kuò)展和動(dòng)態(tài)調(diào)度，為云計(jì)算資源動(dòng)態(tài)管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2.2 虛擬化平臺(tái)架構(gòu)

虛擬機(jī)是指使用系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，運(yùn)行在一個(gè)隔離環(huán)境中、具有完整硬件功能的邏輯計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括客戶操作系統(tǒng)和其中的應(yīng)用程序。黃河數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有的存儲(chǔ)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，可為虛擬機(jī)的運(yùn)行提供存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)庫(kù)支持，由虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的監(jiān)視和多個(gè)虛擬機(jī)對(duì)物理資源的共享。

虛擬化平臺(tái)利用虛擬化、集群管理、動(dòng)態(tài)資源管理、負(fù)載均衡等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理資源的虛擬化、控制和管理。虛擬化平臺(tái)［7］主要由三部分組成：最下層是提供基本虛擬化能力支持的虛擬化層，中間層提供各控制能力的執(zhí)行能力，最上層對(duì)中間層進(jìn)行策略管理、控制，提供對(duì)虛擬化平臺(tái)統(tǒng)一管理的能力。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 虛擬化平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)

2.3 黃河云數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)方案

黃河數(shù)據(jù)中心的虛擬化方案由底層虛擬化和桌面虛擬化相結(jié)合的模式實(shí)現(xiàn)。底層虛擬化構(gòu)建云資源池，桌面虛擬化為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供運(yùn)行環(huán)境。通過(guò)采用高性能X86服務(wù)器，并配置專業(yè)的底層虛擬化軟件，可部署高效可靠且易于管理維護(hù)的虛擬化平臺(tái)架構(gòu)。基于云資源池構(gòu)建3個(gè)邏輯集群，第一個(gè)為日常運(yùn)行，第二個(gè)為系統(tǒng)容災(zāi)，第三個(gè)為本地應(yīng)用備份、運(yùn)維管理及容災(zāi)演練等其他服務(wù)使用。作為未來(lái)系統(tǒng)多應(yīng)用平臺(tái)的整體彈性部署基礎(chǔ)架構(gòu)，這樣就使得未來(lái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部署能夠根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量大小對(duì)運(yùn)行該應(yīng)用的虛擬機(jī)資源進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)調(diào)整與增加，以提高未來(lái)快速部署應(yīng)用系統(tǒng)的效率及實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)的高效管理維護(hù)，同時(shí)提高服務(wù)器平臺(tái)的高可用性、降低應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整體建設(shè)成本。黃河云數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)方案如圖2所示。

圖2 黃河云數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)方案

2.4 黃河虛擬數(shù)據(jù)中心的組成

基于底層虛擬化軟件構(gòu)建的黃河虛擬數(shù)據(jù)中心，由計(jì)算池、存儲(chǔ)池［8-9］、IP網(wǎng)絡(luò)、虛擬化管理中心、管理客戶端等組成。

2.4.1 計(jì)算池

服務(wù)器虛擬化為虛擬服務(wù)器提供能夠支持其運(yùn)行的硬件資源抽象，包括虛擬BIOS、虛擬處理器、虛擬內(nèi)存、虛擬設(shè)備與I/O，并為虛擬機(jī)提供了良好的隔離性和安全性。

目前黃河數(shù)據(jù)中心部署有多品牌多型號(hào)的服務(wù)器幾十臺(tái)，其上分別部署有黃河防汛物資管理系統(tǒng)、防洪工程維護(hù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換與共享系統(tǒng)等，各系統(tǒng)占用單獨(dú)的服務(wù)器資源，造成了資源浪費(fèi)，增加了運(yùn)維管理難度，同時(shí)不利于資源信息的共享交換。基于服務(wù)器虛擬化技術(shù)，構(gòu)建黃河計(jì)算資源池，可以有效地解決以上問(wèn)題。

