虛擬化技術信息化建設研究

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摘要：高職院校信息化建設中存在著服務器資源利用率較低、管理效率低下、權限分配不合理、系統業務連續性差、服務缺少備份、存在單點故障可能等一系列問題，在信息化建設中引入VMware軟件對現有服務器硬件實施虛擬化，對數據中心進行升級改造，可達到提高資源利用率，降低運維成本，提升運維效率，實現服務應用的高可用性。

關鍵詞：數據中心虛擬化；VMware；高可用

隨著國家近年來對高職教育重視程度不斷加深，高職院校也在不斷加大對信息建設的投入力度，各部門為提高教學管理手段，廣泛采用各種教學及輔助應用，由此在建設使用過程中發現了很多以前沒有重視的問題，例如整個信息化服務體系的資源利用偏低、硬件投資缺乏整體規劃思路等。如何將現有硬件資源充分利用并提高使用效率逐漸提上日程，而硬件虛擬化技術作為私有云服務及大數據時代的一類新興技術，可以有效契合當前高職院校的現實需求。

一、高職院校信息建設中客觀存在的問題

隨著信息化建設的不斷深入，為了提高工作及科研效率，更好地為師生服務，各部門都提出了各類新的應用系統，并隨著學校管理水平的提高不斷增加。根據以往服務中心建設規劃，各類新增應用應盡量采用單應用單系統方式進行安裝配置，以避免各類應用間的互相干擾，這樣就對服務器的硬件資金投入提出了很高要求，而通過政采渠道進行服務器的采購，要通過購買服務器方案申報、財政審批、政采招投標、硬件設備安裝等一系列復雜過程，每次所需時間都長達半年甚至一年，延長了部署新應用所需時間，影響了資源的合理調配。幾十種應用及服務網站分散部署在對應數量的物理服務器上，一旦單臺服務器發生宕機，服務就會中斷，導致服務系統穩定性差，業務連續性不高。有時各部門自行維護的服務器由于缺少適合的運維人員，故障處理時間也不好科學把控，一旦出現復雜故障，需要花費較長時間尋找故障點，宕機時間過長，用戶意見很大。而且，采用原有的單服務器單應用方式，單臺服務器的資源占用一般只有10－20％，資源利用率較低，大量硬件資源閑置無法得到充分利用。因此，信息中心作為整個學校的信息化建設及服務部門，應充分考慮各個部門提出的實際需求，從提高現有硬件的使用率入手，通過虛擬化軟件將新舊硬件資源進行整合，從而降低現有教學服務應用的故障中斷時間，提高學院信息化建設的整體效率。

