服務器虛擬化技術在江蘇省生態環境監控系統中的應用

寇曉芳，殷 祥

（1.江蘇省生態環境監控中心，江蘇南京 210036；2.江蘇潤和軟件股份有限公司，江蘇南京 210000）

近年來，隨著江蘇省環保信息化建設的不斷深入和信息業務的不斷發展，應用系統服務器的數量越來越多，對空間、電力等機房環境的資源消耗不斷提升（包括空間、機柜、耗電量、冷氣空調等），同時大量的服務器資源利用率較低，造成了資源的閑置。隨著服務器數量的增長，隨之而來的管理難度也在增加，服務器安裝配置越來越多，系統災難恢復和數據備份方案變得越來越復雜。

1 服務器管理面臨的問題

江蘇省生態環境監控中心負責省環保廳機房大量服務器的運維和管理，這些服務器硬件型號和系統配置各異，部署的業務系統大不相同，分布的物理位置也有所分散。目前，在服務器的管理上面臨以下幾點主要問題。

1.1 機房空間緊張

隨著服務器數量的增加，供電需求也大大增加，機房的供電線路升級改造已無法滿足快速增加的能量消耗。同時，由于受供電、散熱和線路走向等因素的制約而導致機架布局不合理，布線密度加大，使得機房空間嚴重不足。

1.2 管理維護水平低

采用獨立服務器的方式進行部署，需要投入大量的人力、物力為每一臺物理服務器進行維護，一旦出現問題就會導致應用癱瘓。

1.3 資源利用率不高

多數服務器利用率只有25%左右，而這些服務器卻占用了大量的機房空間和運行支撐資源。

1.4 數據備份困難

在江蘇省生態環境監控系統中，應用環境復雜，不同的硬件平臺與操作系統給系統備份和快速恢復帶來了困難，管理員難以對不同的系統進行統一的備份管理和快速恢復。

如何合理利用現有的服務器資源，充分提高服務器的利用率，加快應用部署的速度，提供高可靠性、高可用性的應用服務，是江蘇省生態環境監控系統建設中亟待解決的問題。

2 服務器虛擬化技術

服務器虛擬化（Server Virtualization）是指將服務器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務器，讓CPU、內存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡化系統管理，實現服務器整合。將物理機器、操作系統及其應用程序“打包”成為一個文件，稱之為虛擬機（Virtual Machine），虛擬機又稱為虛擬機監控器。虛擬機監控器的核心功能就是截獲軟件對硬件接口調用，并重新解釋為對虛擬硬件的訪問。虛擬機可以看作是一個獨立運行的計算機系統，包括操作系統、應用程序和系統當前的運行狀態等。通過服務器虛擬化技術，一臺機器可以支持Windows、Linux、Unix等不同操作系統的同時運行，而不需要重啟機器來切換操作系統，即允許不同操作系統的多個虛擬機在一臺物理服務器上獨立并行。

3 Windows Server 2012內置的Hyper-V技術

Windows Server 2012提供了基于硬件的虛擬機架構，這種硬件架構的效率比基于軟件的VMware要更高，Hyper-V是一個Hypervisor(系統管理程序)，它的主要作用就是管理、調度虛擬機的創建和運行，并提供硬件資源的虛擬化。

Hyper-V引入一個全新的虛擬交換機，它可以在不同的宿主服務器上跨虛擬機支持Windows網絡負載均衡。此外，對運行著的虛擬機Hyper-V能夠生成多個快照，并且具備返回到已保存的任意快照的能力。

Hyper-V的3個主要的組成部分是虛擬機管理器、虛擬化堆棧和新的虛擬I/O模型。Windows虛擬機管理器主要用來創建不同的分區，每一個虛擬化實例代碼都會在各自的分區內運行。虛擬化堆棧和I/O模型用于提供與Windows自身以及所創建的各種分區之間的交互。這3個組成部分之間相互協調工作。Hyper-V中的服務器帶有配備Intel VT或AMD-V輔助技術的處理機，Hyper-V使用這個服務器與虛擬機管理器進行交互。虛擬機管理器使得主機操作系統可以在單一物理處理機上運行來有效地管理多個虛擬機及多個虛擬操作系統。

由于不需要安裝第三方軟件，其兼容性非常好，伴隨著有效的進程管理，可以向提供虛擬化服務的機器中熱添加資源，從處理機到內存，從網卡到附加存儲媒介，可以將所有這些設備添加到Hyper-V中，而不需要停止任何其它服務，也不需要中斷用戶的會話。基于上述分析，本文采用Hyper-V技術來進行江蘇省生態環境監控系統的虛擬化部署。

