面向國土信息化部門的服務器虛擬化技術應用研究

曾勇軍

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

關鍵詞：虛擬化；數(shù)據(jù)中心；VMware

0 引言

隨著信息技術的高速發(fā)展，國有中型企業(yè)信息化建設取得了長足的進步。目前，越來越多的企業(yè)已部署了一定規(guī)模的網(wǎng)絡應用，建立了OA系統(tǒng)、檔案系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、DNC系統(tǒng)、車間生產管理、財務系統(tǒng)等管理服務、計算機輔助設計（CAD）系統(tǒng)，工程分析與仿真（CAE）系統(tǒng)、計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）系統(tǒng)以及計算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)、電子設計等軟硬件平臺。企業(yè)信息化建設水平的不斷提高，對日常辦公、科研、生產的影響越來越大，同時，服務器虛擬化技術在國土信息化部門當中的作用也越來越大，要求越來越高，影響越來越深。因此，服務器虛擬化技術在國土信息化部門中的應用研究也顯得尤為重要。

1 當前國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：

（1）應用種類多，系統(tǒng)環(huán)境復雜，對操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的類型、版本要求各不相同，對應用技術的投入也各不相同；

（2）服務器硬件由網(wǎng)絡中心管理，應用系統(tǒng)由各相關職能部門負責管理和維護，職責分工較為明確，各相關部門使用情況也不同；

（3）部分應用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中對應著一臺物理服務器，實現(xiàn)了一臺物理服務器管理多項應用系統(tǒng)；

（4）部分應用服務器運行負荷較輕，服務器資源未得到充分利用，造成了一定的資源浪費。

伴隨著網(wǎng)絡規(guī)模的日益擴大和應用的不斷增多，信息化的應用需要部署大量的服務器作為硬件支撐平臺。上述特點對企業(yè)目前的數(shù)據(jù)中心形成了以下問題：

（1）維護量大，管理水平偏低

因為部分應用服務器運行負荷較輕，服務器資源未得到充分利用，造成了一定的資源浪費，所以快速增長的應用使得服務器的數(shù)目不斷上升，機房中堆滿了不同時期采購的不同的基礎設施，這樣導致了硬件投入越來越大；系統(tǒng)狀況、兼容性越來越復雜，很難實現(xiàn)自動化管理，對今后信息化建設帶來阻礙。目前主要以手工管理為主，維護的工作量逐步加大，而且效率低下、維護困難。

（2）故障率發(fā)生率偏高，服務保障水平較低

由于部分應用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中對應著一臺物理服務器，實現(xiàn)了一臺物理服務器管理多項應用系統(tǒng)，故目前各種應用大都采用獨立服務器的方式進行部署，故障點比較多，一旦服務器出現(xiàn)問題就會導致多項應用癱瘓。系統(tǒng)管理員疲于安裝服務器操作系統(tǒng)、更換硬件、應用軟件升級、病毒查殺、系統(tǒng)漏洞掃描等這些維護操作，系統(tǒng)恢復需要較長時間。有些時候嚴重影響了辦公、設計、生產的正常運行。

（3）資源分配不合理，利用率較低

由于應用種類多，系統(tǒng)環(huán)境復雜，對操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的類型、版本要求各不相同，對應用技術的投入也各不相同，造成資源分配不合理，使得快速發(fā)展的各類應用系統(tǒng)網(wǎng)絡資源十分緊張。部分應用如OA、郵件系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)、各種基本的網(wǎng)絡功能應用等均對現(xiàn)有硬件資源產生了巨大的壓力。但同時一些獨立服務器的利用率不高，平均在15%-20%左右。這些利用率低的服務器無法參與其他系統(tǒng)，造成資源閑置浪費，不僅占據(jù)了機房空間，而且增加了電力供應和制冷的能源消耗。

（4）數(shù)據(jù)備份困難

應用環(huán)境復雜，不同的硬件平臺與操作系統(tǒng)給系統(tǒng)備份與快速恢復帶來了困難。管理員難以對不同的系統(tǒng)進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)備份，不能快速恢復軟件系統(tǒng)。

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

2 基于VMware架構的數(shù)據(jù)中心虛擬化技術設計

2.1 虛擬化技術

虛擬化是一種從邏輯角度出發(fā)的資源配置技術，是物理實際的邏輯抽象。使用虛擬技術，一臺計算機可以看做是多臺計算機，每臺都有其各自的CPU、內存、硬盤等物理資源。虛擬化技術實現(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的具體硬件實現(xiàn)，而只需在虛擬層環(huán)境上運行自己的系統(tǒng)和軟件。

