面向國(guó)土信息化部門的服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用研究

曾勇軍

摘 要：在信息化迅速發(fā)展的今天，企業(yè)的信息化應(yīng)用范圍快速擴(kuò)大，不斷增加的服務(wù)器設(shè)備雖然能較好的支撐應(yīng)用，但也導(dǎo)致服務(wù)器系統(tǒng)面臨管理復(fù)雜、資源利用率低、靈活性和可靠性降低等問題。利用虛擬化技術(shù)可將多種應(yīng)用進(jìn)行整合，不僅可以提高服務(wù)器的使用效率，降低運(yùn)行成本，而且可以簡(jiǎn)化服務(wù)器管理模式，提高數(shù)據(jù)中心的管理與服務(wù)保障水平。

關(guān)鍵詞：虛擬化；數(shù)據(jù)中心；VMware

0 引言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，國(guó)有中型企業(yè)信息化建設(shè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，越來越多的企業(yè)已部署了一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，建立了OA系統(tǒng)、檔案系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、DNC系統(tǒng)、車間生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等管理服務(wù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)，工程分析與仿真（CAE）系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)、電子設(shè)計(jì)等軟硬件平臺(tái)。企業(yè)信息化建設(shè)水平的不斷提高，對(duì)日常辦公、科研、生產(chǎn)的影響越來越大，同時(shí)，服務(wù)器虛擬化技術(shù)在國(guó)土信息化部門當(dāng)中的作用也越來越大，要求越來越高，影響越來越深。因此，服務(wù)器虛擬化技術(shù)在國(guó)土信息化部門中的應(yīng)用研究也顯得尤為重要。

1 當(dāng)前國(guó)土部門信息中心普遍現(xiàn)狀

目前數(shù)據(jù)中心基本上具備以下特點(diǎn)：

（1）應(yīng)用種類多，系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，對(duì)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的類型、版本要求各不相同，對(duì)應(yīng)用技術(shù)的投入也各不相同；

（2）服務(wù)器硬件由網(wǎng)絡(luò)中心管理，應(yīng)用系統(tǒng)由各相關(guān)職能部門負(fù)責(zé)管理和維護(hù)，職責(zé)分工較為明確，各相關(guān)部門使用情況也不同；

（3）部分應(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中對(duì)應(yīng)著一臺(tái)物理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)物理服務(wù)器管理多項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)；

（4）部分應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行負(fù)荷較輕，服務(wù)器資源未得到充分利用，造成了一定的資源浪費(fèi)。

伴隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴(kuò)大和應(yīng)用的不斷增多，信息化的應(yīng)用需要部署大量的服務(wù)器作為硬件支撐平臺(tái)。上述特點(diǎn)對(duì)企業(yè)目前的數(shù)據(jù)中心形成了以下問題：

（1）維護(hù)量大，管理水平偏低

因?yàn)椴糠謶?yīng)用服務(wù)器運(yùn)行負(fù)荷較輕，服務(wù)器資源未得到充分利用，造成了一定的資源浪費(fèi)，所以快速增長(zhǎng)的應(yīng)用使得服務(wù)器的數(shù)目不斷上升，機(jī)房中堆滿了不同時(shí)期采購(gòu)的不同的基礎(chǔ)設(shè)施，這樣導(dǎo)致了硬件投入越來越大；系統(tǒng)狀況、兼容性越來越復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，對(duì)今后信息化建設(shè)帶來阻礙。目前主要以手工管理為主，維護(hù)的工作量逐步加大，而且效率低下、維護(hù)困難。

（2）故障率發(fā)生率偏高，服務(wù)保障水平較低

由于部分應(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中對(duì)應(yīng)著一臺(tái)物理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)物理服務(wù)器管理多項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)，故目前各種應(yīng)用大都采用獨(dú)立服務(wù)器的方式進(jìn)行部署，故障點(diǎn)比較多，一旦服務(wù)器出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致多項(xiàng)應(yīng)用癱瘓。系統(tǒng)管理員疲于安裝服務(wù)器操作系統(tǒng)、更換硬件、應(yīng)用軟件升級(jí)、病毒查殺、系統(tǒng)漏洞掃描等這些維護(hù)操作，系統(tǒng)恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間。有些時(shí)候嚴(yán)重影響了辦公、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