4 服務器的虛擬化部署

江蘇省生態環境監控系統的建設中，大量應用需要服務器進行部署。購置新服務器，機房在供電能力和空間上都不滿足要求，而現有6臺刀片服務器，每臺服務器上資源占用不到25%，造成大量的服務器資源浪費，為此在實施的過程中采用了虛擬化技術對服務器進行虛擬化部署，實施步驟包括以下幾點。

4.1 系統資源規劃

首先需要對即將部署的6臺刀片服務器的硬件使用情況進行規劃，包括CPU、內存、磁盤大小及利用率等。確定每臺虛擬機的資源需求，再匯總出總的硬件資源需求，從而確定需要多少臺物理服務器才能滿足這些需求。

4.2 原系統備份

通過服務器系統備份軟件XenConvert，將原有的物理服務器的各磁盤備份為*.vhd。

4.3 虛擬環境搭建

在物理服務器上Windows Server 2012并啟用Hyper-V3.0。

4.4 原系統遷移

按規劃的配置需求在Hyper-V上創建虛擬機，并配置CPU、內存、網絡，再掛接原先系統備份的*.vhd文件。

4.5 新系統搭建

創建虛擬機，然后安裝相應的應用軟件。

4.6 測試與性能調整

部署完成后，要對虛擬環境的性能進行監控，不斷調整資源的使用，進行性能優化，保證每臺虛擬機的可靠、高效運行。

5 虛擬機的數據備份

虛擬機備份是運維過程中必備的環節，因為軟件系統和設備損壞后可以重新購置安裝，但業務數據無法再生。虛擬機的數據備份主要有以下幾種方式。

5.1 虛擬機實例的聯機備份

為保證在業務系統不中斷的情況下完成備份工作，Hyper-V可與Windows Server 2012中的VSS進行交互，以允許對正在運行的虛擬機進行備份。

5.2 備份文件遠程復制

Hyper-V通過DPM實現虛擬機的遠程災備，DPM使用Integration Services Hyper-V VSS使得 DPM備份數據而無需暫停或中斷用戶連接。DPM也可備份群集，并且支持VMM的快速遷移。

5.3 虛擬機快照

Hyper-V可與Microsoft Volume Shadow Copy服務相集成，使管理員能夠創建正在運行的虛擬機的時間點（point-in-time）快照，這在備份與災難恢復的情況下非常有用。此外，當管理員需要實施復雜或高風險的配置更改時也極為有用，因為一旦出現問題，他們可以選擇回滾更改。在管理員創建虛擬機的快照時，Hyper-V可在拍攝快照之前確保虛擬機處于一致的狀態。

在江蘇省生態環境監控系統中，虛擬化平臺上運行的都是比較關鍵和重要的業務應用，因此采用分鐘到數小時或立即實時的恢復目標，提供了兩種災備方案：（1）分鐘到數小時。使用DPM服務器在遠程災備站點不間斷地創建實施VM備份，當生產環境發生意外時，通過DPM進行虛機還原，使遠程災備站點發揮作用。（2）立即實時。使用跨地理位置的Windows Server 2012故障轉移群集實現近乎實時的災難恢復。

6 服務器虛擬化的優勢

將虛擬化技術應用到服務器管理中，可以整合服務器資源，提高服務器的利用率，消除服務器管理的混亂局面，極大縮短系統安裝配置的時間，提高環保信息化建設的水平。

結果表明，虛擬化的應用使得服務器的利用率提高了30%～50%，服務器的性能得到了充分發揮，并減少了物理服務器的數量，節省了設備經費。

服務器虛擬化極大地提高了系統的可擴展性。原始服務器的性能受到物理設備的限制，其性能都是固定的，需要更換硬件來擴充其性能。虛擬機可以根據宿主機的設備性能來設置虛擬系統的各項性能指標，因此只要宿主機性能允許，虛擬服務器可以充分的擴展自身的性能。

虛擬系統的性能擴展根據實際的需要來設定，通過添加CPU、內存、硬盤對原來的物理器進行擴容，虛擬服務器的整體運行性能比原有的服務器更加高效。

實踐證明虛擬服務器比原有的系統在使用部署和設備性能方面擁有更高的擴展性。

7 結語

本文討論了服務器虛擬化技術在江蘇省生態環境監控系統中的應用，虛擬化服務器與機架式服務器相比，在資源利用、災備、可擴展性方面有著顯著的優勢。服務器虛擬化技術的應用能節約機房大量資源，提高維護管理水平并降低建設成本，在政府信息化建設中值得大力推廣使用。

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