高校數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)分析

【摘 要】數(shù)據(jù)中心虛擬化包括服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化三部分。通過(guò)將服務(wù)器虛擬化，可以有效提高其資源利用率，加快部署的速度，提升管理維護(hù)的便捷度，并且可以利用VMotion動(dòng)態(tài)遷移來(lái)提高服務(wù)響應(yīng)能力。通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)虛擬化，在提高各個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的安全性和可控性的同時(shí)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)架構(gòu)，提升帶寬容量和網(wǎng)絡(luò)速度、降低網(wǎng)絡(luò)投資成本。通過(guò)存儲(chǔ)虛擬化，可以有效提高磁盤利用率，加快故障恢復(fù)速度，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)SAN網(wǎng)絡(luò)上不同的服務(wù)器之間共享各類數(shù)據(jù)資源，為之后實(shí)現(xiàn)HA功能、DRS功能鋪平了道路。

【關(guān)鍵詞】服務(wù)器虛擬化；網(wǎng)絡(luò)虛擬化；存儲(chǔ)虛擬化

高校的數(shù)據(jù)中心是學(xué)校數(shù)字化校園建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)推動(dòng)高校信息化建設(shè)起著保障作用。在使用現(xiàn)代化手段為高效運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)的高校辦學(xué)體制中，數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)又是其中一個(gè)較為重要的環(huán)節(jié)。目前高校數(shù)據(jù)中心的不同服務(wù)通常都是采用單獨(dú)的服務(wù)器部署，用以保障各項(xiàng)服務(wù)的獨(dú)立性，但是一旦服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用服務(wù)擁瘦。由于缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，各種服務(wù)器性能不一，內(nèi)容龐雜，容易造成單點(diǎn)故障頻發(fā)，服務(wù)保障水平相對(duì)而言也較低，造成系統(tǒng)管理員維護(hù)量大，管理困難，很難實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。另外，孤島式數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展性差，當(dāng)擴(kuò)展新業(yè)務(wù)時(shí)需要部署專門的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施，容易形成數(shù)據(jù)的孤島。面對(duì)龐雜的軟硬件環(huán)境，在不同的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)之間給系統(tǒng)快速備份和有序恢復(fù)都帶了不小的難度。數(shù)據(jù)中心管理人員需要在不同的設(shè)備之間準(zhǔn)備不同的備份和恢復(fù)方法，難以做到統(tǒng)一數(shù)據(jù)備份，造成維護(hù)工作量巨大，也增加了安全性和穩(wěn)定性上的不定因素。針對(duì)以上問(wèn)題，研究提高信息共享率，消除“信息孤島”，保持所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的唯一性、完整性和準(zhǔn)確性，并以此為依托，為學(xué)校的管理提供全面的數(shù)據(jù)信息服務(wù)，為數(shù)字化校園提供有效的數(shù)據(jù)信息服務(wù)保障。提出基于虛擬化技術(shù)的數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)方案。

數(shù)據(jù)中心虛擬化就是打破原始物理結(jié)構(gòu)之間的隔斷，將物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌峡芍苯诱{(diào)控管理的資源。在完成虛擬化建設(shè)后，預(yù)計(jì)可將各種硬件資源透明地運(yùn)行在各種物理平臺(tái)上，資源的管理都將按照邏輯方式進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)化分配。依據(jù)虛擬化的理論指導(dǎo)，高校數(shù)據(jù)中心虛擬化分為：服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化三個(gè)環(huán)節(jié)。服務(wù)器虛擬化的核心思想，就是一種能夠通過(guò)區(qū)分資源的優(yōu)先次序，并隨時(shí)隨地能將服務(wù)器資源分配給最需要它們的工作負(fù)載以簡(jiǎn)化管理和提高效率，繼而減少為單個(gè)工作負(fù)載峰值而儲(chǔ)備的資源的方法[2\"]。通過(guò)虛擬化技術(shù)將物理硬件和操作系統(tǒng)分離，使得多個(gè)具有不同操作系統(tǒng)的虛擬服務(wù)器可以獨(dú)立運(yùn)行在同一臺(tái)物理服務(wù)器上，最大化的利用硬件資源。首先對(duì)服務(wù)器虛擬化的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行分析，再根據(jù)高校數(shù)據(jù)中心的實(shí)際情況給出服務(wù)器虛擬化的規(guī)劃和方案，接著來(lái)完成服務(wù)器虛擬化的部署，并利用VMware Center Client來(lái)監(jiān)控和管理各個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行情況。

