王 琳

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，采用傳統(tǒng)IT基礎(chǔ)架構(gòu)存在的部署周期長、硬件設(shè)備缺乏統(tǒng)一管理等問題日益突出，越來越多的企業(yè)選擇業(yè)務(wù)上云，這不僅可以有效緩解上述問題，而且還可以保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性與高性能，縮短升級周期，提升IT設(shè)備運(yùn)行效率和敏捷性[1]。具體實踐中，眾多企業(yè)并未將業(yè)務(wù)整體上云，企業(yè)負(fù)責(zé)人還對上云后業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性、時效性存有疑慮。業(yè)務(wù)上云后，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵就在于提高承載業(yè)務(wù)的虛擬機(jī)的穩(wěn)定性。本文選擇H3C CAS云計算管理平臺作為虛擬化管理平臺，研究使用基于因特網(wǎng)的小型計算機(jī)系統(tǒng)接口（Internet Small Computer System Interface，ISCSI）存儲架構(gòu)實現(xiàn)共享存儲，使用VMware Workstation虛擬化軟件搭建實驗環(huán)境進(jìn)行仿真實驗，驗證虛擬機(jī)的穩(wěn)定性。

1 iSCSI存儲架構(gòu)

iSCSI技術(shù)是IBM公司研發(fā)的基于傳輸控制協(xié)議 /網(wǎng)際協(xié)議 (Transmission Control Protocol，TCP/IP)和小型計算機(jī)系統(tǒng)接口（Small Computer System Interface，SCSI）協(xié)議的新一代網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)。iSCSI技術(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)基于SCSI接口的命令和數(shù)據(jù)傳輸，從理論上可以使連接距離無限延伸，突破使用傳統(tǒng)SCSI接口數(shù)據(jù)傳輸物理距離的限制[2]。同時，iSCSI存儲技術(shù)可以響應(yīng)存儲容量不斷變化的需求。隨著iSCSI存儲架構(gòu)的出現(xiàn)，存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）逐漸演變出FC-SAN和IP-SAN2個分支。IP-SAN即基于iSCSI存儲架構(gòu)的SAN，它比FC-SAN具有傳輸距離長、費(fèi)用低、實現(xiàn)簡單以及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，更受中小企業(yè)的青睞。

iSCSI存儲按工作形式可以分為target端和initiator端。target端是提供存儲服務(wù)的服務(wù)端，能夠為多個用戶提供可擴(kuò)展的存儲資源；initiator是客戶端，它可以使用target提供的存儲。網(wǎng)絡(luò)連通是initiator端訪問target端存儲的必要條件，而target端可以同時為多個initiator端提供存儲服務(wù)[3]。

2 H3C CAS云計算管理平臺

H3C CAS云計算管理平臺是H3C公司為企業(yè)數(shù)據(jù)中心定制的虛擬化和云計算管理軟件，可以將IT基礎(chǔ)架構(gòu)資源整合，提供計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源，提高IT基礎(chǔ)設(shè)施的使用效率。云計算管理平臺（Cloud Automation System，CAS）基于全功能虛擬化解決方案（Kernel-based Virtual Machine，KVM）開發(fā)，在KVM原生的虛擬化功能基礎(chǔ)上增加了虛擬機(jī)集群資源管理、資源監(jiān)控、高可用等高級特性。CAS云平臺主要由虛擬化內(nèi)核平臺（Cloud Virtualization Kernel，CVK）、虛擬化管理系統(tǒng)（Cloud Virtualization Manager，CVM）2個部分組成，CVK主要實現(xiàn)計算虛擬化功能，CVM主要實現(xiàn)高可用、動態(tài)資源調(diào)度等特性。

高可用性（High Availability，HA）指服務(wù)器發(fā)生故障時，將該故障服務(wù)器上的所有虛擬機(jī)遷移到其他主機(jī)，并將虛擬機(jī)自動重啟，減少虛擬機(jī)故障時間，提升服務(wù)的可用性[4]。系統(tǒng)的可用性可以使用平均故障間隔時間（Mean Time between Failures，MTBF）來度量，平均故障間隔時間越長，系統(tǒng)可用性越高。

