彭波 賈海天 王榮祥

摘要：在國家教育部對信息化建設提出嚴格要求，尤其是全球的云計算數(shù)據(jù)中心的逐步興建，蘇州經(jīng)貿職業(yè)技術學院數(shù)據(jù)中心的建設，逐步轉向虛擬化和云計算的數(shù)據(jù)中心架構，降低數(shù)據(jù)中心總體擁有成本，是學院信息化部門需要亟待解決的事情。該文通過在學校的實際情況和虛擬化數(shù)據(jù)中心建設的具體要求完成信息化系統(tǒng)的體系結構建設和實現(xiàn)。

關鍵詞： 虛擬化；數(shù)據(jù)中心；數(shù)字化校園

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）03-0050-03

1 概述

在十二五期間，國家和省教育主管部門對于信息化系統(tǒng)也提出嚴格的要求，尤其是全球的云計算數(shù)據(jù)中心的逐步興建，也為我國教育行業(yè)發(fā)展提供了許多可資借鑒的設計思想和成功案例，因此對于十二五期間的數(shù)據(jù)中心的建設，逐步轉向虛擬化和云計算的數(shù)據(jù)中心架構，降低數(shù)據(jù)中心總體擁有成本，是學院領導優(yōu)先考慮的事情。面對機遇和挑戰(zhàn)，實現(xiàn)數(shù)字化校園數(shù)據(jù)中心，可以提升學院的整體信息化應用水平，服務于廣大師生。

秉承學校創(chuàng)建“省內有優(yōu)勢、全國有地位、海外有影響的高等職業(yè)技術學院”這一目標，在學校信息化建設上運用先進的云計算數(shù)據(jù)中心的架構體系設計理念，摒棄傳統(tǒng)高消耗、高維護的物理架構體系，從虛擬化開始逐步實現(xiàn)云計算數(shù)據(jù)中心。

2 數(shù)據(jù)中心相關技術

數(shù)據(jù)中心建設，主要包括虛擬機的管理、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡管理、統(tǒng)一計算系統(tǒng)管理、統(tǒng)一存儲管理。這也是學院信息化部門數(shù)據(jù)中心建設的目標，圖1是架構數(shù)據(jù)中的基礎架構服務器被計算系統(tǒng)替代。

圖1 架構數(shù)據(jù)中心基礎框架

數(shù)據(jù)中心建設過程中主要依靠以下4個技術作為支撐完成：

1）虛擬化平臺

數(shù)據(jù)中心虛擬化平臺包括：計算虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化、存儲虛擬化和安全虛擬化。計算虛擬化主要是對于虛擬化平臺中的各個虛擬機分配合適的計算資源，在優(yōu)化的基礎上達到最優(yōu)的CPU計算分配。網(wǎng)絡虛擬化是在數(shù)據(jù)中心進行虛擬交換機VLAN配置，具有在同一數(shù)據(jù)中心虛擬系統(tǒng)網(wǎng)絡隔離的功能。存儲虛擬化和安全虛擬化也越來越得到了人們的重視。

目前學院采用的虛擬化平臺主要是Vmware vSphere虛擬化系統(tǒng)，虛擬化系統(tǒng)部署在穩(wěn)定性較高的刀片服務器上，有效的整合了資源，減少了空間占用，節(jié)約了電力消耗、降低了維護人員的工作量。

2）統(tǒng)一計算平臺

統(tǒng)一計算平臺實現(xiàn)整合的數(shù)據(jù)中心基礎架構，完成統(tǒng)一的管理模型，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的虛擬化，提供必要的CPU計算資源，可以根據(jù)負載程度實現(xiàn)動態(tài)池分配。

在過去近10年中隨著學院信息化程度的大發(fā)展，業(yè)務系統(tǒng)應用規(guī)模在不斷擴大，隨之是服務器，交換機數(shù)量的相應增長。添加了各種不同的管理工具。造成了許多被管理的設備，更困難的維護管理策略，安全問題也變得突出起來，擴展也變得越來越困難。統(tǒng)一計算平臺可以采用內嵌式的管理系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的交換網(wǎng)絡提升服務器的虛擬化程度，去除不必要的交換機、網(wǎng)卡和管理模塊。

3）數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡平臺

數(shù)據(jù)中心通過以太網(wǎng)與校園網(wǎng)完成數(shù)據(jù)通信，同時通過光纖通道完成與存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