服務(wù)器虛擬化的核心思想，就是一種能夠通過(guò)區(qū)分資源的優(yōu)先次序，并隨時(shí)隨地能將服務(wù)器資源分配給最需要它們的工作負(fù)載以簡(jiǎn)化管理和提高效率，繼而減少為單個(gè)工作負(fù)載峰值而儲(chǔ)備的資源的方法。通過(guò)虛擬化技術(shù)將物理硬件和操作系統(tǒng)分離，使得多個(gè)具有不同操作系統(tǒng)的虛擬服務(wù)器可以獨(dú)立運(yùn)行在同一臺(tái)物理服務(wù)器上，最大化的利用硬件資源。

首先需要對(duì)即將布設(shè)虛擬化的服務(wù)器硬件資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有各類服務(wù)器若干臺(tái)，運(yùn)行著校內(nèi)各種應(yīng)用和業(yè)務(wù)系統(tǒng)。利用VMware vSphere對(duì)服務(wù)器進(jìn)行整合，最大限度的利用現(xiàn)有的服務(wù)器資源，對(duì)其進(jìn)行了各項(xiàng)評(píng)估，包括CPU、內(nèi)存和磁盤容量等，結(jié)果表明現(xiàn)有的各個(gè)服務(wù)器資源利用率很低，造成大量資源被浪費(fèi)。而現(xiàn)有的部分老舊服務(wù)器并不適合構(gòu)建VMware虛擬化平臺(tái)，但是可以用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

VMware vSphere本身即包含有一組虛擬網(wǎng)絡(luò)元素（vNetwork），該組元素可以讓處于數(shù)據(jù)中心的各個(gè)虛擬機(jī)能夠像在物理環(huán)境中一樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。在這其中就包含有虛擬網(wǎng)絡(luò)接口卡（vNIC）、虛擬標(biāo)準(zhǔn)交換機(jī)（vSwitch）、虛擬分布式交換機(jī)（vDS）和端口組（Port Group）。

根據(jù)高校數(shù)據(jù)中心的的實(shí)際情況來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)虛擬化的部署，通過(guò)兩臺(tái)vSwitch將虛擬機(jī)接入到虛擬網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)各虛擬機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信和物理機(jī)之間的交互功能。

數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬化就是讓前端主機(jī)脫離對(duì)后端存儲(chǔ)設(shè)備的依賴，通過(guò)中間的虛擬層作為存儲(chǔ)服務(wù)的基礎(chǔ)，從而帶來(lái)更高的資源利用率、無(wú)縫數(shù)據(jù)遷移等效益。利用VMware vSphere技術(shù)可從根本上更好地管理虛擬存儲(chǔ)架構(gòu)，提高存儲(chǔ)資源利用率和靈活性，減少管理開(kāi)銷和延長(zhǎng)應(yīng)用程序正常運(yùn)行時(shí)間。

VMware vSphere存儲(chǔ)架構(gòu)由各種抽象層組成，這些抽象層隱藏并管理物理存儲(chǔ)子系統(tǒng)之間的復(fù)雜性和差異。在VMware vSphere中，ESX/ESXi存儲(chǔ)器指的是多種物理存儲(chǔ)系統(tǒng)（本地或聯(lián)網(wǎng)）上的存儲(chǔ)空間，主機(jī)使用該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)虛擬機(jī)磁盤，分為本地存儲(chǔ)器和聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)器。其中，聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)器由ESX主機(jī)用于遠(yuǎn)程存儲(chǔ)虛擬機(jī)文件的外部存儲(chǔ)系統(tǒng)組成。通常主機(jī)通過(guò)高速存儲(chǔ)器網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)這些系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備將被共享。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可同時(shí)由多個(gè)主機(jī)來(lái)訪問(wèn)。