（3）資源分配不合理，利用率較低

由于應(yīng)用種類多，系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，對(duì)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的類型、版本要求各不相同，對(duì)應(yīng)用技術(shù)的投入也各不相同，造成資源分配不合理，使得快速發(fā)展的各類應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源十分緊張。部分應(yīng)用如OA、郵件系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、各種基本的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用等均對(duì)現(xiàn)有硬件資源產(chǎn)生了巨大的壓力。但同時(shí)一些獨(dú)立服務(wù)器的利用率不高，平均在15%-20%左右。這些利用率低的服務(wù)器無法參與其他系統(tǒng)，造成資源閑置浪費(fèi)，不僅占據(jù)了機(jī)房空間，而且增加了電力供應(yīng)和制冷的能源消耗。

（4）數(shù)據(jù)備份困難

應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，不同的硬件平臺(tái)與操作系統(tǒng)給系統(tǒng)備份與快速恢復(fù)帶來了困難。管理員難以對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)備份，不能快速恢復(fù)軟件系統(tǒng)。

如何解決上述問題成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運(yùn)行中重點(diǎn)考慮的因素。將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到中型企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，特別是國(guó)土信息化部門的信息建設(shè)中，可較好地解決當(dāng)前數(shù)據(jù)中心面臨的一系列問題，為數(shù)據(jù)中心服務(wù)器部署提供了一種新的解決方案。

2 基于VMware架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化是一種從邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，是物理實(shí)際的邏輯抽象。使用虛擬技術(shù)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以看做是多臺(tái)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)都有其各自的CPU、內(nèi)存、硬盤等物理資源。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軟件跟硬件的分離，讓資源的使用方式更具效率。用戶不需要考慮后臺(tái)的具體硬件實(shí)現(xiàn)，而只需在虛擬層環(huán)境上運(yùn)行自己的系統(tǒng)和軟件。

與VMware Workstation之類的應(yīng)用不一樣，虛擬化技術(shù)從技術(shù)上是一次大的飛躍，對(duì)減少軟件虛擬機(jī)的開銷與支撐更廣泛的操作系統(tǒng)具有重要作用。虛擬化技術(shù)是一套解決方案。完整的情況需要CPU、主板芯片組、BIOS和軟件的支持。即使只是CPU支持虛擬化技術(shù)，在配合VMM的軟件情況下，也會(huì)比完全不支持虛擬化技術(shù)的系統(tǒng)有更好的性能。

2.2 虛擬化軟件平臺(tái)

目前，服務(wù)器廣泛應(yīng)用的兩種虛擬化技術(shù)分別是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。即以EMC公司的VMware和Microsoft公司的Virtual Server為代表的完全虛擬化，和以SWsoft公司的Virutozzo和oracle公司的SolarisContainer采用了操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)。其中VMware是目前服務(wù)器完全虛擬化的主流應(yīng)用技術(shù)，它利用ESX Server直接構(gòu)建于硬件層之上，將處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)和一些I/O設(shè)備資源抽象到多個(gè)虛擬機(jī)中。這些虛擬機(jī)間相對(duì)獨(dú)立，各自擁有虛擬資源，每個(gè)虛擬機(jī)再在這些抽象的資源上運(yùn)行自己不同的OS和應(yīng)用程序，支持不同32位與64位的OS。這不但提供軟件解決方案，而且提供一定的硬件解決方案。因此，ESX Server是目前中型企業(yè)數(shù)據(jù)中心的較佳虛擬化應(yīng)用平臺(tái)。

2.3 虛擬化管理特點(diǎn)

（1） 改善資源分配，提高資源利用率

利用虛擬化技術(shù)，數(shù)據(jù)中心可以按照不同業(yè)務(wù)所需資源的不同，動(dòng)態(tài)地對(duì)物理服務(wù)器進(jìn)行虛擬分區(qū)，提供最合適的虛擬環(huán)境，極大地提高了每臺(tái)服務(wù)器的利用率，也使得資源分配更加合理。

（2） 資源整合管理，提高服務(wù)保障水平

服務(wù)器整合改變了基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜的現(xiàn)狀，管理人員可對(duì)多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行集中管理。靈活的集中管理模式使管理員從簡(jiǎn)單機(jī)械的重復(fù)操作中解脫出來，極大地降低了管理工作量。VMware Server提供了基于IP地址的虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理功能，系統(tǒng)管理員可在任何地方通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行管理與監(jiān)控。通過直觀的Web管理界面管理員可遠(yuǎn)程開關(guān)重啟動(dòng)每個(gè)虛擬機(jī)，觀察宿主機(jī)與每個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，CPU、內(nèi)存等使用情況，完成新建、導(dǎo)入虛擬機(jī)，改變虛擬機(jī)的硬件配置，調(diào)整虛擬機(jī)參數(shù)，對(duì)運(yùn)行中的虛擬機(jī)進(jìn)行軟件安裝與調(diào)試等工作。

