鄭盛吉 武佳賀

[摘? ? 要] 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心信息系統(tǒng)建設(shè)周期較長、運(yùn)營成本較高，能源消耗較大，且硬件資源存在一定的閑置，彼此之間相互獨(dú)立，無法共享，因此信息技術(shù)人員一直在尋找適合的方式改變運(yùn)維現(xiàn)狀。近年來，服務(wù)器虛擬化技術(shù)日趨成熟，虛擬化大幅度提高了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營能力，提高了利用效率和成本效益，數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了智能化和集中管理，由于虛擬化的技術(shù)優(yōu)勢、管理便捷和在節(jié)能降耗上的突出貢獻(xiàn)，已日漸成為企業(yè)數(shù)據(jù)中心的主要運(yùn)維管理方式。吉林石化公司也探索性完成了雙節(jié)點(diǎn)虛擬化平臺搭建，根據(jù)建設(shè)后的運(yùn)行情況來看，完全實(shí)現(xiàn)了建設(shè)初衷。文中對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存在的問題、虛擬化概念、技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，指明了數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施通過虛擬化技術(shù)可以更加緊密聯(lián)系，擴(kuò)展能力也會更自由，最后結(jié)合吉林石化公司虛擬化平臺建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施過程以及最終實(shí)施效果給予實(shí)際的闡述。

[關(guān)鍵詞] VMware;虛擬化技術(shù);服務(wù)器虛擬化;VMware Vsphere;數(shù)據(jù)中心

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 11. 080

[中圖分類號] TP311;V242.3? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）11- 0184- 04

0? ? ? 前? ? 言

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念為IT資源的煙囪式設(shè)計(jì)，資源孤立和不能共享，工作負(fù)載靜態(tài)管理，不能在整個基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)中實(shí)時、動態(tài)調(diào)度，內(nèi)部形成很多基于單個系統(tǒng)需要而建立起來的一個個“孤島”，從服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲所有資源都與單個系統(tǒng)靜態(tài)的捆綁在一起，成為孤島架構(gòu)的系統(tǒng)。在這種應(yīng)用分配模式下，有些應(yīng)用存在著資源嚴(yán)重的浪費(fèi)，有些應(yīng)用卻面臨資源的極大不足，無法進(jìn)行合理的資源整合[1]。除此之外傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心還存在以下問題。

（1）運(yùn)營成本高。服務(wù)器設(shè)備和其他IT設(shè)備每年按比例增加，使投資成本和運(yùn)營成本不斷上升，運(yùn)營成本包括能耗、制冷、機(jī)房空間占用等，且設(shè)備運(yùn)行到一定年限，故障發(fā)生率增加，最終解決辦法是對原有設(shè)備進(jìn)行一對一的更換，涉及數(shù)據(jù)遷移等問題，后續(xù)的投資將會持續(xù)增加。

（2）項(xiàng)目建設(shè)周期長。每個業(yè)務(wù)上線之前都要進(jìn)行相應(yīng)的軟硬件設(shè)備配置、咨詢、采購、調(diào)試運(yùn)行等過程，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)處于重復(fù)過程，建設(shè)周期被不斷的延長。

（3）系統(tǒng)恢復(fù)耗時長。當(dāng)設(shè)備故障發(fā)生時，技術(shù)人員在故障定位后，往往要花費(fèi)大量的時間替換故障硬件，重裝操作系統(tǒng)，重裝應(yīng)用軟件，重新導(dǎo)入備份的數(shù)據(jù)等操作。傳統(tǒng)的架構(gòu)，恢復(fù)系統(tǒng)功能耗時一般在4～12個小時[2]。

（4）管理效率低下、對運(yùn)維人員技術(shù)水平要求越來越高。應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)量和類型很多，相互之間技術(shù)架構(gòu)和平臺差別很大，很難進(jìn)行統(tǒng)一的管理和維護(hù)，技術(shù)人員只能被動運(yùn)維管理，工作效率較低。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心無論在運(yùn)營成本和運(yùn)維方式上都存在巨大的壓力，提升IT資源利用率、合理分配資源、簡化運(yùn)維已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心急需解決的難題。

