虛擬化技術在實物地質(zhì)資料服務中的應用

姚聿濤，肖世偉，米勝信，王 琳，高志新

（1．國土資源實物地質(zhì)資料中心網(wǎng)絡信息室，河北 三河065201；2．中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心網(wǎng)絡運行室，北京100037）

1 虛擬化技術實現(xiàn)服務器、存儲和網(wǎng)絡統(tǒng)一資源分配管理

1．1 虛擬化技術整合服務器硬件資源

虛擬化技術出現(xiàn)追溯到20世紀60年代，為提高昂貴大型機的利用率，IBM開發(fā)虛擬化技術實現(xiàn)了硬盤進行邏輯分區(qū)，開創(chuàng)虛擬主機應用先例。服務器硬件資源虛擬化包括CPU、內(nèi)存和I／O等部件，通過安裝在物理服務器上ESXI組件，虛擬化并匯總多個服務器的基礎物理硬件資源。在用戶使用層面上抽象成可隨用隨取的資源池，通過虛擬化實現(xiàn)了單臺物理計算機運行多個虛擬機，且所有虛擬機可在多種環(huán)境下共享該物理服務器的資源；在同一物理計算機上，虛擬機相互獨立，并行運行Windows、Linux等不同版本操作系統(tǒng)和多個應用程序；虛擬機的統(tǒng)一管理使用vCenter實現(xiàn)集中管理和配置訪問，根據(jù)應用不同性能需求靈活配置CPU和內(nèi)存資源。虛擬化架構解決了X86計算機硬件利用率不高的問題，克服了只能運行單個操作系統(tǒng)和應用程序設計缺陷。

1．2 虛擬化技術整合存儲系統(tǒng)資源

ESXI服務器采用FC SAN結構共享存儲設備，物理服務器硬盤只安裝ESXI底層系統(tǒng)，所有的數(shù)據(jù)都共享存儲在存儲設備上。根據(jù)實物地質(zhì)資料信息服務應用讀取量大于寫入量特點，存儲設備硬盤組為RAID 5陣列，將FC萬轉(zhuǎn)高速低容量盤劃分為五個存儲資源池應用于快速讀取服務，將SATA低速高容量盤劃分為兩個存儲資源池應用于備份存儲服務。服務器到存儲使用雙HBA卡和兩臺光纖存儲交換機組成冗余線路，任意一條光纖線路故障或光纖存儲交換機故障均不影響虛擬機正常運轉(zhuǎn)，增強了虛擬機系統(tǒng)安全性。

1．3 虛擬化技術整合網(wǎng)絡資源

網(wǎng)絡資源虛擬化整合使用VLAN標簽技術實現(xiàn)邏輯隔離網(wǎng)絡。內(nèi)網(wǎng)由于網(wǎng)絡和安全設備策略復雜性和特殊性，在不改變原有網(wǎng)絡拓撲的情況下，在服務器到內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)和管理員區(qū)域連接新增兩臺冗余二層交換機。二層交換機端口到服務器使用trunk模式允許所有VLAN通過，二層交換機端口到三層交換雙線路冗余。

2 虛擬化技術在實物地質(zhì)資料服務中的應用

2．1 實物地質(zhì)資料信息服務特點和存在問題

實物地質(zhì)資料信息服務發(fā)布對象以圖件為主，例如鉆孔掃描柱狀圖、標本照相圖片、薄片顯微照相圖片等。為保障圖片瀏覽加載速度，需要對圖片進行多達十八級切片處理，原始圖片經(jīng)切片處理后，圖片數(shù)量呈幾何級增長。同時在不同階段開發(fā)的應用服務種類多，涵蓋目錄瀏覽查詢類、二維圖像展示和三維數(shù)字激光掃描類等；由于應用程序分散部署在新舊不一的物理服務器上，存在安全性差、服務器硬件資源利用率低，大數(shù)據(jù)計算受主機CPU、內(nèi)存和磁盤的限制，應用部署需要技術人員花費大量時間安裝系統(tǒng)驅(qū)動、配置系統(tǒng)環(huán)境等問題。

2．2 虛擬化技術底層硬件架構

使用VMware虛擬化技術對現(xiàn)有服務器計算資源、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡虛擬化資源池整合，初步實現(xiàn)了國土資源實物地質(zhì)資料中心網(wǎng)絡資源智能統(tǒng)一資源分配管理。底層資源利用4臺IBM X3850X5高性能服務器為CPU和內(nèi)存基礎計算資源池、1臺EMC CX480為存儲資源池硬件平臺、2臺Brocade 6510光纖存儲交換機提供服務器和存儲設備互聯(lián)通道服務、2臺Cisco2960千兆網(wǎng)絡交換機提供網(wǎng)絡隔離和熱備服務，使用Vlan標簽隔離外網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)、管理網(wǎng)、故障轉(zhuǎn)移vmotion共四個網(wǎng)段見圖1。

2．3 虛擬化技術在實物地質(zhì)資料信息服務應用體驗

1）實現(xiàn)了服務器資源靈活分配，可隨時添加硬件資源。在圖片多級切片數(shù)據(jù)處理階段，虛擬機運算需要多顆CPU和大量內(nèi)存資源提升處理速度；在圖片切片動作完成后，只需分配少量的計算資源即可提供服務。VMware虛擬化技術應用后，在vCenter管理端可根據(jù)不同階段性能需求隨時增刪CPU數(shù)量和內(nèi)存大小，在鉆孔柱狀圖多級切片加工得到驗證，單臺服務器處理一個省數(shù)據(jù)處理器使用率達100%，而在統(tǒng)一資源分配管理系統(tǒng)中虛機處理兩個省數(shù)據(jù)處理器使用率60%左右。

圖1 國土資源實物地質(zhì)資料中心虛擬化底層硬件資源架構圖

2）實現(xiàn)了原有應用服務器遷移，增強了安全性。原有應用服務種類和數(shù)量繁多，包括不同階段開發(fā)的多種應用，服務器年限、操作系統(tǒng)和運行環(huán)境不一，造成運維工作量大，單臺服務器宕機即造成服務中斷等問題。使用vCenter Converter進行應用服務器遷移，在遷移過程中可訂制虛擬機資源，實現(xiàn)和原有應用服務器近似的硬件環(huán)境，遷移完成后，任意ESXI主機中斷可觸發(fā)VMotion機制自動漂移到別的主機上，提升業(yè)務連續(xù)性。同時物理主機減少節(jié)約了機房空間，減輕了對電力、空調(diào)系統(tǒng)等基礎設施的負擔。

3）實現(xiàn)了應用快速部署，提升了運維效率。虛擬化技術應用前應用程序部署需要經(jīng)物理服務器上架、操作系統(tǒng)安裝、驅(qū)動安裝、環(huán)境配置、數(shù)據(jù)庫安裝和應用安裝調(diào)試等繁瑣過程，任何一個環(huán)節(jié)出問題都需要花費大量時間排查，甚至推倒重來。虛擬化技術應用后使用同環(huán)境主機克隆，建立通用虛擬機模板和系統(tǒng)調(diào)試快照對比等功能，大幅度提升了應用程序部署效率。

3 結束語

虛擬化技術應用提供了前瞻性的管理手段管理硬件資源，提高了工作效率、運維靈活性和響應度，為下一步建設云計算平臺提供基礎資源，達到項目預期設想效果，為實物資料信息化服務提供強有力的支撐。

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