應(yīng)用虛擬化技術(shù)構(gòu)建高效率的服務(wù)器系統(tǒng)

張 哲，羅 婷

（沈陽廣播電視大學(xué)，遼寧 沈陽 110003）

應(yīng)用虛擬化技術(shù)構(gòu)建高效率的服務(wù)器系統(tǒng)

張 哲，羅 婷

（沈陽廣播電視大學(xué)，遼寧 沈陽 110003）

本文分析了校園網(wǎng)服務(wù)器使用現(xiàn)狀，介紹了虛擬化的概念和服務(wù)器虛擬化的意義。針對校園網(wǎng)應(yīng)用需求不斷增加，服務(wù)器數(shù)量增長過快的趨勢，提出了一種基于虛擬化技術(shù)的解決方案，以達到簡化服務(wù)器管理模式，提高服務(wù)器資源利用率的目的。

服務(wù)器；虛擬化技術(shù)；數(shù)字化校園

1．引言

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，有效地推動了數(shù)字化校園的建設(shè)和發(fā)展，特別是數(shù)字化學(xué)習(xí)港的建設(shè)，為學(xué)校的人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和學(xué)科研究服務(wù)提供了堅實的技術(shù)支持。隨著各種應(yīng)用系統(tǒng)的不斷增加，校園網(wǎng)服務(wù)器數(shù)量越來越多，這就帶來了校園網(wǎng)服務(wù)器管理復(fù)雜、資源利用率低和數(shù)據(jù)備份困難等問題。如何更加合理地分配資源，提高服務(wù)器的利用率，是數(shù)字化校園建設(shè)中必須認(rèn)真解決的一個突出問題。

2．服務(wù)器系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的發(fā)展，我校的網(wǎng)絡(luò)中心已有各類服務(wù)器 30多臺，組成了龐大的服務(wù)器系統(tǒng)。隨著服務(wù)器設(shè)備的不斷增加，系統(tǒng)配置管理的時間增多，維護費用增加、靈活性和可靠性降低，系統(tǒng)資源閑置的問題日益明顯。服務(wù)器系統(tǒng)實際利用率平均在35%左右。經(jīng)過研究和分析認(rèn)為，造成服務(wù)器系統(tǒng)適應(yīng)能力差、利用率低下的主要有以下四種原因：

1）缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。隨著學(xué)校教學(xué)工作的不斷深入，很多教學(xué)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)都需要增加服務(wù)器以支持其新的應(yīng)用，結(jié)果導(dǎo)致服務(wù)器數(shù)量不斷上升。各新增系統(tǒng)往往都采用單獨的服務(wù)器部署，而實際應(yīng)用服務(wù)所占用的系統(tǒng)資源容量比服務(wù)器計劃訂購的資源容量小很多。

2）軟硬件資源配備復(fù)雜多樣。多種多樣的硬件平臺、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，衍生了紛雜的信息服務(wù)系統(tǒng)。一些傳統(tǒng)的應(yīng)用程序使用老式的操作系統(tǒng)，通常這些應(yīng)用在編寫的時候就已經(jīng)確定了不能與其他應(yīng)用共享一臺服務(wù)器。必然造成部分系統(tǒng)資源被閑置。

3）學(xué)校的快速發(fā)展與服務(wù)系統(tǒng)的升級脫節(jié)。隨著遠(yuǎn)程開放教育的不斷發(fā)展，學(xué)員數(shù)量不斷增加，同時網(wǎng)上考試的科目越來越多，給現(xiàn)有的服務(wù)器資源帶來了巨大的壓力，另一方面，利用率低的獨立服務(wù)器造成資源閑置，但又無法投入使用。

面臨系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜的現(xiàn)狀，單純機械的堆積服務(wù)器是不能解決應(yīng)用增加與服務(wù)系統(tǒng)部分資源閑置的問題的，最有效的辦法就是進行服務(wù)器虛擬化。服務(wù)器虛擬化技術(shù)是當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)界最受關(guān)注的新技術(shù)之一，其價值已在許多環(huán)境中得到驗證，越來越多的高校開始考慮借助虛擬化技術(shù)提高服務(wù)系統(tǒng)的處理效率。

3．服務(wù)器虛擬化技術(shù)簡介

3.1 服務(wù)器虛擬化的概念

服務(wù)器虛擬化(Server Virtualization)是指多個操作系統(tǒng)在同一時間運行在同一臺主機上。通過這種技術(shù)，在一臺機器上可以支持 Linux，Windows，UNIX等操作系統(tǒng)同時運行，而不需要重啟機器就能切換操作系統(tǒng)。簡單地講，就是將物理機器、操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序“打包”成為一個文件，稱之為虛擬機。

