服務器虛擬化技術在消防信息中心的應用

●于 淼

(天津市消防總隊,天津 300090)

0 引言

公安消防信息系統是一套較大且十分重要的信息系統,隨著系統的逐步完善,需要不斷引入應用服務器來滿足日益增長的各種需求,從而導致服務器數量急劇膨脹,隨之而來的就是繁瑣的軟、硬件管理維護工作,服務器管理面臨的主要問題表現為：(1)維護管理水平低、成本高。由服務器數量增加而引起的運營和維護成本不斷攀升,其中包括硬件設備的購買與組建,功耗及制冷需求,日常監控與檢修等。應用環境十分復雜,各種應用常常由不同的平臺開發,需要投入大量的人力、物力進行維護,一旦服務器出現問題就會導致應用癱瘓。此外,系統升級時也需要停機運行,同樣也會造成應用的中斷。(2)資源利用率不高。當前部署的各服務器往往只承載單一的服務,而大多數的服務器利用率只有20%左右,這些服務器占用了大量的數據中心空間和運行支撐資源,使得硬件配置很高的服務器無法體現出其優越性[1]。(3)兼容性差。由于支撐應用的服務器數量逐年增加,如何對原有舊設備進行充分利用即保護原有投資就顯得越來越重要。然而原有的應用平臺安裝的通常是版本較老的操作系統,很多新引進的硬件設備已不再提供對這些操作系統的支持,怎樣在新舊設備之間對應用服務進行遷移就成了困擾 IT維護人員的難題。

針對上述問題,充分提高硬件服務器的利用率而非耗費大量資金購買新的服務器是一個較為理想的解決辦法。將虛擬化技術引入到服務器的管理中,可以整合各種服務器資源,節省不必要的開支,同時提供高可靠性的應用服務。

1 服務器虛擬化技術

1.1 概念與起源

在計算機方面,虛擬化通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。虛擬化技術源于大型機,早在 20世紀 60年代,IBM公司就發明了一種操作系統虛擬機技術,允許多個操作系統在同一臺主機上運行,使得用戶能夠充分利用昂貴的大型機資源。隨著技術的發展和市場競爭的日益激烈,大型機上的技術開始向小型機或 UNIX服務器上移植,IBM、HP和 SUN后來都將虛擬化技術引入各自的高端 RISC服務器系統中[2]。

隨著 X86處理器性能的提升和應用普及,人們也開始在 PC和服務器領域運用這種虛擬方案。服務器虛擬化(Server Virtualization)[3]是指多個操作系統在同一時間運行在同一臺主機上。通過這種技術,在一臺機器上可以支持 Windows、Linux、UNIX等操作系統同時運行,而不需要重啟機器以切換操作系統。簡單地講,就是將物理機器、操作系統及其應用程序整合起來形成一個虛擬機(Virtual Machine,VM)。這種虛擬化技術能夠提高服務器的使用強度,將物理資源效益最大化,從而在最大化硬件投資收益的同時,也能夠極大的降低系統管理的復雜度和日常維護的成本。

1.2 主流服務器虛擬化技術

當前主流的虛擬機技術主要有虛擬硬件模式、虛擬操作系統模式和半虛擬化技術三類。虛擬硬件模式是在計算機、存儲和網絡硬件間建立一個抽象的虛擬化平臺,使得所有的硬件被整合到一個虛擬化層中,而虛擬操作系統模型是在基于虛擬機運行的主機操作系統上,動態復制軟件運行環境,以此來創建多個虛擬系統。

在信息中心的建設方案中利用 Citrix XenServer來完成物理服務器的虛擬化工作,Citrix XenServer是半虛擬化技術的代表,它是一款經實踐檢驗的、完全支持服務器虛擬化的引擎,其核心是開源的 Xen系統管理程序。Xen服務器虛擬化解決方案將直接在硬件或裸機上安裝一個瘦軟件層(即 Xen hypervisor),插入到服務器硬件和操作系統之間,提供一個抽象層,讓每臺物理服務器可運行一臺或多臺虛擬服務器,將操作系統及其應用從底層物理服務器有效分離出來。Xen的超虛擬化(Para-Virtulization)技術是業界公認的最快速、最安全的虛擬化方案,同時,Xen hypervisor極為精簡,從而可為客戶機提供極低的開銷和媲美本地的性能。