黃河計(jì)算資源池由兩部分組成，分別為應(yīng)用計(jì)算資源池和小型機(jī)計(jì)算資源池。應(yīng)用計(jì)算資源池用來(lái)按需構(gòu)建虛擬機(jī)供應(yīng)用系統(tǒng)及備份系統(tǒng)使用，小型機(jī)計(jì)算資源池用來(lái)搭建數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，作為格式化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基礎(chǔ)平臺(tái)使用。

2.4.2 存儲(chǔ)池

構(gòu)建黃河存儲(chǔ)池的目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)，其實(shí)質(zhì)是把物理上分散的眾多存儲(chǔ)資源整合為一個(gè)統(tǒng)一的邏輯視圖，用戶可以通過(guò)這個(gè)視圖中的統(tǒng)一邏輯接口來(lái)訪問(wèn)被整合的存儲(chǔ)資源?，F(xiàn)階段黃河數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)采用FC-SAN架構(gòu)，D2D2T模式配置了專業(yè)備份管理軟件。

通過(guò)黃河云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，采用相關(guān)存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，整合現(xiàn)有存儲(chǔ)資源，按需采購(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備，構(gòu)建黃河虛擬資源存儲(chǔ)池。黃河虛擬資源存儲(chǔ)池應(yīng)具有集中存儲(chǔ)、分布式擴(kuò)展、多協(xié)議存儲(chǔ)統(tǒng)一管理、虛擬本地硬盤等功能和特點(diǎn)。

2.4.3 IP網(wǎng)絡(luò)

每臺(tái)計(jì)算服務(wù)器都可以有多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)適配器，對(duì)應(yīng)不同的物理IP地址。虛擬數(shù)據(jù)中心應(yīng)配置高帶寬、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，且配置一個(gè)內(nèi)部私有IP網(wǎng)段，供虛擬機(jī)使用。

2.4.4 虛擬化管理中心

虛擬化管理中心的作用是管理整個(gè)虛擬數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)中心提供一個(gè)單一控制點(diǎn)。它提供基本的數(shù)據(jù)中心服務(wù)，如訪問(wèn)控制、性能監(jiān)控和配置功能，實(shí)現(xiàn)物理資源共享。虛擬化管理中心可根據(jù)應(yīng)用服務(wù)需求，合理配置虛擬機(jī)共享資源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)均衡及服務(wù)最優(yōu)。

3 預(yù)期效果

整合數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有各項(xiàng)軟硬件資源，將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于黃河數(shù)據(jù)中心的建設(shè)?；谔摂M化的概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心整體結(jié)構(gòu)，打破長(zhǎng)期以來(lái)黃河數(shù)據(jù)中心分散式的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，解決基礎(chǔ)設(shè)施資源利用率低的問(wèn)題，降低建設(shè)成本，提高系統(tǒng)部署效率，滿足基礎(chǔ)設(shè)施資源可擴(kuò)展性的需求，增強(qiáng)黃河信息化建設(shè)的支撐能力，實(shí)現(xiàn)向按需提供基礎(chǔ)設(shè)施資源服務(wù)模式轉(zhuǎn)變的迫切需求；通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)容災(zāi)資源池、容災(zāi)演練資源池，以及對(duì)高可用性集群、虛擬機(jī)管理等新技術(shù)的應(yīng)用，可大大縮短災(zāi)難恢復(fù)時(shí)間，降低系統(tǒng)級(jí)容災(zāi)難度；計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源池化，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理，降低運(yùn)維難度，減少運(yùn)維成本。

4 結(jié)論

本文提出將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于黃河數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，以虛擬資源池的方式分配各項(xiàng)軟硬件資源，打破現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心煙囪式的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)資源整合及服務(wù)方式的靈活調(diào)度分配與配置優(yōu)化，全面增強(qiáng)信息處理能力和綜合服務(wù)能力，為實(shí)現(xiàn)“數(shù)字黃河”工程規(guī)劃提出的“實(shí)現(xiàn)信息資源高度共享”目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

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