劉艷超 冷紅凡 王維虎

[摘? ? 要] 隨著高校智慧校園的推進(jìn)和信息化的發(fā)展，傳統(tǒng)的服務(wù)器管理模式無(wú)法滿(mǎn)足高校發(fā)展的需求。文章首先簡(jiǎn)要地介紹了湖北工程學(xué)院數(shù)據(jù)中心目前存在的問(wèn)題并深入分析和總結(jié)，其次對(duì)服務(wù)器虛擬化在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用存在的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，再次提出了基于VMware vSphere虛擬集群和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的虛擬化架構(gòu)方案，提高了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器部署、管理和維護(hù)工作的效率，最后進(jìn)行了總結(jié)。

[關(guān)鍵詞] 服務(wù)器;數(shù)據(jù)中心;虛擬化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 17. 069

[中圖分類(lèi)號(hào)] TP311;G647? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? A? ? ? [文章編號(hào)]? 1673 - 0194（2020）17- 0160- 03

1? ? ? 虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

虛擬化技術(shù)和云技術(shù)的快速發(fā)展，VMware VSphere虛擬化平臺(tái)有效地解決了如何充分利用服務(wù)器資源，滿(mǎn)足服務(wù)與應(yīng)用需求，加快應(yīng)用部署的速度，提供高可靠性、高可用性的應(yīng)用服務(wù)問(wèn)題。給數(shù)據(jù)中心核心機(jī)房提供了一個(gè)先進(jìn)、安全、可靠、靈活、彈性的IT基礎(chǔ)架構(gòu)解決方案，為用戶(hù)提供高可靠性、高可用性、開(kāi)放性、可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、易于管理和維護(hù)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

2? ? ? 數(shù)據(jù)中心存在的問(wèn)題

近年，我校核心數(shù)據(jù)中心機(jī)房承擔(dān)主要信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，擁有70余臺(tái)服務(wù)器，數(shù)量增長(zhǎng)快，其中75%設(shè)備已過(guò)保質(zhì)期，無(wú)法得到廠(chǎng)家技術(shù)支持，品牌雜亂、老化嚴(yán)重、型號(hào)各異、新舊不同和配置不一，傳統(tǒng)的“一應(yīng)用一機(jī)器”模式已不能滿(mǎn)足學(xué)校持續(xù)性發(fā)展需要。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，設(shè)備的堆砌，造成數(shù)據(jù)中心復(fù)雜程度不斷提高，問(wèn)題日益凸出。主要有以下幾個(gè)方面。

2.1? ?架構(gòu)不合理，環(huán)境資源緊張

學(xué)校信息化建設(shè)快速發(fā)展，當(dāng)初建設(shè)數(shù)據(jù)中心規(guī)模和模式時(shí)，由于各自為陣，未對(duì)服務(wù)器、應(yīng)用系統(tǒng)和存儲(chǔ)等資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，簡(jiǎn)單堆砌，形成了“煙囪式”架構(gòu)。在這種架構(gòu)中，單點(diǎn)故障多，出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用癱瘓，很難盡快恢復(fù)，同時(shí)導(dǎo)致機(jī)房和機(jī)柜的空間、電量負(fù)載、新風(fēng)、消防、溫濕度以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的端口等資源緊張，已不能滿(mǎn)足安全條件的需要。

2.2? ?資源利用率低，成本大，擴(kuò)展性差

一方面，為了保障業(yè)務(wù)正常運(yùn)行，服務(wù)器會(huì)按照該業(yè)務(wù)占用資源的峰值進(jìn)行配置，如迎新、離校和教務(wù)系統(tǒng)選課等系統(tǒng)，軟硬件資源很容易形成“高峰期資源不夠用，低峰值資源閑置”現(xiàn)象;另一方面，為保證系統(tǒng)安全性和可靠性，核心應(yīng)用通常采用雙機(jī)熱備的方式，雖然提高了安全性和可靠性，但備機(jī)系統(tǒng)資源很少被利用，不均衡的部署方式導(dǎo)致資源利用率不均衡，造成了系統(tǒng)資源的隱形浪費(fèi);與此同時(shí)，核心機(jī)房服務(wù)器電源更多采用2+1冗余設(shè)計(jì)，每個(gè)電源功率750W，一年365天運(yùn)行，電費(fèi)開(kāi)銷(xiāo)大;此外，為了新添設(shè)備達(dá)到正常運(yùn)行條件，需要投入大量經(jīng)費(fèi)購(gòu)置配套的交換機(jī)、電源、線(xiàn)路和機(jī)柜等資源做基礎(chǔ)環(huán)境支撐，且占用物理空間。最后，由于品牌復(fù)雜多樣和更新?lián)Q代快，服務(wù)器配件采購(gòu)成本較大，同時(shí)比較困難。