1? ? ? 虛擬化技術(shù)的提出

對于服務(wù)器資源共享，曾用單臺服務(wù)器部署多個應(yīng)用，但是這樣部署的結(jié)果是應(yīng)用之間相互影響較大，且重啟服務(wù)器會導(dǎo)致其他應(yīng)用不可用。

虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同虛擬機(jī)之間徹底隔離，每個虛擬機(jī)各自安裝操作系統(tǒng)，并將底層硬件平臺視為自己所擁有的資源，將傳統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)最小化單元從每臺服務(wù)器轉(zhuǎn)變成每個虛擬機(jī)。通過虛擬化軟件的部署，在物理主機(jī)上運(yùn)行一個虛擬化層，虛擬化層直接運(yùn)行在裸硬件之上，該虛擬化層將CPU、內(nèi)存、存儲等資源進(jìn)行虛擬化，此時服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，根據(jù)需要進(jìn)行分配，利用這種特性可以將不同操作系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)同時提供給用戶，也就是說同一臺服務(wù)器可以提供Windows Server 2012，Windows Server 2008以及Linux等操作系統(tǒng)，也能方便地實(shí)現(xiàn)對舊系統(tǒng)應(yīng)用程序的支持，延長軟件的生命周期，提高對服務(wù)器的利用率，即實(shí)現(xiàn)了將硬件服務(wù)器進(jìn)行邏輯層面上的劃分和整合[3]。

虛擬化技術(shù)確保整個平臺的可用性和安全性，并針對應(yīng)用和訪問量進(jìn)行靈活部署，集中管理方面通過Vcenter（管理中心）可以對多個服務(wù)器上的數(shù)百個虛擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一界面上的管理，從而實(shí)現(xiàn)資源集中管理的虛擬化應(yīng)用平臺[4]，為數(shù)據(jù)中心部署提供更靈活的實(shí)施方案，適用于企業(yè)信息化建設(shè)與發(fā)展[5]。

2? ? ? 虛擬化技術(shù)的特征

虛擬化技術(shù)可以合理地分配資源池，也能夠?qū)⒋罅慨悩?gòu)服務(wù)器的差別做相應(yīng)的處理，配置相應(yīng)規(guī)模數(shù)量的物理CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、存儲，能夠使每一臺物理服務(wù)器上都會運(yùn)轉(zhuǎn)可以動態(tài)改變的虛擬機(jī)，且多臺物理服務(wù)器之間采用高可用性（HA）的原則，一旦某一臺物理服務(wù)器出現(xiàn)故障，可在具有備用容量的其他生產(chǎn)服務(wù)器中自動重新啟動受影響的虛擬機(jī)，從而最大限度地減少因服務(wù)器和操作系統(tǒng)故障造成的停機(jī)，提高整個基礎(chǔ)架構(gòu)范圍內(nèi)的保護(hù)力度。對于硬件維護(hù)也可進(jìn)行無業(yè)務(wù)停頓的維護(hù)，實(shí)現(xiàn)方式是將一臺物理服務(wù)器上運(yùn)行的虛擬機(jī)遷移到另外一臺主機(jī)服務(wù)器上，這樣在不影響業(yè)務(wù)的前提下對虛擬化主機(jī)（物理服務(wù)器）進(jìn)行維護(hù)。虛擬機(jī)的活動內(nèi)存和執(zhí)行狀態(tài)通過高速網(wǎng)絡(luò)快速從一臺服務(wù)器傳輸?shù)搅硪慌_服務(wù)器，對虛擬機(jī)磁盤存儲器的訪問被即刻切換到新的物理主機(jī)， 實(shí)現(xiàn)無縫遷移[6]。

虛擬化技術(shù)下運(yùn)行維護(hù)信息系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）虛擬化后物理服務(wù)器，數(shù)量大幅度減少，整體計(jì)算性能利用率提高，數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理成本得到有效控制。

（2）傳統(tǒng)的應(yīng)用采用一對一的模式，即大部分為單點(diǎn)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，單點(diǎn)架構(gòu)會由于硬件故障導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)停頓，虛擬化后的信息系統(tǒng)底層的物理服務(wù)器具有HA架構(gòu)，可以有效地減少單點(diǎn)故障率的發(fā)生。

