基于虛擬化技術構建武漢商學院綠色數據中心的探索與實踐

林浩

摘要：本文以武漢商學院為例，采用虛擬化技術作為數據中心整合中產生聚合效應的關鍵技術。虛擬化技術的使用使我校提高了基礎架構的利用率、節約了成本、降低了資源消耗，實現對綠色節能的支持，并帶來更高效的管理方法，構建了我校的綠色數據中心。

關鍵詞：虛擬化；容災；架構；綠色數據中心

中圖分類號：TP3 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）030-000-02

隨著我校教育信息化的不斷向前發展，越來越多的業務系統依賴于數據中心的支撐——包括學校門戶網站、一卡通系統、辦公自動化系統、教務管理系統、財務管理系統、迎新綜合管理系統等27個業務系統。各種業務系統不斷建設和更新，我校校園網核心機房的服務器也在相應增加，其硬件利用率過低、管理非常復雜、運行投入越來越大等問題正逐漸顯現。傳統的應用模式是簡單的通過增加處理器、內存和服務器數量等方式來解決，而隨著服務器數量的增長，偶發性的宕機時間、次數的增加，數據備份和系統恢復變得越來越困難和復雜。同時隨著服務器增加所帶來的能源消耗和廢氣排放也不符合綠色節能環保的科學發展觀的要求。

我校核心機房現有服務器41臺，共運行有多個消耗不同硬件資源的業務系統，但其運行的效率不夠充分：中央處理器消耗率一般在10%到30%之間、內存消耗率一般在在20%到50%之間、硬盤空間的平均利用率不足30%。大部分服務器的硬件資源存在相當程度上的資源浪費情況。多個應用系統運行時，對硬件資源的消耗是不一樣，隨著應用系統負載的加大，硬件資源的消耗也會相應的提升。但現有的機房硬件部署方式還是采用傳統的一個應用對應一臺或多臺服務器的配置模式，無法根據應用負載的增加或減少，動態調配相應的硬件資源，造成硬件資源的利用不平衡，導致高負載的應用系統配置的硬件資源不足，低負載的應用系統硬件資源過剩，且由于應用的不可中斷性，無法實時在線調整。硬件資源無法根據業務的負載情況來實時調整資源的分配及多余資源的回收，造成資源利用的不合理。以我校迎新綜合管理系統為例，此應用系統只在迎新時期訪問量才會凸顯，達到幾千次每天，但是在非招生迎新期間，此應用系統訪問量幾乎為零。無法根據其應用特征來靈活分配相應的資源。目前我校核心機房的供電功率已經達到額定功率，已經無法滿足對新增服務器的能耗需求，如果大量增加物理服務器，那必須要對現有的供電設施進行改造；同時服務器數量增多，核心機房溫度必然升高，為了確保服務器能夠正常運轉，制冷系統就需要進行改造。校園網核心機房服務器設備、網絡設備較多，現有監控系統無法對各種設備、系統、環境、應用進行統一的監控管理。對設備的巡檢需要逐一登錄到每臺設備上進行，缺乏統一的告警機制，無法及時準確的獲知相關故障設備的信息，增加了業務恢復的時間。一旦某些應用所依賴的服務器軟硬件或應用本身出現問題就會導致服務中斷，很大程度上增加了設備運維的復雜度、困難度。各應用系統的數據備份都是單獨手工操作，有些還是本地備份，這樣數據安全就存在較大隱患。

針對以上情況，可以采用服務器虛擬化技術予以解決，所使用的虛擬化平臺需要能夠創建多臺虛擬機，并且虛擬機的部署可以通過向導和模板進行，虛擬機需要能支持目前主流的操作系統?，F有的應用系統部署在不同的VLAN內，所屬的IP地址段也不同，為保證現有的系統在從物理機向虛擬機遷移后不用改變IP等配置，就要求虛擬化平臺可以使得同一臺物理機上的虛擬機能夠屬于不同的VLAN，配置不同的IP地址。虛擬機要具有自動遷移的功能 ，在進行計劃內服務器維護和跨服務器的虛擬機實時遷移時，不需要將應用停機，避免服務中斷。當虛擬化平臺下的某一臺物理機發生故障時，在該物理機上運行的虛擬機能夠在極短的時間內使用其他物理機上的資源自動的重新啟動。虛擬化平臺需要能夠對服務器資源進行動態的負載平衡，根據業務的優先級向提供正確的資源。當虛擬化平臺下某臺服務器資源利用較低時，可將此臺服務器上運行著的應用系統遷移至其它的服務器上，該服務器自動下線，在保障業務的同時，降低了能耗。虛擬化平臺需要可以實現從物理機向虛擬機的遷移，并具備在遷移過程中對磁盤空間進行重新分配，安裝相應輔助工具，在目標機器上控制windows的服務進程，不同平臺之間的應用相互轉換等能力。虛擬化平臺可進行全生命周期的管理監控，對基礎軟硬件進行狀態和性能監控、對虛擬化運營策略進行管理，對基礎軟硬件異常情況出發告警，對基礎軟硬件資源進行長期的數據統計分析，對虛擬機進行配置和管理等。虛擬化平臺要具有統一實施備份和容災的機制，確保其能夠承載業務的高可用。

