基于VMware云平臺在數據中心的應用

高遵富

[摘 要] 本文論述了虛擬服務器環境建立的必要性和先進性，介紹了虛擬化技術的概念和基礎架構，并闡述了企業區域數據中心引入VMware虛擬化技術構架對現有的硬件設備進行虛擬化及資源整合的實例和應用效果，為虛擬化技術的進一步應用，提供了理論依據和實踐經驗。

[關鍵詞] 云平臺；服務器虛擬化；VMware

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 12. 059

[中圖分類號] TP368.5 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）12- 0094- 03

石油企業信息化起步較早，發展較快，為油田利用信息技術改造傳統管理模式，提升油田經濟效益發揮了較大的作用。但是，由于石油企業信息化工作起步較早，在長期的生產實踐過程中，企業先后建立了為數較多的、規模較小的，為企業用戶提供IT服務的企業機房。隨著信息技術的發展，為了打破以往各應用系統相對獨立的部署格局，更加合理高效地利用有限的信息技術資源，構建協同一體化的、表單交付式的信息化應用環境，已成為企業發展的必然需求。

企業區域數據中心通過采用先進的 VMware虛擬化技術構架構建高可用性集群，可以有效地實現服務器的集中和系統的整合，提高信息系統的可用性、可靠性，以及硬件資源的利用率，降低企業成本。

1 數據中心服務器虛擬化的提出

一般情況下，數據中心在發展和運行過程中，常會存在如下問題：

（1）服務器硬件資源的利用率。通常情況下，服務器硬件的采購往往會超過應用系統對服務器硬件的需求水平，同時，單一應用系統又很難充分地利用服務器硬件系統資源，從而造成服務器硬件資源的浪費。

（2）應用系統的安全冗余度。當硬件系統開展故障維護、系統升級或者擴容時，常常需要進行停機操作，從而造成應用系統的中斷，影響業務應用系統的正常使用及業務工作的開展。

（3）服務器的傳統部署模式。在傳統方式下，服務器的上線部署周期長、架構復雜并相互獨立，不能實現服務器資源在不同企業應用之間的分配。

（4）機房的物理條件。隨著企業信息化建設的發展，機房的物理條件將會面臨巨大挑戰，電源容量、制冷、布線等諸多環境設施要求不能滿足實際需要的壓力會越來越大。

VMware虛擬化技術的發展使上述問題得以較好的解決。VMware虛擬化技術能夠把服務器等硬件資源集中起來形成資源池，根據實際應用需求動態地為各個用戶分配和調整所需的資源。這種虛擬化管理既可以使IT基礎架構得以簡化，又使得IT系統的安全性、穩定性達到更高；既可以提高服務器資源的使用率，同時又降低數據中心在設備更新、擴增、維護，以及能源消耗和機房空間占用等方面的成本。

2 VMware虛擬化架構及功能

VMware虛擬化技術[1]是將一個完整的X86服務器（包括驅動程序、操作系統、應用程序及配置）封裝成虛擬機，移植到VMware ESXi server平臺上，VMware ESXi服務器傳輸物理系統到邏輯資源池，虛擬構架提供負載隔離，系統和應用程序被分離在包含多虛擬機的單一物理服務器上。系統資源按需動態地分配到任何操作系統上，提供大型機的性能和服務器資源控制。 VMware ESXi服務器通過在安全便捷的虛擬機上執行分區和分割服務器資源來簡化服務器的基礎構架，確保服務器資源能被遠程管理，自動預制和標準化，實現在一臺物理服務器上獨立運行多個操作系統和應用的功能。

2.1 VMware虛擬化架構

VMware高可用性集群不間斷地監控資源池中的所有服務器并檢測服務器故障，確保資源池中始終有充足的資源，以便于出現服務器故障時在不同的物理服務器上重啟虛擬機。虛擬機的群集文件系統為ESXiServer實例提供了對同一組虛擬機文件的并行讀寫訪問能力，也使虛擬機的重啟成為可能。通過VCenter可以方便地為資源池配置VMware高可用性集群。VMware的高可用性集群系統架構[2-3]如圖1所示。

VMware的高可用性集群系統架構主要包括：

（1）VMware ESXi Server，用于虛擬化服務器、存儲和網絡的平臺；

（2）VMware VMFS，用于存儲虛擬化的高性能群集文件系統；

（3）VMware Virtual SMP，為虛擬機提供多處理器支持；

（4）VMware Virtual Center，為IT基礎架構提供集中化管理、操作自動化和優化；

（5）VMware HA，為虛擬機提供經濟高效的高可用性；

（6）VMware DRS，為虛擬機提供動態平衡和資源分配；

（7）VMware VMotion，實現虛擬機實時遷移且服務不中斷；

（8）VMware Consolidated Backup，用于虛擬機的集中式備份軟件。

2.2 VMware功能

2.2.1 系統動態遷移

虛擬機通過VMware ESXi server運行在各個服務器上，借助VMotion可以在不中斷業務的情況下，將運行中的虛擬機（包括驅動程序、操作系統、應用程序及配置）從一臺物理服務器遷移到另一臺物理服務器上，從而實現更高效的資源分配。VMotion通過移動虛擬機，實現零宕機時間的維護行為，使企業無需調配停機時間或中斷業務操作，就可以完成對內部硬件和存儲的維護。