圖1 服務(wù)器虛擬化模型

服務(wù)器虛擬化技術(shù)的實質(zhì)是一種方法，通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序并隨時隨地將服務(wù)器資源分配給最需要它們工作的負(fù)載，來簡化管理和提高效率，從而減少為單個工作負(fù)載峰值而儲備資源的方法。它從兩方向入手，幫助服務(wù)器更加合理地實現(xiàn)資源的分配。一種方向是將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務(wù)器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務(wù)器，用戶可以在這些看似獨立的虛擬服務(wù)器上運行不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序；另一個方向就是把若干分散的物理服務(wù)器虛擬成一臺大的邏輯服務(wù)器，使用戶可以像使用同一臺服務(wù)器的資源一樣來支配這些物理上獨立的服務(wù)器，從而達到最大化利用資源的目的。

目前，服務(wù)器虛擬化技術(shù)分為硬件層次的完全虛擬化技術(shù)和操作系統(tǒng)層次的虛擬化。完全虛擬化是以VMware為代表，這種虛擬化使用一個虛擬機，在客戶操作系統(tǒng)和原始硬件之間進行協(xié)調(diào)，完成虛擬化所需要的工作，完全虛擬化的最大優(yōu)點是操作系統(tǒng)無需任何修改就可以直接運行，但缺點是操作系統(tǒng)必須要支持底層硬件。操作系統(tǒng)虛擬化位于操作系統(tǒng)的頂部，在操作系統(tǒng)之上實現(xiàn)服務(wù)器的虛擬化，主操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)多個虛擬服務(wù)器的資源分配，并讓這些服務(wù)器相互獨立。

3.2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)的現(xiàn)實意義

1）減少服務(wù)器的數(shù)量，虛擬化技術(shù)可以支持實現(xiàn)物理資源和資源池的動態(tài)共享，可通過動態(tài)資源配置提高服務(wù)系統(tǒng)對應(yīng)用的靈活適應(yīng)力，滿足不斷變化的應(yīng)用需求，將極大的提高每臺服務(wù)器的利用率，從而降低整個服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)的總體擁有成本。

2）降低管理復(fù)雜度，通過服務(wù)器虛擬化減少了物理服務(wù)器的數(shù)量，也就減少了相應(yīng)的物理資源管理；隱藏物理資源的部分復(fù)雜性；簡化了服務(wù)器部署、管理和維護工作，降低了管理費用。通過實現(xiàn)自動化、獲得更好的信息和實現(xiàn)中央管理來簡化公共管理任務(wù)；實現(xiàn)負(fù)載管理自動化。

3) 提高數(shù)據(jù)備份的可靠性，支持快速轉(zhuǎn)移和復(fù)制虛擬服務(wù)器，提供一種簡單便捷的災(zāi)難恢復(fù)解決方案，虛擬化技術(shù)可以實現(xiàn)較簡單的共享機制無法實現(xiàn)的隔離和劃分，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)和服務(wù)進行可控和安全的訪問，帶來具有透明負(fù)載均衡、動態(tài)遷移、故障自動隔離、系統(tǒng)自動重構(gòu)的高可靠服務(wù)器應(yīng)用環(huán)境。

4．構(gòu)建高效數(shù)字化校園服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)

校園信息化建設(shè)經(jīng)過十多年的持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)進入了服務(wù)器的更新期。目前有兩種選擇，一是購買一兩臺高性能的服務(wù)器；二是按常規(guī)購買6～7臺普通的服務(wù)器。前者采用虛擬化技術(shù)就能達到后者所能提供的性能和存儲要求，并能實現(xiàn)簡化管理、降低運行和維護成本、提高效率的目的。服務(wù)器虛擬化的優(yōu)點的顯而易見的，從主機到主流，服務(wù)器虛擬化已經(jīng)是大勢所趨，是數(shù)字化校園建設(shè)和發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)和機遇。

4.1 服務(wù)器虛擬化的架構(gòu)設(shè)計

針對各種數(shù)字化信息資源數(shù)據(jù)庫種類和信息服務(wù)方式等特點，規(guī)劃數(shù)字化校園網(wǎng)服務(wù)器虛擬化實施步驟，具體包括以下幾個方面：

1）按照不同的操作系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)進行物理服務(wù)器分類，建立 Windows、UNIX、Linux等物理服務(wù)器，在此基礎(chǔ)上建立各自的虛擬服務(wù)器。

2）的物理服務(wù)器上根據(jù)各個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用負(fù)載、存儲空間、并發(fā)用戶數(shù)和用戶滿足度等各項參數(shù)，配置相應(yīng)的小你服務(wù)器，包括分配 CPU、內(nèi)存、硬盤大小及虛擬網(wǎng)絡(luò)類型等，建立冗余的虛擬應(yīng)用環(huán)境，既滿足數(shù)據(jù)的快速拷貝，又能滿足數(shù)據(jù)系統(tǒng)的災(zāi)難恢復(fù)的需要。