（3）縮短信息系統(tǒng)建設(shè)周期，整個虛擬化平臺建設(shè)完成后，如果需要部署新應(yīng)用時，直接在計(jì)算資源充足平臺里直接創(chuàng)建虛擬機(jī)，快速實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)上線。

（4）統(tǒng)一管理窗口，虛擬化環(huán)境中的所有主機(jī)、虛擬機(jī)都可在管理中心界面下管理，簡化了管理流程，提高數(shù)據(jù)中心管理效率。

虛擬服務(wù)器產(chǎn)品能夠以較少的物理服務(wù)器服務(wù)較多的信息系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)約成本，節(jié)省資源，擴(kuò)大公司IDC 的服務(wù)能力，既實(shí)現(xiàn)收益的增加，也達(dá)到綠色環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展的要求[7]。

3? ? ? 吉林石化虛擬化平臺項(xiàng)目實(shí)施

結(jié)合公司信息系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際需求，制定了服務(wù)器虛擬化技術(shù)的實(shí)施方案。實(shí)施方案共解決吉林石化信息系統(tǒng)兩方面的問題。一是將新規(guī)劃建設(shè)的信息系統(tǒng)直接部署在虛擬化環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)資源合理分配等需求。二是利用虛擬化技術(shù)提供的遷移工具，將財(cái)務(wù)等重要應(yīng)用系統(tǒng)遷移至虛擬化環(huán)境中，待物理生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，在虛擬化環(huán)境中啟動虛擬機(jī)接管業(yè)務(wù)，從而構(gòu)建重要信息系統(tǒng)的應(yīng)用級容災(zāi)環(huán)境。

3.1? ?虛擬化平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

吉林石化公司虛擬化平臺技術(shù)采用VMware公司vSpere解決方案。將VMware ESXi Server分別部署在2臺物理服務(wù)器裸機(jī)上，利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)將物理服務(wù)器硬件資源分配給多個虛擬服務(wù)器。為保障物理鏈路冗余，每臺物理服務(wù)器配置兩塊冗余HBA卡連接至兩臺冗余光纖交換機(jī)，同時每臺服務(wù)器采用雙網(wǎng)卡數(shù)據(jù)上聯(lián)至數(shù)據(jù)交換機(jī)，物理服務(wù)器采用千兆內(nèi)網(wǎng)連接，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸速率及故障切換速度。

文件共享方式采用SAN集中存儲架構(gòu)，將每個虛擬機(jī)文件系統(tǒng)創(chuàng)建在共享的SAN集中存儲陣列上，由于VMware的虛擬架構(gòu)系統(tǒng)中的虛擬服務(wù)器實(shí)際上是被封裝成了一個個文件，通過將這些文件放在SAN 存儲陣列的VMFS 文件系統(tǒng)中，讓不同服務(wù)器上的虛擬服務(wù)器都可以訪問到該文件，不同虛擬服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)互相熱備，一臺虛擬服務(wù)器故障，其上的應(yīng)用可及時轉(zhuǎn)移到另一臺虛擬服務(wù)器，這樣就實(shí)現(xiàn)了通過虛擬服務(wù)器共享硬件資源、提高硬件利用率、消除單點(diǎn)故障、提高系統(tǒng)高可用性和安全服務(wù)級別[8-9]，虛擬化平臺的拓?fù)鋱D如圖1所示。

3.2? ?實(shí)際部署情況

針對公司重要信息系統(tǒng)的容災(zāi)需求情況和新建信息系統(tǒng)的要求，評估物理服務(wù)器的需求和性能，本方案采用兩臺高性能的PC服務(wù)器，每臺物理服務(wù)器規(guī)劃建設(shè)20個虛擬機(jī)。

（1）硬件配置。采購2臺高性能PC服務(wù)器（配置為2顆12核Intel CPU E5 2600V4處理器、256 G內(nèi)存），本地硬盤300 G×2及相應(yīng)的集中存儲EMC-VNX5600 10 T存儲空間。