與VMware Workstation之類的應用不一樣，虛擬化技術從技術上是一次大的飛躍，對減少軟件虛擬機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，在配合VMM的軟件情況下，也會比完全不支持虛擬化技術的系統(tǒng)有更好的性能。

2.2 虛擬化軟件平臺

目前，服務器廣泛應用的兩種虛擬化技術分別是硬件層次的完全虛擬化技術和操作系統(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。其中VMware是目前服務器完全虛擬化的主流應用技術，它利用ESX Server直接構建于硬件層之上，將處理器、內存、存儲器、網(wǎng)絡和一些I/O設備資源抽象到多個虛擬機中。這些虛擬機間相對獨立，各自擁有虛擬資源，每個虛擬機再在這些抽象的資源上運行自己不同的OS和應用程序，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用平臺。

2.3 虛擬化管理特點

（1） 改善資源分配，提高資源利用率

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

（2） 資源整合管理，提高服務保障水平

服務器整合改變了基礎設施復雜的現(xiàn)狀，管理人員可對多臺服務器進行集中管理。靈活的集中管理模式使管理員從簡單機械的重復操作中解脫出來，極大地降低了管理工作量。VMware Server提供了基于IP地址的虛擬機網(wǎng)絡遠程管理功能，系統(tǒng)管理員可在任何地方通過網(wǎng)絡對虛擬機進行管理與監(jiān)控。通過直觀的Web管理界面管理員可遠程開關重啟動每個虛擬機，觀察宿主機與每個虛擬機的運行時間，CPU、內存等使用情況，完成新建、導入虛擬機，改變虛擬機的硬件配置，調整虛擬機參數(shù)，對運行中的虛擬機進行軟件安裝與調試等工作。

（3） 降低單點故障，增強系統(tǒng)可移植性

服務器合并后，減少了需要管理的物理服務器數(shù)量，降低了單點故障率。VMware VMotion可以在服務器需要維護升級時動態(tài)將虛擬機遷移到其他的物理服務器。虛擬機的實時遷移可以使數(shù)據(jù)中心在執(zhí)行硬件維護時無需調配停機時間及中斷業(yè)務操作，做到了停物理硬件、不停應用。當服務器恢復時，系統(tǒng)又會將部分虛擬機遷移回來，以實現(xiàn)負載均衡，確保所有應用服務全天候正常運轉，從而提高了服務保障水平。

（4） 節(jié)約能源，減少運行成本

絕大多數(shù)網(wǎng)絡中心機房耗電量較大，運用虛擬化技術將多種業(yè)務整合到一臺物理服務器上后，降低了電力供應和制冷的能源消耗，可以節(jié)約大量的用電費用。

3 虛擬化管理的實施建議

數(shù)據(jù)中心實施虛擬化技術，需要充分考慮以下幾方面因素：

（1）頂層規(guī)劃，分步實施

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

①分析各應用系統(tǒng)對服務器資源的需求。

②擬整合的物理服務器數(shù)量。

③虛擬機運行的操作系統(tǒng)類型。

④采用何種虛擬化技術以及實施的軟件費用。

（2）制定正確的虛擬化使用范圍

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

①高性能計算就不適合采用虛擬化技術，因為高性能計算會完全利用CPU的資源，其CPU利用率非常高。

②視頻服務，如企業(yè)中的VOD系統(tǒng)。

③大負載應用需要占用大量的I/O和內存資源，一般也不適合同其他應用程序共享服務器硬件。

④對于重要的應用，仍然可以通過雙機備份的形式來保障應用的可靠性。

（3）技術與管理并重

在實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支撐點。從技術角度而言，資源虛擬化的技術方案要具體；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 結束語

國土部門數(shù)據(jù)信息中心目前正在高速發(fā)展中，結合對信息化軟硬件的大量投入，企業(yè)信息化應用系統(tǒng)越來越多，的數(shù)據(jù)中心體系會越來越大，數(shù)據(jù)中心中應用系統(tǒng)能否長期、高效、健康的運行，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)中心的構架和優(yōu)化至關重要。因此從發(fā)展趨勢看，公司對數(shù)據(jù)中心的管理應該有更高的要求，數(shù)據(jù)中心的建設應該向更加智能、更加節(jié)能的方向發(fā)展。

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