虛擬化中心以虛擬化為基礎的數(shù)據(jù)信息中心。虛擬化數(shù)據(jù)中心提供提供虛擬化的設備，其中包括：服務器、網(wǎng)絡以及存儲等。數(shù)據(jù)中心根據(jù)需要具有易擴展， 高使用率， 高可用等技術解決方案。虛擬化數(shù)據(jù)中心可以按需動態(tài)靈活的擴展或縮小當前的運行環(huán)境?？梢詣?chuàng)建一個多臺服務器的虛擬化數(shù)據(jù)中心，并且可以控制多臺服務器的使用和配置。虛擬化數(shù)據(jù)中心解決方案的標準包括一系列驗證過的設計來滿足數(shù)據(jù)中心四個基本部分：平臺， 安全， 備份恢復及管理/運維。使用這四個部分將把傳統(tǒng)的物理式數(shù)據(jù)中心轉換為虛擬化數(shù)據(jù)中心。

4）統(tǒng)一存儲平臺

存儲虛擬化（Storage Virtualization）是對存儲硬件資源進行抽象化表現(xiàn)。通過將一個（或多個）目標服務或功能與其它附加的功能集成，統(tǒng)一提供有用的全面功能服務。存儲虛擬化在數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)過程具有重要的意義，存儲虛擬化簡化了相對復雜的底層基礎架構的技術。將資源的邏輯映像與物理存儲分開，從而為系統(tǒng)管理員提供了簡化、無縫的存儲虛擬化視圖。

學院在實際運行和實施過程中應用于存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）環(huán)境中的存儲虛擬化（storage visualization）技術在異構的SAN環(huán)境下的虛擬存儲服務，它帶給學校數(shù)據(jù)中心的益處是：提高存儲利用率降低成本，簡化大型、復雜、異構的存儲環(huán)境的管理工作。學院采用獨立硬盤冗余陣列（RAID， Redundant Array of Independent Disks）提高數(shù)據(jù)冗余，完成數(shù)據(jù)可靠性，完成統(tǒng)一存儲平臺的構建。目前常用的存儲標準有RAID 0 ，RAID 1 ， RAID 5等。

對于用戶來說，存儲虛擬化就像一個容器，用戶不需要看到容器里面的磁盤，磁帶，也不需要關心容器里面的數(shù)據(jù)保存在哪一個存儲設備里面。從管理的角度來看，虛擬存儲采用集中管理，并根據(jù)具體的需求把存儲資源動態(tài)分配給各個應用的虛擬化系統(tǒng)。利用虛擬化技術，可以用磁盤陣列模擬磁帶庫，為應用提供速度像磁盤一樣快、容量卻像磁帶庫一樣大的存儲資源，這就是當今應用越來越廣泛的虛擬磁帶庫（VTL， Virtual Tape Library），在校園存儲系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。我院存儲虛擬化采用了3PAR存儲可以通過StoreOnce Recovery Manager Central （RMC） 實現(xiàn)保護用戶的關鍵業(yè)務應用，同時不會影響性能。這款自動化、非侵入式軟件結合了快照的簡單性和高性能與重復數(shù)據(jù)刪除備份的可靠性和經(jīng)濟性。

3 基于虛擬化平臺的數(shù)據(jù)中心建設

3.1 虛擬化平臺的系統(tǒng)遷移

在實際工作中學校有幾十個系統(tǒng)需要遷移，學校業(yè)務系統(tǒng)基本上部署在x86服務器平臺之上，而操作系統(tǒng)主要是Windows和Linux，當前信息系統(tǒng)主要面臨的問題如下：

1）原有數(shù)據(jù)中心由于服務器品牌型號不同存在負載重，電力系統(tǒng)壓力大，且穩(wěn)定性不高，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題，嚴重影響系統(tǒng)正常運行。

2）原有數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)服務器多為單機單系統(tǒng)運行，當服務器或者其中某個硬件部件出現(xiàn)故障，會導致系統(tǒng)崩潰，嚴重威脅學校關鍵核心業(yè)務運行。