Citrix XenServer 5是 Citrix Systems最新發布的下一代服務器虛擬化產品系列,它克服了第一代解決方案的局限性和復雜性,擁有強大的新型管理功能及前所未有的易用性,使各種規?？蛻舻臄祿行母痈咝Аitrix XenServer 5的特點主要有以下四個方面[4]：(1)隨時隨地實現每臺服務器的虛擬化。通過加速應用交付、增強可用性及提高 IT資源的利用率,Citrix XenServer服務器虛擬化技術讓數據中心變得更加靈活、更加高效。利用獨特的應用儲備技術,XenServer可通過虛擬或物理服務器快速交付工作負載,成為企業每臺服務器的理想虛擬化平臺。(2)獨一無二的開放性。XenServer是基于開源 Xen系統管理程序創建的,作為一種精益化技術,Xen系統管理程序降低了總開銷,并提供了接近于本地的性能。XenServer充分利用 Intel VT平臺和AMD虛擬化(AMD-V)平臺進行硬件輔助虛擬化,提供了更快速、更高效的虛擬化計算能力。與其他基于封閉式專用系統構建的虛擬化產品不同,Xen-Server的開放 API讓客戶可以通過現有的服務器和存儲硬件來訪問和控制先進的功能。(3)操作簡單。Citrix Systems在虛擬機中引入了物理服務器的全新配置向導、直觀的界面和簡單的點擊轉換功能,建立了簡易操作的新標準。盡管大型數據中心的虛擬機數量增長極快,但 XenServer讓管理員可以輕松掌握虛擬機的動態。通過 XenServer的性能監控、報告和提示界面,IT人員可以輕松查看很長時間以內虛擬機的實時和歷史信息,以及物理主機性能,同時不會產生存儲或性能開銷。(4)功能強大。在具備大量經實踐檢驗的企業級功能的基礎上,最新的 Xen-Server版本新增了 100多種增強型虛擬化功能,包括高可用性(HA)和災難恢復能力的提升。這些功能還包括業界最先進的 HA、自動重啟和故障轉移技術,這些技術可以無縫升級為適用于大多數關鍵業務應用的完全容錯技術。

2 服務器虛擬化技術在消防信息中心的應用

以天津市消防信息中心外網(互聯網)的服務器系統建設為例。該系統包括消防監督系統、郵件管理系統、文件存儲系統、辦公自動化應用、部門網站發布系統等,要求使用服務器虛擬化技術,合理地對現有硬件資源進行整合,構建一個統一的虛擬化平臺完成業務系統的建設。

2.1 虛擬化方案

信息中心互聯網服務器系統采用了 2臺高性能的曙光 A950r-F服務器作為應用服務器,組成資源池,利用 Citrix XenServer軟件進行虛擬化建設,使得各種硬件服務器都可以接入到虛擬化平臺,通過虛擬化平臺綜合管理所有的硬件資源,與此同時各種應用都可以假設在虛擬化平臺所規劃出的標準虛擬服務器上。

具體策略是：第一步,完成資源數據庫的轉移,根據虛擬化架構,配置物理服務器,搭建集群平臺;第二步,完成對虛擬機的配置工作,根據實際需要部署應用。信息中心互聯網服務器系統虛擬化平臺的構造示意圖如圖 1所示。

2.2 應用效果

圖1 信息中心互聯網服務器系統虛擬化平臺構造示意圖

通過采用虛擬化平臺作為整個應用系統硬件資源的統一調度,天津市消防信息系統主要具有以下優勢：(1)硬件資源得到充分利用。通過服務器虛擬化平臺,將兩臺服務器分割成多臺虛擬服務器,每臺虛擬服務器之間保持獨立關系,分別安裝不同的操作系統以承載不同的應用。(2)減少運營消耗。經過虛擬化平臺的整合,帶來的顯著節約效果體現在服務器電能消耗、機架空間消耗、機房空調電能消耗等多層面上;同時物理服務器數量下降,使得整個硬件系統的維護和運營難度都下降了很多。(3)系統靈活性高。根據應用系統的不同需要,虛擬化服務器平臺允許管理員隨時調整虛擬服務器的資源狀況;同時虛擬化服務器可以設立統一的服務器模板,從模板中劃分并且架設一臺虛擬服務器的工作十分簡單,這就使得信息中心進行系統升級時的工作變得非常便捷。(4)提高系統整體安全性。在不增加硬件投資的情況下,虛擬化平臺可以為每種應用都搭建負載均衡或雙機熱備等應用模式,從而將所有應用系統的安全性和連續性提高到前所未有的高度。(5)減少停機時間。虛擬化平臺支持虛擬服務器的動態遷移,虛擬服務器最快可以在幾秒內完成物理服務器之間的遷移,而應用不會出現間斷。虛擬化平臺的優勢在于與物理硬件無關性,無論服務器損壞或者停機維護,運行在上面的虛擬服務器都可以動態的實現移動,從而保障了應用的連續性。

3 結語

服務器虛擬化技術在公安消防信息中心的應用證明,它能較好地解決物理服務器資源利用率低、管理困難和維護成本高等問題,同時將多種應用整合到少量企業級服務器上,從而實現了高可靠性和靈活性,保證了業務系統能夠連續穩定地運行。

[1]黃偉敏.基于服務器虛擬化技術的數字圖書館建設研究[J].電子技術,2010,(23).

[2]BORT J.Server Virtualization：Controlling Server Spraul[J].IEEE Communications Magazine,2003.41(2)：126-133.

[3]GEMIKONAKLI O,EVER.E,GEMIKONAKLI E.Performance modelling of virtualized servers[C].12thUKSim International Conference on Modelling and Simulation,UKSim,2010：434-438.

[4]http：//www.stone-tcs.com/stongnews/News_View.asp?NewsID=132.