系統(tǒng)可用性的計算公式為

為了實現(xiàn)CAS云計算管理平臺虛擬機(jī)的HA功能，考慮將虛擬機(jī)的磁盤文件放置到第三方外部存儲平臺。當(dāng)虛擬機(jī)所在宿主機(jī)意外宕機(jī)時，虛擬機(jī)也可以通過CAS集群的HA功能將該故障宿主機(jī)上的所有虛擬機(jī)遷移到其他主機(jī)上。

3 基于iSCSI共享存儲的CAS平臺

3.1 實驗環(huán)境介紹

采用iSCSI存儲架構(gòu)作為后端存儲，為CAS平臺提供存儲服務(wù)。使用1臺Intel(R) Core(TM) i5-8250U CPU、4核、內(nèi)存16 GB計算機(jī)，配合VMware Workstation 15虛擬化軟件、基礎(chǔ)鏡像CentOS7.9.2009.iso以及CAS-E0301.iso搭建基于iSCSI共享存儲的CAS平臺。

3.2 CAS平臺搭建

為了驗證HA功能，至少需要2個節(jié)點(diǎn)充當(dāng)CVK角色，同時還需要1個節(jié)點(diǎn)安裝CVM組件來實現(xiàn)對虛擬化平臺的管理。在實驗電腦硬件資源有限的情形下，為了防止創(chuàng)建多臺虛擬機(jī)消耗過多硬件資源而導(dǎo)致虛擬機(jī)卡頓，可以將CVM節(jié)點(diǎn)與其中1個CVK節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一部署，即在1臺機(jī)器上同時安裝CVM、CVK這2個組件[5]。本實驗CAS平臺搭建時，CVM節(jié)點(diǎn)和其中1個CVK節(jié)點(diǎn)采用統(tǒng)一部署，共使用2臺虛擬機(jī)完成CAS平臺搭建。

（1）搭建CAS管理門戶。使用VMware Workstation虛擬化軟件，選擇CAS-E0301.iso鏡像，安裝時選擇CVM、CVK組件。安裝完畢后登錄相應(yīng)網(wǎng)址，使用默認(rèn)用戶名和密碼訪問CAS管理門戶。

（2）添加主機(jī)池、集群、主機(jī)。使用CAS平臺對虛擬化資源進(jìn)行管理前，需要添加主機(jī)池、集群、主機(jī)。在主機(jī)池下添加集群，在集群下添加主機(jī)。通常情況下主機(jī)并不會在主機(jī)池下直接添加，而是在主機(jī)池中的集群下添加。主機(jī)添加完成的CAS平臺如圖1所示。

（3）規(guī)劃共享文件系統(tǒng)。CAS平臺支持本地存儲和外部存儲2種方式。為了實現(xiàn)云主機(jī)的高可用特性，這里使用IP_SAN的方式，即通過iSCSI技術(shù)將遠(yuǎn)端存儲掛載來實現(xiàn)存儲資源的使用。

3.3 iSCSI存儲配置

3.3.1 target端配置

首先，在target主機(jī)上安裝targetcli交互式命令行服務(wù)；其次，輸入targetcli命令進(jìn)入交互式配置頁面，使用target端預(yù)先準(zhǔn)備的50 GB硬盤創(chuàng)建共享池存儲設(shè)備；再次，將該共享存儲設(shè)備掛載給CVM節(jié)點(diǎn)和CVK節(jié)點(diǎn)；最后，關(guān)閉防火墻firewalld服務(wù)和selinux服務(wù)。

3.3.2 initiator端配置

將50 GB的共享存儲設(shè)備掛載給2個initiator端使用時，可以使用target端默認(rèn)生成的initiator端限定名稱（iSCSI qualified name，iqn），也可以自定義iqn。如果使用自定義iqn，則要修改CAS云平臺上CVM、CVK的存儲適配器標(biāo)識符，保證兩端一致。設(shè)置自定義iqn如圖2所示。

3.3.3 iSCSI共享存儲優(yōu)化

為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的冗余級別，可以考慮從磁盤冗余度切入，提高共享存儲設(shè)備的可靠性。iSCSI target端可以使用多個磁盤做成獨(dú)立磁盤冗余陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），雖然RAID技術(shù)會在一定程度上提高存儲資源成本，但是也進(jìn)一步提升了系統(tǒng)可用性。

4 虛擬機(jī)HA功能驗證

4.1 配置共享文件系統(tǒng)