二、硬件虛擬化實現對現有資源的有效利用

虛擬化技術是一種針對服務器硬件資源的管理技術，是將現有服務器上的各種實體資源抽象整合后重新分割成多個新的服務器容器以提供給使用者，從而打破服務器實體之間的物理分割，使得用戶可以用更靈活高效的方式來充分利用這些服務器硬件資源。這些新組成的服務器虛擬環境不受現有硬件資源的配置高低、地理位置的限制。一般而言，可以進行虛擬化的服務器硬件包括服務器的計算能力、存儲能力和網絡資源。采用虛擬化軟件整合現有服務器硬件及存儲可以分為以下三步：1．服務器硬件虛擬化。實現服務器資源虛擬化的第一步就是對現有各類服務器不同的硬件配置進行整合。通過淘汰老舊服務器，將部分配置較低的服務器硬件合并到一臺服務器上，以提高單臺服務器的性能。在一臺配置較高的服務器上運行多個虛擬服務系統，提高單臺服務器的資源使用率。同時通過虛擬化軟件，打破新舊服務器之間的分割，建立起多臺服務器組成的服務器集群，動態管理，根據實際需求給予服務器所需要的內存、存儲，響應通道，將現有服務器硬件“資源池化”。通過采用VMware、Hyper－V等虛擬化技術，將原有的老舊服務器和新采購的服務器在硬件上進行整合，每當有部門提出新的應用要求投入使用，信息中心即可根據該應用的實際需求為其在整合后資源池分配一臺或多臺虛擬服務器。每臺虛擬服務器并不限定特定的硬件規模，而是根據實際需要來分配，在管理手段上也無需像以往一樣必須在服務器實體上操作，而是通過虛擬機軟件自帶的管理器來遠程管理，簡化了日常管理維護的方式。如圖1所示，在單臺物理服務器上虛擬出多臺虛擬服務器。從用戶角度而言，在管理操作上使用實體服務器和使用資源池中的一臺虛擬服務器并無二致，只是免除了以前那種必須在實體服務器前操作的方式。在新的虛擬化環境中，用戶首先提出需求，運維人員根據需求分配相應的虛擬服務器，用戶通過網頁直接登錄vcenter控制頁面對服務器進行操作。操作根據用戶提出的需求由運維人員分配服務器，運維人員可以根據不同的操作者給予不同的控制權限，避免了以前那種多個用戶用一個賬號登錄，有了錯誤操作無法區分責任的問題。從運維管理者角度看，無需像以往一樣每臺服務器都單獨安裝服務器操作系統和驅動，可以在制作好一個服務器系統鏡像后，通過復制方式復制出多個完全一樣的服務器系統供用戶使用，極大地降低了系統管理員的工作量和工作強度，也減少了其他部門對系統管理員的技術水平要求。通過信息中心的統一管理維護，用戶只需考慮使用方面的問題即可。2．存儲虛擬化。在信息化建設中，不同時期會采購不同品牌的多個型號的存儲服務器，各個存儲服務器之間并不能統一管理，形成了“有的吃的少，有的不夠吃”的局面。為了對資源更好地加以利用，我們采用虛擬化軟件將現有的多個物理存儲系統虛擬成單一邏輯存儲，避免了原來針對每個存儲單獨進行管理的方式，用戶只面對整合后的存儲系統，不必考慮數據具體存儲在哪個服務器上。如圖2所示，多個物理存儲服務器通過虛擬變為獨立的虛擬存儲。在實際工作中，應用不同，應用訪問量、應用產生的數據在存儲上需要保留的時間、服務實時響應時間都不一樣?？梢愿鶕玫膶嶋H需求，將不同的應用存放位置安排在不同級別的存儲服務器上。如一些訪問量較小、響應時間要求不高的應用，可以存放在舊型號的存儲上，而一些訪問量高、并要求實時響應的應用，則可以存放在新的性能較好的存儲服務器上。通過采用存儲虛擬化，用戶不用再像以前那樣擔心存儲容量是否夠用，或是存儲響應時間不夠快等具體問題，可以根據應用的實際需求，由運維人員實時調整存儲的容量和位置，簡化用戶管理和維護步驟，優化現有存儲的使用率，降低了用戶實際使用成本。3．在數據中心實施網絡虛擬化。數據中心的網絡虛擬化是通過在單臺虛擬服務器或虛擬集群中，使用虛擬化軟件虛擬出網絡交換機和虛擬網卡，使得虛擬服務器不必受限于實體服務器的網口數量限制，并可以在虛擬交換機上設定不同的VLAN號，如同真實的交換機一樣進行管理。服務器不同的流量根據標記VLAN劃定到相應的物理適配器端口上，并可以通過網卡綁定實現流量負載均衡和網絡中斷時的故障切換。這樣不僅簡化了對實體交換機的要求，同時可以在服務群集內部對虛擬交換機流量進行優化和控制，提高了服務的訪問速度以及網絡的強壯度。