（2）軟件配置。采購VMware vSpere 5.5虛擬化標(biāo)準(zhǔn)版套件，包括VMware vSpere 5.5軟件及vCenter虛擬化集中管理控制平臺。VMware vCenter 是一套虛擬架構(gòu)的管理軟件，可以使用單點(diǎn)控制臺管理上百臺服務(wù)器，維護(hù)界面統(tǒng)一、簡潔。

3.2.1? ?應(yīng)用系統(tǒng)的創(chuàng)建

虛擬機(jī)的配置需求需要根據(jù)系統(tǒng)同時在線人數(shù)評估，和物理服務(wù)器配置需求方式一致，再進(jìn)行合理的資源劃分，硬盤及內(nèi)存過大的分配將造成資源的浪費(fèi)。為保證兩臺物理服務(wù)器能互為冗余，每臺服務(wù)器的內(nèi)存使用一半，保證在其中一臺物理服務(wù)器出現(xiàn)故障時，該臺物理服務(wù)器運(yùn)行的虛擬機(jī)能全部正常切換到另一臺物理服務(wù)器上運(yùn)行。虛擬機(jī)磁盤選擇有三種，包括：①厚置備延遲置零磁盤。優(yōu)點(diǎn)是磁盤性能較好，時間短，適合于做池模式的虛擬桌面。②厚置備置零磁盤。適合于運(yùn)行繁重應(yīng)用業(yè)務(wù)的虛擬機(jī)。③精簡置備。適合于對磁盤I/O不頻繁的業(yè)務(wù)應(yīng)用虛擬機(jī)。根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不同需求選擇虛擬機(jī)磁盤模式。

具體部署過程每臺物理服務(wù)器上分別安裝VMware vSphere標(biāo)準(zhǔn)版軟件，將單個物理服務(wù)器虛擬成多個虛擬服務(wù)器，而每一臺虛擬服務(wù)器從性能、功能和操作方式上，與傳統(tǒng)的單臺物理服務(wù)器等同，裝完軟件后用VMware client連接物理服務(wù)器，在管理界面內(nèi)創(chuàng)建虛擬機(jī)并安裝vCenter后，建好群集并添加兩臺物理服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，之后就可以自由的創(chuàng)建虛擬機(jī)了。操作系統(tǒng)可以制作模板，當(dāng)新虛擬服務(wù)器需要安裝同樣的操作系統(tǒng)時，只需要使用模板生成虛擬機(jī)即可，無需進(jìn)行操作系統(tǒng)的重復(fù)安裝。

虛擬化環(huán)境可以隨時規(guī)劃要上線的應(yīng)用系統(tǒng)，對于上線后的生產(chǎn)系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)虛擬機(jī)上運(yùn)行的系統(tǒng)CPU和內(nèi)存使用率過高，對于Windows Server 2008及以上的操作系統(tǒng)，會采用在線添加方式為虛擬服務(wù)器添加相應(yīng)的CPU和內(nèi)存，并不影響應(yīng)用系統(tǒng)使用，而磁盤空間也可以隨時增加，只要集中存儲有可用空間即可。

3.2.2? ?重要信息系統(tǒng)遷移

容災(zāi)虛擬機(jī)使用VMware自帶遷移工具VMware Vcenter Converter Standalone實(shí)現(xiàn)遷移。遷移過程大多數(shù)情況較為順利，需要輸入原服務(wù)器和目標(biāo)服務(wù)器的用戶名、密碼、IP等信息，系統(tǒng)可自動完成遷移。需要注意的是遷移的卷最好采用精簡模式，Linux服務(wù)器需要手動配置虛擬網(wǎng)絡(luò)等信息。當(dāng)然有些系統(tǒng)遷移過程會遇到各種報(bào)錯，需要分情況進(jìn)行處理。遷移后的容災(zāi)虛擬系統(tǒng)需要經(jīng)過相關(guān)業(yè)務(wù)人員測試后驗(yàn)證與生產(chǎn)系統(tǒng)一致，將容災(zāi)虛擬機(jī)進(jìn)行關(guān)機(jī)處理，當(dāng)生產(chǎn)服務(wù)器出現(xiàn)故障，再行開啟容災(zāi)虛擬機(jī)接管業(yè)務(wù)，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)快速恢復(fù)。