2.2.2 資源動態分配

VMwareESXi將標準服務器（處理器、內存、存儲以及附加網絡）虛擬化，并聚合為可根據需要分配給虛擬機的邏輯資源池。 VMwareDRS（Distributed Resource Scheduler）是一種分布式服務，可跨越多個邏輯資源池，具有動態分配和平衡計算能力，并且根據業務需要和優先級的資源分配規則，在虛擬機之間以智能方式分配可用資源。

2.2.3 高可用性保障

VMware HA （High Availability）為所有在虛擬機中運行的應用程序提供便于使用、經濟高效的高可用性。當服務器發生故障時，受影響的虛擬機將在留有備用容量的其他服務器上自動重啟。VMware HA將停機時間和服務中斷減至最低，同時不需要專門的備用硬件或安裝附加軟件。VMware HA不會局限于某一操作系統或特定的應用程序故障切換，在整個虛擬化環境中提供始終如一的高可用性。

2.2.4 VMware快照

VMware中的快照是對VMDK在某個時間點的“拷貝”，這個“拷貝”并不是對VMDK文件的復制，而是保持磁盤文件和系統內存在該時間點的狀態，以便在出現故障后虛擬機能夠恢復到該時間點。如果對某個虛擬機創建了多個快照，那么就可以有多個可恢復的時間點。

3 VMware虛擬化云計算平臺在區域數據中心的應用

區域數據中心建設是一個涉及面廣，技術復雜的龐大的系統工程，它以區域為中心，在充分調研機房現狀和應用系統的基礎上，建立基于VMware虛擬化技術的云計算平臺，對機房逐步實施整合，形成統一的數據中心。

3.1 云平臺架構部署

根據區域數據中心的建設目標，在對現有機房軟、硬件系統現狀調研和實際需求分析的基礎上，區域數據中心從硬件和軟件兩個方面進行云計算系統的部署。區域數據中心VMware 云平臺系統架構如圖2所示。

在硬件方面，區域數據中心云平臺采用64臺服務器，服務器上安裝配置VMware公司提供的VMware ESXi虛擬化軟件，每8臺服務器為一組搭建為一個高性能服務器群集，這樣就形成8個高性能服務器群集。

同時，為了實現數據的集中存儲和備份，充分利用VMware中虛擬機可動態在線地從一臺物理服務器遷移到另一臺物理服務器上的特性，區域數據中心還配置了虛擬存儲設備，與冗余的光纖交換機一起組成了標準的SAN集中存儲架構。通過共享的SAN存儲架構，可以最大化地發揮虛擬架構的優勢，實時遷移正用的虛擬機，實現動態的資源管理和基于虛擬機快照技術的集中整合備份等。

在單個物理服務器上生成多個虛擬服務器，而每一個虛擬服務器，從功能、性能和操作方式上，等同于或超過傳統的單臺物理服務器；在每個虛擬服務器上安裝配置基于X86架構的操作系統（如：Windows操作系統或Linux操作系統），進而再將實際應用中需要整合的服務器和系統移植到虛擬機上來，這樣以前的每個物理服務器就變成多個VMware ESXi服務器上的虛擬機，從而大大提高了資源利用率，降低了資源成本，增強了系統的可用性，較好地實現了服務器的整合。

在軟件方面，區域數據中心使用虛擬機作為Virtual Center服務器，Virtual Center安裝在Windows Server 2008操作系統上。Virtual Center是VMware虛擬基礎架構管理軟件，它通過安全用戶界面集中管理系統環境，能夠對區域數據中心所管理的虛擬服務器提供集中控制，并簡化日常 IT 操作，使虛擬機環境易于控制和管理。通過 Virtual Center，區域數據中心可以快速部署虛擬機，并監視物理服務器和虛擬機的各項性能。

3.2 服務器虛擬化應用效果

3.2.1 系統和數據安全得到保障

從安全方面來講，服務器虛擬化的實施可以整合油田公司的系統和數據，淘汰掉大量的老舊設備，從而使因設備老化造成數據丟失或被盜的風險基本上得以消除；同時，通過構建強大的集中存儲架構并利用虛擬快照技術也大大地增加了企業的容災備份和恢復能力。

3.2.2 降低能源消耗與成本

通過虛擬技術對服務器系統進行優化整合之后，企業大大減少了設備的投入；同時借助VMware的動態系統管理功能，在系統應用空閑時可以較大程度地減少服務器的使用數量，因而可以大幅降低數據中心的能源消耗及二氧化碳的排放量，達到節能減排的目的。

3.2.3 提高資源利用率

虛擬化平臺實現了服務器設備、存儲設備、網絡設備等多方面的資源集中整合，整合比達到1 ∶ 4，在降低設備閑置率的同時，較大地提高了設備的利用率。

3.2.4 縮短新系統的部署時間

在實際工作中，各單位和部門常常需要根據業務發展的需要，開發和部署各類應用系統來管理實際業務。過去新系統的部署一般都要經過軟件開發與調試、服務器設備采購與調試、系統安裝等相關流程，周期較長，影響業務的發展。而云平臺的實施則可以解決這一問題，它能按需求表單快速地響應用戶的需求，為企業提供快捷、穩定的系統環境。

主要參考文獻

[1]韓寓.服務器虛擬化技術研究與分析[J].電腦知識和技術，2011，7（7）：1654-1655.

[2]VMware Inc. Choosing and Installing Guest Operating Systems 1998 - 2007[EB/OL].http：//www. vmware.com/support，2007 - 11 - 05.

[3]VMware Inc. The VMware Workstation Users Manual[EB/OL].http：//www. vmware. com/support，2007-11-07.