目前，主流的服務器虛擬化平臺有VMware vSphere和Microsoft Hyper-V，由于VMware vSphere支持絕大多數主流的操作系統，具有非常齊全的管理工具，并且得到了服務器硬件廠商的廣泛支持。VMware vSphere是業界領先的云計算操作系統，使用虛擬化技術將數據中心轉換成為可擴展的聚合計算基礎架構。云計算是一種構建在虛擬化高效資源池技術之上的計算方法，用于創建按需、彈性、實現自我管理且可以作為服務來進行動態分配的虛擬基礎架構。虛擬化使應用程序和信息從基礎硬件架構的復雜性中解脫出來。虛擬化不僅是云計算的基礎技術，而且還提供強大的靈活性和更高效的成本控制。通過整合多臺服務器以虛擬機的形式進行合并，使得一臺物理服務器可以承擔多臺的工作。另外虛擬化數據中心可以簡化管理、創建動態且靈活的數據中心，可以在縮短停機時間，減少運營費用。X86架構下的計算機硬件被設計為只能運行單個操作系統，即使安裝了大量的應用程序，大多數計算機任然無法得到高效充分的利用。通過使用虛擬化技術在單臺物理機上運行多個虛擬機，虛擬機可在多種環境下共享該物理機的資源。在同一物理機上不同的虛擬機可以相互獨立，運行著不同的操作系統和應用程序。VMware vSphere 可以構建整個虛擬基礎架構，其規?？蛇_到數千臺物理計算機和存儲設備，能夠動態的遷移資源，無需單獨向每個應用程序永久的分配服務器、存儲或網絡帶寬。虛擬基礎架構是云計算的基礎，云計算是依賴于可擴展的彈性模型來提供信息服務的，而該模型本身是依賴于虛擬化才可以正常工作，而VMware vSphere 即可提供該虛擬化方案。

根據我校的實際情況，通過相關的調研和測試，我校使用VMware vSphere的虛擬化解決方案。通過使用此虛擬化技術，構建相應的應用資源池、計算資源池、存儲資源池、網絡資源池、安全資源池、以此來提高數據中心的資源利用率和能效，降低總體運營費用，搭建屬于我校的云服務平臺，打造綠色數據中心。

我校采用三臺高端服務器，其中二臺服務器分別配置有8顆8核的中央處理器和256GB的內存，另一臺服務器配置有4顆8核中央處理器和128GB內存，三臺服務器做為一個集群后，所包含的計算資源池共有160個vCPU和內存640GB，虛擬機硬盤將根據原有物理機硬盤按照1：1的比例來規劃存儲空間。所有虛擬主機都與宿主機自動進行時間同步，而宿主機自身的時間將和活動目錄域控制器自動同步。所以我們只需將域控制器的時間與世界標準時鐘進行同步即可。我們使用硬件形式的USB Server和配套的客戶端軟件，該系統對國內絕大部分的USB加密狗提供完善的支持，具有很好的兼容性。提供專業軟件ukey共享、虛擬環境識別解決方案，支持遠程識別usb服務、遠程虛擬專用網連接，支持snmp協議，可以實現usb設備的資源共享，在虛擬服務器上可以滿足對usb 虛擬化的需求。我們使用VMware vSphere Data Protection套件作為磁盤的備份和恢復的解決方案，與虛擬化控制中心完全集成在一起，可以對備份恢復作業進行有效的集中式管理，針對所有的虛擬機提供快速有效的數據保護，甚至可以保護那些已關閉或是在物理主機之間移動的虛擬機。在所有備份上都可使用智能重復數據消除，從而極大地減少備份數據所消耗的磁盤存儲空間。通過使用更改數據塊跟蹤和虛擬機快照技術，可以降低備份虛擬機的成本，最大程度的縮短了備份窗口。其可輕松實現備份，無需在每個虛擬機上安裝第三方代理軟件。在虛擬化部署過程中，使用VMware vSphere with Operations Management套件讓網絡管理人員從整體上了解基礎架構的運營情況，從而提高性能和可用性。通過了解系統健康信息和工作負載容量可以提高利用率和整合比率，節約硬件成本。利用vCenter Site Recovery Manager套件實現站點級別的容災備份，確保當某一站點出現癱瘓，另一個站點能更夠快速的接管業務，確保業務的高可用性，實現無中斷、自動化并且可以根據需求隨時執行，確?？焖偾腋叨瓤深A測的和恢復時間目標的恢復點目標。

我校通過虛擬化方案的實施，應用和硬件的可靠率越來越高，故障率也越來越低，運行管理越來越方便，基于此來構建我校的綠色數據中心。

參考文獻：

[1]魯浩，李麗莉.利用虛擬化資源池構建災備中心高可用環境的應用研究.2013電力行業信息化年會論文集，2013.

[2]劉偉.基于Vmware虛擬化的云平臺運維研究.數字技術與應用，2015.