三、虛擬化在提升服務穩定度上的優勢

當前高職學院IT環境的特點是，新的服務需求帶來了新的應用程序，從而產生越來越多而且更加多樣化的數據，用戶要求也隨之水漲船高，需要能夠在多種設備上隨時訪問數據。在這種狀況下，對于高職院校信息化建設而言，整個學院內的服務器系統高速恢復、避免數據丟失、可恢復驗證、有效利用數據和全面透視等因素至關重要。當前高職院校普遍擁有兩個甚至多個校區，傳統的服務提供方式是在兩個校區分別提供服務，或是其中一個校區架設服務器，同時為兩個校區服務。這兩種方式都會帶來一系列問題，比如分別在兩個校區提供服務，首先就有兩處服務器數據同步的問題，一旦數據同步不成功，就有可能導致服務失敗，而如果其中某一處服務器宕機，也會導致該處無法提供服務，只能等候技術人員重新調試或更換服務器，費時費力，而由此帶來的服務中斷也導致用戶體驗較差。而一個校區同時為兩個校區提供服務，一旦服務器宕機，就造成單點故障，兩個校區的該項服務就會產生中斷，由此同樣造成用戶體驗的降低，甚至影響到正常的教學工作進行。服務器采用VMware虛擬化技術進行整合具有兩個優勢：一是可以利用虛擬技術中的高可用性，當實體服務器需要維護或升級的時候可以快速切換；另一個可以利用虛擬機的容錯特性，增強系統的強壯度，確保應用的訪問不間斷。服務器虛擬化通過在數據中心內形成了集群，而且該集群已啟用了VMwareDistributedResourceScheduler（DRS）。DRS可在已聚合到邏輯資源池中的一個硬件資源集合內動態地均衡各種計算容量，持續監視各個資源池的利用率，并且根據預先定義的規則智能地在虛擬機之間分配可用的資源。虛擬機出現負載增加時，通過在資源池中的物理服務器之間重新分布虛擬機，VMwareDRS可自動分配額外的資源，從而降低系統運營成本，提高服務器的利用率，使資源利用最大化。通過采用配置為群集的多臺ESXi主機，我們可以將群集內的主機分別布置在兩個校區，服務器群集通過兩校區間的高速互聯鏈路連接。通過實時監控持續監測虛擬服務器運行狀況，可以在單臺服務器出現故障的時候快速切換服務到正常運行的服務器，從而保持服務的連貫性。同時，可以通過整合vSphereHA與vSphereDistributedResourceSched－uler（DRS即負載均衡），在群集內為服務器提供負載均衡，防止出現單臺服務器訪問量過高造成訪問失敗的故障。

四、完成虛擬化項目后的成果總結

1．降低了系統整體。TCO通過采用虛擬化技術，將原有服務器進行整合，淘汰老舊服務器，將應用轉移到性能更高的虛擬服務集群，提高了單臺服務器的整體資源利用率，服務器類的硬件投資可減少40－60％，操作管理投資減少65－90％。通過虛擬服務器中心的建設，降低運維成本，避免各部門在機房建設方面的重復投資，實現數據的集中管理。2．提高了運維效率。以前如有服務器需要維護，運維人員需要預先排期，避免影響實際生產教學，并盡量安排在夜間用戶最少的時候進行維護。通過服務器虛擬化，現在如需進行服務器的調整或維護，變更服務器只需15－30分鐘，還可以主動提前規劃，快速響應新的服務應用需求。3．提高服務水平。新的系統管理模式，不需要管理人員再去各個部門部署維護，各個部門的用戶只需通過網絡管理自己服務器的應用，這就徹底擺脫了維護服務器硬件的煩惱。通過將學院原有分散的各類服務器調優統一管理，根據實際在整合后資源池內進行調配，不僅降低了硬件采購的成本，也減少了系統兼容、性能優化等問題。4．提升應用的可用性。通過整合減少了物理服務器數量。有些以前在性能較低服務器上運行的應用，可以通過虛擬化轉移到較新的服務器集群上，并采用統一的虛擬存儲對應用產生的數據進行優化備份，這不僅實現了一定程度的異地容災，管理方式上也更加簡化。未來需要實施新的應用也可以簡化原有采購流程，只需向信息中心申請即可快速獲得虛擬服務器，臨時申請的服務器資源如果不再使用可以即時回收，形成了一種高效率的服務器管理機制。同時通過虛擬系統特有的集群功能和負載均衡的有效結合，實現了虛擬系統上搭載的各類應用的高可用性和彈性配置。

參考文獻：

［1］王宇，劉小鋒，王興偉．虛擬化技術在高校信息化建設中的應用［J］．計算機科學與探索，2010（4）

［2］馬博峰．VMware、Citrix和Microsoft虛擬化技術詳解與應用實踐［M］．機械工業出版社．

［3］崔然，張弘，林澤東，張杏莉．虛擬化技術構建新型數據中心［J］．中國教育網絡，2012（7）

作者:夏騁 單位:北京勞動保障職業學院