3）原有系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的物理架構，能耗大，管理維護復雜。

4）操作系統(tǒng)崩潰后，數(shù)據(jù)、應用等恢復時間較長。

5）物理硬件老化，大部分服務器有不間斷運行8年以上，上面運行的一些業(yè)務系統(tǒng)由于時間久遠，缺少相關公司技術維護。

遷移過程中主要需要解決遷移系統(tǒng)以后進行存儲、網(wǎng)絡和虛擬化資源滿足需求。

面向校園的服務器虛擬化平臺采用了面向云計算的設計思想，使用“池”的概念設計整個信息系統(tǒng)，將云數(shù)據(jù)中心中分為四個資源池：計算池、存儲池、網(wǎng)絡池和安全池，每個池均可實現(xiàn)動態(tài)的資源調整，擴大或縮小?，F(xiàn)階段采用具有動態(tài)架構的云計算操作系統(tǒng)（VMware vsphere產(chǎn)品），保證信息化的先進性、安全性、開放性、兼容性、共享性、可升級及擴充性，可確保系統(tǒng)實施和日后服務的效率和彈性。

遷移過程中需要解決系統(tǒng)穩(wěn)定性和資源擴展問題，可以采用不關機熱遷移和關閉服務器通過光盤啟動冷遷移，遷移完成以后需要進行必要的資源配置。

3.2 虛擬化平臺的集群與高可用性建設

VMware HA（High Availability）高可用性為所有在虛擬機服務器運行的系統(tǒng)提供了易于使用、經(jīng)濟高效的高可用性。當服務器發(fā)送故障時，有影響的系統(tǒng)將會在集群中留有備用容量的其他主機自動重啟。VMware HA群集至少包括2臺虛擬化服務器，在各自服務器上面安裝了ESX虛擬系統(tǒng)，在一個HA群集中。每一臺VMware ESX服務器配有一個HA代理，不間斷地檢測集群中其他主機的心跳信號。ESX主機每隔一定時間就會通過服務主機的網(wǎng)絡連接發(fā)送心跳信號。假如某臺ESX主機在連續(xù)三個時間間隔后都還沒有發(fā)出心跳信號，那么該主機就被默認為發(fā)生了故障或者與網(wǎng)絡的連接出現(xiàn)了問題。在這種情況下，原本在該主機上運行的虛擬機就會自動被轉移到群集中的其他主機上。反之，如果一臺主機無法接收到來自群集的其他主機的心跳信號，那么該主機便會啟動一個內部進程來檢測自己跟群集中其他主機的連接是否出現(xiàn)了問題。如果真的出現(xiàn)了問題，那么就會中斷在這臺主機上所有正在運行的虛擬機，并啟動預先設定好的備用主機。

高可用性實施過程主要有：1） 創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心；2） 創(chuàng)建集群；3）Vmware EVC模式設置進行虛擬機交換文件位置設置，選擇將交換文件存儲與虛擬機相同的目錄中；4） 創(chuàng)建主機；5）主機網(wǎng)卡Vmotion為開啟狀態(tài)；6）在集群上設置打開HA（High Avaliability）。設置完成以后可以實現(xiàn)在線虛擬機和存儲的遷移，可以實現(xiàn)高可用性。

數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡I/O需求，客戶業(yè)務需求通過網(wǎng)絡訪問到服務器群，服務器做虛擬化，虛擬系統(tǒng)在存儲陣列中保存。

4 結束語

本文通過面向校園的服務器虛擬化平臺搭建與應用構建了校園的數(shù)據(jù)中心，保障了學校系統(tǒng)的不間斷穩(wěn)定運轉。為學校老師和學生提供了安全穩(wěn)定的服務。在虛擬化平臺構建完成以后學校在系統(tǒng)管理的多個方面完成了優(yōu)化與遷移。例如：原有系統(tǒng)在單獨的機架服務器上運行，遷移到虛擬化平臺以后原有系統(tǒng)在計算資源，網(wǎng)絡資源，存儲資源和安全資源方面得到了大幅度的提升，更好的為學校教學提供了不間斷服務。對于數(shù)字化校園建設方面起到了本質性的跨越式發(fā)展，

服務器虛擬化平臺搭建完成以后主要體現(xiàn)在：1） 簡化了多個不同系統(tǒng)的管理，虛擬化平臺建設降低了原有大量系統(tǒng)維護的難度，提高了系統(tǒng)管理員的工作效率。2）高效復用，對于在虛擬化資源中運行的各個系統(tǒng)，可以實現(xiàn)資源復用，減少了建設成本，提高了使用效率。3）綠色環(huán)保。節(jié)能降耗，最大限度節(jié)省電力消耗。4）數(shù)據(jù)保護，隨著存儲虛擬化和HP 3PAR技術在數(shù)據(jù)中心的應用，數(shù)據(jù)保護得到了大幅度提升，為異地數(shù)據(jù)同步備份提供了現(xiàn)實依據(jù)。

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