3）將需要用到的Oracle、SQL Server等數(shù)據(jù)庫電子資源數(shù)據(jù)庫進行整合，利用虛擬工具中的遷移助手將多個不同物理服務(wù)器中的系統(tǒng)遷移到虛擬服務(wù)器上，建立獨立的數(shù)據(jù)庫集群虛擬機，這樣既可以保證了數(shù)據(jù)庫后臺的高可用性，同事也極大地提高了服務(wù)器的實際使用率，提升了應(yīng)用平臺的整體性能和降低了過來復(fù)雜度。

4）根據(jù)休息資源種類不同，將功能相同或相近的應(yīng)用進行整合，建立虛擬服務(wù)器機群，如Web服務(wù)、FTP服務(wù)、APP服務(wù)、E-Mail服務(wù)等轉(zhuǎn)移到相同的虛擬機上，使用虛擬IP地址，提高系統(tǒng)安全性能。

5）根據(jù)傳統(tǒng)應(yīng)用使老式操作系統(tǒng)機這些應(yīng)用在編寫時就必須獨占服務(wù)器的特點，利用虛擬化技術(shù)合并傳統(tǒng)應(yīng)用，使服務(wù)器能夠快速頻繁地重新分配。

4.2 服務(wù)器虛擬化方案

本方案拓?fù)浼軜?gòu)如圖2所示：硬件采用聯(lián)想萬全R630 G7服務(wù)器，每臺服務(wù)器均配置雙HBA卡，通過兩臺光纖交換機分別連接到Lenovo-HDS AMS2100存儲陣列的雙控制器上，保證了整個硬件平臺的冗余。軟件選用 VMware vSphere4.0 Enterprise版本，提供了諸如HA、DRS、Vmotion的高級功能特性，方便用戶快速調(diào)整虛擬機的分布、資源的利用及當(dāng)故障出現(xiàn)時的快速恢復(fù)能力，配合其提供的 Data Recovery或者VCB備份接口功能則可對虛擬機文件進行快速的備份及恢復(fù)，另外虛擬化所具備的克隆技術(shù)則可以大大縮短新的業(yè)務(wù)平臺或測試平臺建設(shè)時間。獨立的虛擬機管理服務(wù)器則提供了對整個虛擬化平臺的集中化管理能力，通過集中化管理來大大提升整個平臺的管理效率。通過虛擬化技術(shù)的使用也解決了很多數(shù)據(jù)中心存在的硬件設(shè)備資源利用低及大量硬件設(shè)備所造成的數(shù)據(jù)中心供電、散熱等問題，保護用戶投資。

圖2 服務(wù)器虛擬化拓樸結(jié)構(gòu)圖

5．結(jié)束語

服務(wù)器虛擬化技術(shù)雖然不算是新技術(shù)，但是對于很多人來說，還是要有一個了解和接受的過程。在過去的數(shù)字化校園建設(shè)重在IT基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)，現(xiàn)在和未來必將側(cè)重于建設(shè)領(lǐng)先的虛擬化IT環(huán)境。服務(wù)器虛擬化技術(shù)在飛速發(fā)展的同時，虛擬化的基礎(chǔ)架構(gòu)也受到了很大的挑戰(zhàn)，突出的問題是一個籃子里放了太多的雞蛋是否安全？如果運行著10臺虛擬服務(wù)器的主機出了故障，造成的損失能否補救？其實，這個問題已經(jīng)有了很多的解決辦法，不久的將來還會有新的解決方案供用戶選擇。相信在虛擬化廠商和用戶的不懈努力下，虛擬化過程遇到的困難和問題鄢會一一被解決，虛擬化的明天必將更美好。

[1] 譚文輝. 利用VMware實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化[J]. 艦船電子工程，2008，6.

[2] 周鐵成. 虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代計算機，2009，4.

[3] 張文盛. 虛擬化服務(wù)器的應(yīng)用研究[J]. 辦公自動化， 2010，8.

The Application Virtualization Technology Constructs the High Efficiency the Server System

ZHANG Zhe，LUO Ting

This paper analyzes the status of campus network server, introduced the concept of virtualization and server virtualization significance. Increases unceasingly in view of the campus net application demand, server quantity grows the excessively quickly tendency, proposed one kind based on the virtualization technology solution,to simplify server management, improve server resource utilization purposes.

Server; virtualization technology; Digital Campus

TP393

A

1008-7427（2011）03-0158-02

2011-01-11

作者張哲系沈陽廣播電視大學(xué)工程師。