構建PC服務器的高效能應用平臺

楊 威

（衢州電力局，浙江 衢州 324000）

1 PC服務器應用平臺存在的主要問題

PC服務器以其性價比高的優勢承擔了供電企業大部分應用業務（如Web，MIS等）的運行任務。隨著PC服務器性能的逐步提高，已在企業信息化建設中逐漸成為主流運行平臺，但是目前PC服務器運行平臺主要存在以下問題：

（1）單點故障的運行風險大。

（2）硬件資源利用率低，不能有效地發揮其優越的性能，且難以在不同服務器平臺之間共享資源，造成資源較大浪費。

（3）可擴展性較差。

（4）重建系統復雜且恢復運行時間較長。

（5）磁盤陣列或網絡存儲在訪問性能、數據管理能力、數據傳輸性能、擴展能力和數據安全性等多個方面存在瓶頸問題。

2 構建PC服務器高效能應用平臺的核心技術

2.1 虛擬架構技術

虛擬架構技術簡單地說就是在1個物理服務器上運行多個虛擬機，這些虛擬機共享底層硬件，從應用的角度來看，每臺虛擬機即是1臺PC服務器，擁有自己的操作系統、內存、網絡、存儲器及CPU等“硬件資源”，可以獨立完成預先定義的工作任務，且彼此互不干擾。

虛擬架構有兩種方式，一種是寄居式架構，是指在物理PC服務器運行平臺的操作系統之上安裝和運行虛擬機。該架構主要用于開發、測試等環境；第二種是裸設備式架構，是指在硬件平臺上直接運行，且所有虛擬機平行運行、統一管理。該架構主要用于提供應用服務器平臺，如Web服務等，因此裸設備式架構較寄居式架構更適合建立高性能PC服務器應用平臺。裸設備式虛擬架構的結構如圖1所示。

圖1 裸設備式虛擬架構

采用虛擬架構技術可以提高PC服務器的資源利用率，降低信息化建設成本，同時還提供了靈活的應用平臺建設和管理機制，為實現高效能應用平臺奠定良好的基礎。

2.2 虛擬存儲技術

虛擬存儲技術就是把多個存儲介質（如硬盤、RAID）通過一定的手段進行集中管理，所有的存儲模塊在1個存儲池（Storage Pool）中統一管理，因而從主機和工作站的角度看到的不是多個存儲介質，而是1個超大容量的存儲介質。

虛擬存儲技術是將虛擬存儲控制設備、存儲軟件管理系統、交換設備以及存儲介質等有序集成為統一整體的存儲技術。按拓撲結構分主要有兩種方式：對稱式虛擬存儲和非對稱式虛擬存儲。兩者的唯一區別就是非對稱式虛擬存儲的控制設備獨立于傳輸路徑以外。由于非對稱式虛擬存儲不能有效使用高速存儲控制的高速緩存，將會影響到整個虛擬存儲的性能，因此不考慮使用非對稱式虛擬存儲結構來實現PC服務器高可用性平臺。

對稱式虛擬存儲提供了高性能的數據傳輸和磁盤高速訪問，同時具有良好的擴展性和兼容性，因此采用對稱式虛擬存儲技術是PC服務器實現高可用性應用平臺的重要的基礎結構。對稱式虛擬存儲的結構如圖2所示。

圖2 對稱式虛擬存儲結構

3 高效能PC服務應用平臺架構設計

高效能PC服務器應用平臺由多臺物理PC服務器（可以根據面向用戶數、企業規模、PC服務器性能等綜合指標來確定物理PC服務器數量）組成的 1個冗余虛擬架構和1組高性能、可靠性好、可擴展性佳的存儲體搭建而成。通過虛擬架構技術對物理PC服務器進行虛擬化配置和規劃，并通過高速存儲控制設備對存儲池中的數據進行有序、安全、高速存取控制。

VMware是虛擬服務器技術的典型代表，不僅具有完美的PC服務器虛擬化功能，如使用其自帶的P2V Assistant工具可輕松地將物理服務器及應用通過快照技術迅速遷移到虛擬機上，同時還提供了強大的功能模塊，以幫助用戶建立和管理虛擬機運行環境。因此本次構建高可用性PC服務器應用平臺選用VMware虛擬服務器并設計成裸設備虛擬結構，詳細結構如圖3所示。

4 高效能應用平臺的實現方法

本文從VMware虛擬架構層和光纖SAN應用系統層入手，介紹高效能應用平臺的具體實現。

4.1 VMware虛擬架構層

4.1.1 物理PC服務器群集

在VMware虛擬架構硬件基礎上，首先使PC服務器之間實現群集關系，在物理上實現多機冗余以保障PC服務器平臺的硬件容錯能力，降低單點故障的風險，同時為負載均衡實現高性能應用提供了有力的硬件支持。使用VMware技術可以實現異地容災，但需要考慮的是必須解決鏈路通道的帶寬問題。

圖3 高效能PC服務應用平臺結構

4.1.2 虛擬機的群集和負載均衡

將物理PC服務器虛擬成若干虛擬機，并使各物理PC服務器上的虛擬機之間建立群集，這將提供兩方面的好處：其一是使虛擬機在物理上得到冗余；其二是在有任務負載時，VMware可通過分布式資源調度程序（DRS）在物理PC服務器之間均衡負載。

具體實現方法是采用VMware服務器中的VMotion技術，該技術可迅速地將某一虛擬機切換到另一虛擬環境上繼續運行，即解決冗余又可實現負載均衡。理論上，VMotion技術可實現零中斷遷移，因此該功能在集群環境下的PC服務器對計劃內PC服務器的維護和非計劃性故障處理中均具有重要的意義。