（3） 降低單點(diǎn)故障，增強(qiáng)系統(tǒng)可移植性

服務(wù)器合并后，減少了需要管理的物理服務(wù)器數(shù)量，降低了單點(diǎn)故障率。VMware VMotion可以在服務(wù)器需要維護(hù)升級(jí)時(shí)動(dòng)態(tài)將虛擬機(jī)遷移到其他的物理服務(wù)器。虛擬機(jī)的實(shí)時(shí)遷移可以使數(shù)據(jù)中心在執(zhí)行硬件維護(hù)時(shí)無需調(diào)配停機(jī)時(shí)間及中斷業(yè)務(wù)操作，做到了停物理硬件、不停應(yīng)用。當(dāng)服務(wù)器恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)又會(huì)將部分虛擬機(jī)遷移回來，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，確保所有應(yīng)用服務(wù)全天候正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高了服務(wù)保障水平。

（4） 節(jié)約能源，減少運(yùn)行成本

絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房耗電量較大，運(yùn)用虛擬化技術(shù)將多種業(yè)務(wù)整合到一臺(tái)物理服務(wù)器上后，降低了電力供應(yīng)和制冷的能源消耗，可以節(jié)約大量的用電費(fèi)用。

3 虛擬化管理的實(shí)施建議

數(shù)據(jù)中心實(shí)施虛擬化技術(shù)，需要充分考慮以下幾方面因素：

（1）頂層規(guī)劃，分步實(shí)施

在實(shí)施虛擬化過程中，需要對(duì)現(xiàn)有資源及資源的使用狀態(tài)進(jìn)行充分調(diào)研與論證。要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的資源狀況，制訂系統(tǒng)的實(shí)施規(guī)劃，確定納入虛擬化管理的應(yīng)用服務(wù)資源。要根據(jù)系統(tǒng)資源的不同應(yīng)用類型，制定相應(yīng)的虛擬化策略及資源調(diào)度策略。

①分析各應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)服務(wù)器資源的需求。

②擬整合的物理服務(wù)器數(shù)量。

③虛擬機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)類型。

④采用何種虛擬化技術(shù)以及實(shí)施的軟件費(fèi)用。

（2）制定正確的虛擬化使用范圍

要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況來分析。譬如以下應(yīng)用就不適合使用虛擬化技術(shù)：

①高性能計(jì)算就不適合采用虛擬化技術(shù)，因?yàn)楦咝阅苡?jì)算會(huì)完全利用CPU的資源，其CPU利用率非常高。

②視頻服務(wù)，如企業(yè)中的VOD系統(tǒng)。

③大負(fù)載應(yīng)用需要占用大量的I/O和內(nèi)存資源，一般也不適合同其他應(yīng)用程序共享服務(wù)器硬件。

④對(duì)于重要的應(yīng)用，仍然可以通過雙機(jī)備份的形式來保障應(yīng)用的可靠性。

（3）技術(shù)與管理并重

在實(shí)施虛擬化管理過程中，既涉及如何將物理資源虛擬化的問題，又涉及管理虛擬環(huán)境的問題，這是虛擬化管理的兩個(gè)支撐點(diǎn)。從技術(shù)角度而言，資源虛擬化的技術(shù)方案要具體；從管理角度考慮，虛擬化管理更要規(guī)范。因此，在公司數(shù)據(jù)中心中，既要重視物理環(huán)境的管理，更要重視虛擬環(huán)境的管理。

4 結(jié)束語

國(guó)土部門數(shù)據(jù)信息中心目前正在高速發(fā)展中，結(jié)合對(duì)信息化軟硬件的大量投入，企業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)越來越多，的數(shù)據(jù)中心體系會(huì)越來越大，數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用系統(tǒng)能否長(zhǎng)期、高效、健康的運(yùn)行，數(shù)據(jù)資源能否合理共享，硬件資源能否充分使用，數(shù)據(jù)中心的構(gòu)架和優(yōu)化至關(guān)重要。因此從發(fā)展趨勢(shì)看，公司對(duì)數(shù)據(jù)中心的管理應(yīng)該有更高的要求，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)應(yīng)該向更加智能、更加節(jié)能的方向發(fā)展。

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