2.3? ?系統(tǒng)可用性較低，應(yīng)用不穩(wěn)定

一方面，我校數(shù)據(jù)中心應(yīng)用系統(tǒng)采用“一應(yīng)用一機(jī)器”的部署方式承載學(xué)校主要業(yè)務(wù)，服務(wù)器故障、業(yè)務(wù)高峰期以及網(wǎng)絡(luò)堵塞，會(huì)導(dǎo)致宕機(jī)事件，需要較長(zhǎng)時(shí)間維護(hù)并影響提供對(duì)外服務(wù)，應(yīng)用持續(xù)性服務(wù)差;另一方面，對(duì)于傳統(tǒng)方式，臨時(shí)需要增添的業(yè)務(wù)應(yīng)用，需要硬件設(shè)施做支撐，但是采購(gòu)周期和搭建周期長(zhǎng)，耗時(shí)耗力，影響業(yè)務(wù)及時(shí)上線(xiàn);與此同時(shí)，服務(wù)器故障維護(hù)、升級(jí)或者擴(kuò)容時(shí)，需要停機(jī)進(jìn)行操作，影響正常業(yè)務(wù)提供服務(wù)，例如門(mén)戶(hù)網(wǎng)站和信息門(mén)戶(hù)等;之外，設(shè)備存在折舊和使用年限增加，舊服務(wù)器性能下降，運(yùn)行環(huán)境不穩(wěn)定，已無(wú)法保障學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。

2.4? ?管理性和安全性差

一方面，由于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量眾多、位置分散、品牌雜亂、新舊不一和配置不一，需要登錄每臺(tái)設(shè)備，對(duì)每臺(tái)服務(wù)器的資源管理很難做到全面、高效和統(tǒng)一的管理并且工作量和重復(fù)性大;另一方面，要求技術(shù)人員具有軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)能力，對(duì)所有品牌的設(shè)備都要熟悉，人員變動(dòng)對(duì)管理影響大;與此同時(shí)，隨著業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的增量，內(nèi)存、硬盤(pán)、CPU的使用容易達(dá)到瓶頸，很難對(duì)已設(shè)置好的模式進(jìn)行更改和擴(kuò)展;此外，服務(wù)器出現(xiàn)故障，很容易導(dǎo)致系統(tǒng)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的丟失，安全性差，同時(shí)無(wú)法有效地集中對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份、升級(jí)和維護(hù)。

綜上所述，如何提高服務(wù)器資源的使用率、降低設(shè)備采購(gòu)成本、提高業(yè)務(wù)的連續(xù)性以及為將來(lái)新應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供一個(gè)靈活的資源使用平臺(tái)，是高校數(shù)據(jù)中心信息化建設(shè)中面臨的一個(gè)重大課題，而云計(jì)算及服務(wù)器虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，正是解決這個(gè)問(wèn)題的重要途徑。

3? ? ? 虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中優(yōu)勢(shì)

3.1? ?架構(gòu)穩(wěn)定，降低安全風(fēng)險(xiǎn)

虛擬架構(gòu)分層明確和穩(wěn)定，下層支持不同品牌服務(wù)器，上層支持不同操作系統(tǒng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)與硬件間協(xié)作性;虛擬化技術(shù)的物理隔離和集群化管理技術(shù)使系統(tǒng)間互相邏輯隔離，同時(shí)利用虛擬技術(shù)中的“系統(tǒng)備份/恢復(fù)”“快照”“自動(dòng)重啟”“故障預(yù)警”等多項(xiàng)安全應(yīng)急措施和容災(zāi)備份體系，實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)單且完整的數(shù)據(jù)保護(hù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的安全性;通過(guò)虛擬技術(shù)的整合，服務(wù)器數(shù)量減少，減少機(jī)柜和機(jī)房的物理空間、電力系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、溫濕度環(huán)境以及機(jī)房承重的壓力，為核心機(jī)房提供一個(gè)安全適宜的環(huán)境。

3.2? ?提高利用率，降低成本

服務(wù)器虛擬化通過(guò)整合服務(wù)器資源，把軟硬件資源形成邏輯的“資源池”，按需調(diào)配和動(dòng)態(tài)劃分CPU、存儲(chǔ)空間、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)等資源，不僅將服務(wù)器的資源利用率從15%～35%提升至70%～90%，而且延長(zhǎng)硬件使用周期;從服務(wù)器硬件、數(shù)據(jù)中心空間成本、用電成本、管理人員成本和集成服務(wù)技術(shù)等多個(gè)方面整體降低了信息中心運(yùn)營(yíng)成本，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和業(yè)務(wù)規(guī)模越大，運(yùn)營(yíng)時(shí)間越長(zhǎng)，所節(jié)省的成本就越高;對(duì)于臨時(shí)新增業(yè)務(wù)，通過(guò)調(diào)用“資源池”中資源，快速搭建環(huán)境，不僅提高資源利用率，而且減少服務(wù)器數(shù)量，降低采購(gòu)成本和后續(xù)擴(kuò)建成本。

3.3? ?簡(jiǎn)化管理，方便維護(hù)