4.1.3 統一管理的實現

在VirtualCenter虛擬中心可以方便地管理VMware服務器及其所有虛擬機的運行，并且提供強大的訪問控制，以確保虛擬環境中各獨立應用及數據的絕對安全，從而極大提高了管理員的工作效率和PC服務器應用平臺的可用性。

4.1.4 雙冗余光纖接口

使用雙冗余光纖接口，不僅解決數據傳輸的瓶頸，而且可使虛擬PC服務器實現高性能的容錯，提高可用性。

4.2 光纖SAN應用系統層

光纖SAN應用系統是高可用性PC服務器應用平臺設計的關鍵內容之一，其性能的優劣直接關系到高可用性PC服務器應用平臺的性能指標，因此光纖SAN應用系統結構的設計與實現非常重要。

4.2.1 SAN光纖交換機層

使用SAN光纖交換機冗余結構，一方面解決數據傳輸的瓶頸，另一方面保證光纖鏈路有較高的連通性，并提供較好的容錯能力，降低單點故障的風險。同時SAN光纖交換機為高可用性PC服務器應用平臺和其它高級應用（如虛擬磁帶庫、異地備份等）提供了強大的擴展能力。

4.2.2 高速存儲控制設備層

高速存儲控制設備是虛擬存儲管理的核心設備，其作用體現在以下方面：

（1）使用雙冗余結構降低高速存儲控制設備的單點故障風險，提高并行數據處理能力以解決數據傳輸瓶頸。

（2）通過高速存儲控制設備內嵌的管理軟件，對存儲池中的物理介質進行有效管理。根據虛擬機實際需要，規劃或調整邏輯存儲單元（簡稱LUN），并將LUN映射到虛擬機，即當虛擬主機向磁盤寫數據時，實際上是將數據寫入高速存儲控制設備指定的LUN中。

（3）高速存儲控制管理軟件具有強大的安全控制能力，確保劃分的LUN不被未授權的虛擬機使用，同時也提高了系統的安全性和可靠性。

4.2.3 高速緩存層

數據存入高速存儲控制設備時，先寫入高速緩存，再由高速緩存將數據寫入到指定LUN對應的物理存儲介質上，顯然高速緩存能夠顯著提高虛擬存儲的數據處理能力。為確保整個應用平臺的效能和經濟性，在劃分高速緩存層時應綜合考慮應用系統性質、數據交換頻率、通信數據容量以及分配的內存空間等因素。

4.2.4 存儲池層

存儲池層將存儲介質有機地組織在一起，從而實現海量存儲體。存儲池使用RAID技術后不僅具有較好的I/O吞吐性能，且具有一定的容錯能力（RAID0除外）。目前很多PC服務器采用性價比高、安全性好的RAID5技術，將多個存儲介質組合在一起。RAID5技術支持當有1塊磁盤數據損壞后可利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息快速恢復損壞存儲介質的數據，從而達到冗余保護目的。現在的 RAID7（全稱為Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates，最優化的異步高I/O速率和高數據傳輸率）自帶微操作系統和管理工具，大大改善了I/O性能。和其他RAID技術相比，RAID7表現出優越的數據存儲能力，但價格也非常昂貴，企業可根據需要定制適合自身的RAID技術，但要注意選購的高速存儲控制設備是否支持設計采用的RAID技術。

4.2.5 Hotspare池

Hotspare池給存儲池提供了熱備用的存儲介質，當存儲池中有存儲介質故障時，Hotspare池就會為其分配1塊存儲介質，該存儲介質會在通過存儲管理系統重建數據后立即投入應用且不中斷應用業務。顯然存儲介質Hotspare池為存儲池增加了一道堅強的容錯保障，極大提高了存儲池介質的安全性。

4.2.6 保護裝置

保護裝置主要實現冗余電池供電保護。一方面是在突然斷電情況下保證緩存區中的數據能夠回寫到存儲介質中而不發生數據丟失；另一方面，可防止存儲介質在失電后因磁頭劃傷盤片而導致數據丟失。該功能模塊進一步保障了PC服務器應用平臺的高可靠性。

4.2.7 存儲池擴展口

存儲池擴展為提供更大容量的存儲池提供擴展接口，用戶可根據需要追加存儲介質以適應信息化發展和規劃的需求，當然關鍵是其擴展規模應滿足高速存儲控制設備相關的技術參數要求。

虛擬存儲不僅可用于確保虛擬機LUN的配置和擴展應用，還可用來實現虛擬磁帶庫。

要保障虛擬存儲中的數據，除采用上述技術外，還需要磁帶備份和異地存儲技術備份，以進一步確保虛擬存儲數據的安全性。該系統架構提供了接口，既可以通過SAN網絡完成數據備份，也支持iSCSI存儲技術實現網絡異地備份。

5 結語

基于PC服務器、利用VMware虛擬架構和SAN虛擬化存儲技術構建的高效能應用平臺，較好地解決了PC服務器的可靠性和安全性問題，提高PC服務器的處理能力和性能，極大降低了企業信息化建設和運行維護成本，近兩年來已在國內外各類企業中迅速普及與應用。隨著PC服務器性能的不斷提升，虛擬化技術日臻成熟，必將掀起新一輪信息技術革命的高潮。

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[3]劉磊，柴世芬.負載均衡技術－虛擬服務器方案探討[J].阜陽師范學院學報（自然科學版），2006，23（2）:61-64.