4.1.1 設(shè)置共享文件系統(tǒng)心跳網(wǎng)絡(luò)

心跳檢測是一種監(jiān)控機(jī)制，通過定時輪詢檢測各CVK節(jié)點(diǎn)，根據(jù)對端節(jié)點(diǎn)應(yīng)答情況來判斷CVK主機(jī)是否出現(xiàn)異常。當(dāng)CVK主機(jī)離線時，將觸發(fā)系統(tǒng)告警，同時在離線主機(jī)上開展虛擬機(jī)的遷移。本次實驗選擇10.0.0.0/24網(wǎng)段作為共享文件系統(tǒng)心跳網(wǎng)絡(luò)。

4.1.2 配置共享文件系統(tǒng)

在主機(jī)池中添加共享文件系統(tǒng)，選擇iSCSI共享文件系統(tǒng)，填寫target端IP地址。點(diǎn)擊搜索等待發(fā)現(xiàn)設(shè)備，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備即共享存儲設(shè)備。如果沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)備，可能原因包括target端防火墻服務(wù)沒有關(guān)閉、target端selinux服務(wù)沒有關(guān)閉或iqn設(shè)置錯誤等，需要及時采取相應(yīng)解決措施。

4.1.3 添加共享存儲

在主機(jī)池中搜索到共享文件系統(tǒng)，將其格式化。在CVM、CVK這2節(jié)點(diǎn)所在的集群中添加共享存儲，搜索選擇剛才格式化后的共享文件系統(tǒng)，此時共享存儲添加完成，該集群中所有CVK主機(jī)上創(chuàng)建的虛擬機(jī)均可以使用該共享存儲。

4.2 創(chuàng)建虛擬機(jī)

將創(chuàng)建虛擬機(jī)使用的系統(tǒng)鏡像上傳到共享存儲上，這樣方便集群中所有主機(jī)共同使用系統(tǒng)鏡像。當(dāng)多個主機(jī)都要創(chuàng)建同一系統(tǒng)鏡像類型的虛擬機(jī)時，不需要在多個CVK節(jié)點(diǎn)單獨(dú)上傳系統(tǒng)鏡像。在CVK節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建虛擬機(jī)時，新建存儲卷選擇共享存儲，這樣才能滿足HA特性。

4.3 虛擬機(jī)HA遷移

4.3.1 進(jìn)入維護(hù)模式觸發(fā)遷移

選擇CVK主機(jī)，使其進(jìn)入維護(hù)模式。CVK主機(jī)上的虛擬機(jī)使用iSCSI共享存儲，維護(hù)模式將觸發(fā)虛擬機(jī)的遷移，將當(dāng)前維護(hù)的CVK主機(jī)上的虛擬機(jī)自動遷移到其他CVK主機(jī)。虛擬機(jī)自動遷移過程如圖3所示。

4.3.2 其他模式遷移

除了使CVK主機(jī)進(jìn)入維護(hù)模式外，還可以通過下電CVK主機(jī)或手動遷移虛擬機(jī)等方式使虛擬機(jī)遷移。多種遷移模式協(xié)同合作，確保在多種突發(fā)情況下主機(jī)上虛擬機(jī)的高可用性，延長虛擬機(jī)的平均故障間隔，給用戶帶來良好的體驗。如果遇到虛擬機(jī)遷移失敗，可以從以下2個方面排查。一是創(chuàng)建虛擬機(jī)的鏡像文件是否被卸載，如果虛擬機(jī)鏡像文件沒有使用共享存儲空間，而是使用本地存儲空間，在該鏡像文件沒有卸載的情況下虛擬機(jī)遷移不會成功；二是待遷移主機(jī)資源是否充足，如果待遷移的CVK主機(jī)空閑資源不足以承載待遷移虛擬機(jī)，那么虛擬機(jī)遷移也不會成功。

5 結(jié) 論

采用H3C CAS云計算虛擬化平臺不僅可以實現(xiàn)對資源、虛擬機(jī)的統(tǒng)一管理，還可以提高虛擬機(jī)的可用性?；趇SCSI作為共享存儲架構(gòu)搭建CAS平臺，仿真實驗表明使用iSCSI共享存儲可以延長虛擬機(jī)的平均故障間隔時間，提升用戶體驗，具有較好的實際應(yīng)用價值。