數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬化就是讓前端主機(jī)脫離對(duì)后端存儲(chǔ)設(shè)備的依賴，通過(guò)中間的虛擬層作為存儲(chǔ)服務(wù)的基礎(chǔ)，從而帶來(lái)更高的資源利用率、無(wú)縫數(shù)據(jù)遷移等效益。利用VMware vSphere技術(shù)可從根本上更好地管理虛擬存儲(chǔ)架構(gòu)，提高存儲(chǔ)資源利用率和靈活性，減少管理開(kāi)銷和延長(zhǎng)應(yīng)用程序正常運(yùn)行時(shí)間。

存儲(chǔ)的虛擬化，就是在抽象化底層的存儲(chǔ)設(shè)備后，繼而進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控和管理，屏蔽存儲(chǔ)設(shè)備的硬件信息，而只保留其統(tǒng)一的邏輯特性，從而實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)集中統(tǒng)一的管理。通過(guò)應(yīng)用存儲(chǔ)虛擬化，可以有效解決高校數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)空間利用率過(guò)低的問(wèn)題，在部署存儲(chǔ)虛擬化之后，可以方便的彈性擴(kuò)容，大幅提升硬件使用率，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要基于主機(jī)的虛擬化存儲(chǔ)、基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化和基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化三種，接下來(lái)就此三個(gè)技術(shù)方法分別作進(jìn)一步討論。

方法一：基于主機(jī)的虛擬化存儲(chǔ)

基于主機(jī)的虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依賴于主機(jī)操作系統(tǒng)下邏輯卷的管理軟件或代理在服務(wù)器上完成的，經(jīng)過(guò)虛擬化的存儲(chǔ)空間可以跨越多個(gè)異構(gòu)的磁盤陣列，通過(guò)將多個(gè)邏輯卷進(jìn)行統(tǒng)一管理調(diào)配，屏蔽上層應(yīng)用對(duì)物理磁盤的管理。

由于無(wú)需另外添置硬件設(shè)備，基于主機(jī)的虛擬化存儲(chǔ)成本較低，能夠提升主機(jī)的處理器資源利用率，但靈活性較差。因此對(duì)于信息系統(tǒng)規(guī)模較大，使用的主機(jī)類型和應(yīng)用程序種類較多，且對(duì)系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性要求較高的高校來(lái)說(shuō)，并不適合此技術(shù)。

方法二：基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化

基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化技術(shù)依賴于提供相關(guān)功能的存儲(chǔ)控制器，對(duì)所管理的存儲(chǔ)提供虛擬化。通過(guò)釆用基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化技術(shù)，可以使多個(gè)主機(jī)服務(wù)器訪問(wèn)同一個(gè)磁盤陣列。

基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化技術(shù)較易實(shí)現(xiàn)，易管理，適用于數(shù)據(jù)量較小，存儲(chǔ)設(shè)備單一環(huán)境，而對(duì)于數(shù)據(jù)量大，存儲(chǔ)設(shè)備種類多，并要求能進(jìn)行跨設(shè)備、跨地域的數(shù)據(jù)整合和共享的高校數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，并不適合此技術(shù)。

方法三：基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化

基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)依賴于在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中添加相應(yīng)的虛擬化設(shè)備而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)虛擬化設(shè)備可以是特定的虛擬化設(shè)備，也可以通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上安裝虛擬化軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)量大，采用多種類型的主機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)，并要求對(duì)各分校區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和整合的高校數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，比較適合采用此技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]歷史與實(shí)現(xiàn)不斷演變的數(shù)據(jù)中心[EB/OL].http：//tech.idcquan.com/dc/12157.shtml.

[2]常潘.數(shù)字化校園數(shù)據(jù)中心建設(shè)的研宄[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，48：232-234.

[3]劉旭.虛擬化技術(shù)在高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)用的研宄[J].中國(guó)教育信息化，2010，11.