4? ? ? 應(yīng)用效果

目前石化公司已經(jīng)完成虛擬化基礎(chǔ)平臺的建設(shè)，從運(yùn)行情況來看，虛擬化平臺運(yùn)行良好，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的應(yīng)用運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)的初衷，主要表現(xiàn)在：

（1）減少了機(jī)房服務(wù)器數(shù)量，全面提高服務(wù)器的資源利用率。原計(jì)劃新建8個應(yīng)用系統(tǒng)，需要采購至少8臺服務(wù)器，部署虛擬化軟件后需要采購的物理服務(wù)器減少為2臺，實(shí)現(xiàn)在少量物理服務(wù)器上運(yùn)行多個虛擬服務(wù)器方式。對于傳統(tǒng)的服務(wù)器應(yīng)用方式，通常服務(wù)器的平均利用率在5%～15%之間，而采用虛擬架構(gòu)整合后，服務(wù)器的利用率尤其是內(nèi)存利用率已達(dá)到50%，充分利用了服務(wù)器的資源，減少資源閑置和浪費(fèi)。

（2）解除軟件和硬件的互相依賴。傳統(tǒng)的部署方式每臺服務(wù)器對應(yīng)一個操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，軟件硬件緊密地結(jié)合，在同一主機(jī)上運(yùn)行多個應(yīng)用程序通常會遭遇沖突，低版本的程序很難在新服務(wù)器上部署。虛擬化物理隔離技術(shù)打破了操作系統(tǒng)和硬件的這種依賴關(guān)系，通過封裝到虛擬機(jī)的技術(shù)，管理操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序?yàn)閱我坏膫€體，和底層硬件沒有任何依賴關(guān)系，即使是版本很低的應(yīng)用程序仍可通過虛擬機(jī)形式部署在最新的服務(wù)器上[10-11]。

（3）提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性。傳統(tǒng)應(yīng)用多為單一服務(wù)器部署，只有極少數(shù)的重要系統(tǒng)會采用群集部署方式，這種部署難以保障系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，在設(shè)備出現(xiàn)故障后，會導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)的停頓，而虛擬化的HA技術(shù)可保證單臺設(shè)備故障，會在虛擬化冗余服務(wù)器陣列里在另外一臺服務(wù)器里迅速恢復(fù)，以此提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)高可用性。

（4）降低運(yùn)維成本?？刂坪蜏p少物理服務(wù)器的數(shù)量，明顯提高每臺物理服務(wù)器及其CPU的資源利用率，從而降低硬件成本。同時，降低運(yùn)營和維護(hù)成本，包括數(shù)據(jù)中心空間、機(jī)柜數(shù)量、電力消耗，冷氣空調(diào)和人工成本等。

（5）簡化運(yùn)維工作。數(shù)據(jù)中心的管理從原來的多線管理變成了統(tǒng)一管理，簡化了服務(wù)器管理人員的工作量，提高了數(shù)據(jù)中心的響應(yīng)能力。

5? ? ? 結(jié)? ? 論

此次項(xiàng)目實(shí)施利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對服務(wù)器整合，將兩臺服務(wù)器作為統(tǒng)一的資源進(jìn)行管理，有效減少了服務(wù)器的數(shù)量，提高了單臺服務(wù)器的利用效率，加快了新系統(tǒng)部署進(jìn)程，合理控制了機(jī)房電力、空調(diào)等資源的消耗，簡化了維護(hù)管理，同時對其他重要應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用級的容災(zāi)，提高了公司整體信息系統(tǒng)的運(yùn)行連續(xù)性。

未來幾年信息系統(tǒng)運(yùn)維部門將繼續(xù)開展基于虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施的工作部署，繼續(xù)深入發(fā)掘虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢，促進(jìn)企業(yè)信息化建設(shè)的發(fā)展，也為今后新建項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)劃、全局信息化水平的提高打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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