服務(wù)器虛擬化將上層系統(tǒng)和應(yīng)用與底層物理硬件邏輯分離，快速對(duì)CPU、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源動(dòng)態(tài)分配，簡(jiǎn)化資源和虛擬架構(gòu)的全面監(jiān)控和管理;運(yùn)維人員利用虛擬化的集中化管理平臺(tái)對(duì)所有的虛擬服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，將服務(wù)器的運(yùn)維將從終端機(jī)器轉(zhuǎn)移到虛擬平臺(tái)，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，服務(wù)器之間的切換極其簡(jiǎn)單便利，給技術(shù)人員提供便捷的運(yùn)維方式，如資源統(tǒng)計(jì)、克隆、快照、負(fù)載均衡、容災(zāi)備份、安全管控和調(diào)整資源等功能，簡(jiǎn)化服務(wù)器部署配置，降低管理和技術(shù)難度，減少維護(hù)時(shí)間和工作量。虛擬化技術(shù)為服務(wù)器管理提供了自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)的、高可用性、可維護(hù)性和可靠性等手段和方法。

3.4? ?擴(kuò)展性強(qiáng)，業(yè)務(wù)連續(xù)性

虛擬化集群采用標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放化的架構(gòu)，支持硬件設(shè)備可無(wú)限擴(kuò)容以及異構(gòu)操作系統(tǒng)的整合，更新?lián)Q代不影響虛擬服務(wù)器重業(yè)務(wù)的運(yùn)行，彈性擴(kuò)展和兼容性強(qiáng)，適應(yīng)業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)的需求，消除傳統(tǒng)的“一臺(tái)服務(wù)器一個(gè)應(yīng)用程序”模式;在發(fā)生故障情況下，利用虛擬技術(shù)的動(dòng)態(tài)遷移、高可用性、穩(wěn)定性和負(fù)載均衡等自動(dòng)化的服務(wù)方式，有效保證了終端業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)的連續(xù)性和服務(wù)平臺(tái)運(yùn)行的穩(wěn)定性;在不停機(jī)和中斷用戶(hù)使用情況下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新升級(jí)。

4? ? ? 基于虛擬化技術(shù)的服務(wù)器架構(gòu)

虛擬化是一個(gè)抽象層，它打破了底層物理硬件和上層系統(tǒng)應(yīng)用間的硬性鏈接;服務(wù)器虛擬化是指將服務(wù)器的物理資源抽象成邏輯資源;虛擬集群是將許多完整的服務(wù)器整系統(tǒng)融合成一個(gè)更大的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)單個(gè)服務(wù)器承受范圍外的進(jìn)一步性能提升，可而最大限度地利用資源和節(jié)約成本。虛擬化主要包含服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、桌面虛擬化等方面，但是對(duì)于高校核心機(jī)房建設(shè)虛擬化主要有服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化。當(dāng)前虛擬技術(shù)已發(fā)展成熟，思杰、華為、銳捷、VMware和微軟公司等公司已具備實(shí)施能力。本文給出基于VMware vSphere的服務(wù)器虛擬化架構(gòu)。如圖1。

圖1，存儲(chǔ)層使用存儲(chǔ)器形成存儲(chǔ)資源池，通過(guò)光纖交換機(jī)連接為服務(wù)器主機(jī)層提供存儲(chǔ)資源;ESX Server安裝在裸機(jī)服務(wù)器上，并允許多個(gè)未經(jīng)修改的操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序在共享物理資源的虛擬機(jī)中運(yùn)行，虛擬機(jī)中設(shè)備驅(qū)動(dòng)與ESX內(nèi)核里的物理設(shè)備驅(qū)動(dòng)直接相互連接。根據(jù)業(yè)務(wù)的需要，在虛擬主機(jī)層進(jìn)行創(chuàng)建虛擬服務(wù)器，部署相關(guān)業(yè)務(wù)，用戶(hù)層使用者通過(guò)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器等設(shè)備接入相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)。考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的穩(wěn)定性和安全性，未遷入虛擬主機(jī)層。

5? ? ? 總? ? 結(jié)

本文主要根據(jù)我校數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀，對(duì)傳統(tǒng)模式的“煙囪式”架構(gòu)進(jìn)行深入分析和總結(jié)，提出基于虛擬化的服務(wù)器架構(gòu)并對(duì)其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，采用VMware vSphere對(duì)重要系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化，降低成本、提高資源利用率和簡(jiǎn)化管理等。隨著智慧校園的推進(jìn)，校園信息化程度會(huì)越來(lái)越高，集中化和自動(dòng)化地對(duì)信息化設(shè)備進(jìn)行管理已成為必然要求，虛擬化服務(wù)器技術(shù)也會(huì)普及高校，促進(jìn)高校信息化全面發(fā)展。

主要參考文獻(xiàn)

[1]祝忠方. 基于VMware VSphere平臺(tái)的服務(wù)器虛擬化技術(shù)在高校信息化建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2018，36（12）：110-111.

[2]劉遠(yuǎn)飛， 侯偉斌， 白文靜. 基于VMware vSphere技術(shù)的集群化管理系統(tǒng)搭建構(gòu)想[J]. 有線(xiàn)電視技術(shù)，2015（5）：89-91.

[3]馮文健，李雄，韋濤. 基于VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)在校園網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 科技信息，2012（26）：262.