基于XenServer的高校數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用

摘 要：信息化建設(shè)已從軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐步轉(zhuǎn)移到平臺搭建和系統(tǒng)整合上，虛擬化技術(shù)在高校的信息化建設(shè)中扮演著重要的基礎(chǔ)架構(gòu)角色。文章以山東理工大學數(shù)據(jù)中心虛擬化平臺為例，介紹基于XenServer虛擬化技術(shù)構(gòu)建新型數(shù)據(jù)中心，同時闡述了虛擬化在數(shù)字校園建設(shè)中所帶來的節(jié)約投資成本、提高資源共享水平、節(jié)能減排等優(yōu)勢。基于開源平臺構(gòu)建虛擬化系統(tǒng)，極大降低了系統(tǒng)部署時的軟件采購成本，顯著提高了資源利用率，有效解決網(wǎng)絡(luò)安全與機房能耗等諸多問題。

關(guān)鍵詞：虛擬化；Citrix；Xenserver；信息化；資源

引言

隨著信息化建設(shè)的不斷深入，高校對信息化建設(shè)越來越重視，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用得到快速發(fā)展，對于網(wǎng)絡(luò)的依賴也越來越強。與之相應(yīng)的，業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器也在不斷增加，從而導致了數(shù)據(jù)中心管理復雜、建設(shè)維護成本高、資源利用率低、能耗高等諸多問題。怎樣合理地利用資源，降低能耗，提高工作效率，是擺在信息化建設(shè)者們面前急需解決的突出問題。虛擬化技術(shù)是目前廣泛討論的話題，利用虛擬化技術(shù)可以幫助高校數(shù)據(jù)中心解決IT基礎(chǔ)設(shè)施面臨的種種挑戰(zhàn)。

1 數(shù)據(jù)中心應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)中心作為學校數(shù)字化校園的核心部分，承載著學校教學、科研、管理等多種應(yīng)用管理服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)中心經(jīng)過多年的信息化建設(shè)，已經(jīng)具有八十多臺服務(wù)器，由于信息系統(tǒng)的需求和部署時間不同，數(shù)據(jù)庫、程序設(shè)計語言、軟件廠商、使用部門等也有不同程度的區(qū)別，導致了這些系統(tǒng)的部署必須配置在獨立的物理服務(wù)器上。隨著越來越多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署，機房的空間已經(jīng)飽和，原有的供電系統(tǒng)已不能滿足日益增長的電力需求，散熱問題也日益凸顯。運行單一的業(yè)務(wù)系統(tǒng)并不能充分利用服務(wù)器的所有資源，日常工作狀態(tài)下，服務(wù)器的資源利用率一般在10%-20%，造成了資源的極大浪費。隨著應(yīng)用的不斷增加，數(shù)據(jù)量越來越大，管理越來越困難。

2 服務(wù)器虛擬化簡介

虛擬化是一種將底層物理設(shè)備與上層應(yīng)用操作系統(tǒng)、軟件分離的去耦合技術(shù)。虛擬化技術(shù)通過在硬件和操作系統(tǒng)之間增加一個去耦合的中間層——虛擬機管理器，使得程序和軟件可以在虛擬計算環(huán)境中運行時，共享所有的計算機資源，從而大大提高了資源使用率。服務(wù)器虛擬化就是將服務(wù)器物理資源抽象為邏輯資源，將一臺物理服務(wù)器變成幾臺甚至上百臺彼此相互隔離的虛擬服務(wù)器，使系統(tǒng)的應(yīng)用不再受物理條件的約束。實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化的好處體現(xiàn)在以下方面。

2.1 節(jié)省成本

服務(wù)器虛擬化將多種應(yīng)用負載整合到較少的物理服務(wù)器上，在設(shè)備、能源和管理等方面節(jié)省資金，有效降低硬件成本。采用操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，虛擬化效率高，虛擬化License費用低，能共享操作系統(tǒng)，以更低的成本來實現(xiàn)更高的效率。

2.2 服務(wù)器整合，充分利用未使用的計算能力和空間

在一臺物理服務(wù)器上同時運行多個虛擬機，合理使用服務(wù)器的CPU、存儲資源，可以更有效地使用服務(wù)器，極大提高資源利用率。

2.3 降低管理復雜度、提高工作效率

通過對虛擬機的快速部署，可以幫助管理員更靈活、更高效地實現(xiàn)對IT資源的管理工作。

2.4 提高系統(tǒng)可靠性

傳統(tǒng)的物理計算機已經(jīng)變成了虛擬機容器，從本質(zhì)上來說，它們是存儲在磁盤和從物理硬件層完全抽象出來的文件，加上動態(tài)遷移和虛擬機復制等技術(shù)，為數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復提供了方便的解決方案。

3 服務(wù)器虛擬化的系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 虛擬化軟件的選擇。

經(jīng)過幾年的快速發(fā)展，虛擬化技術(shù)已經(jīng)相當成熟，VMware、Citrix和Microsoft是目前x86平臺上主要的虛擬化技術(shù)提供廠商，分別在服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、應(yīng)用虛擬化和虛擬化管理上有著各自的優(yōu)勢。在服務(wù)器虛擬化方面，這3家公司采用不同的虛擬化架構(gòu)， 每種結(jié)構(gòu)都有優(yōu)點和缺點，在平臺管理、資源配置、虛擬機遷移和運行維護的方法是不同的，經(jīng)過一系列的技術(shù)比較，實際測試后，我們選擇了思杰的XenServer服務(wù)器虛擬化技術(shù)。

Citrix XenServer是半虛擬化技術(shù)的代表，它是一款經(jīng)過實踐檢驗的、完全支持服務(wù)器虛擬化的引擎，它的核心是開源的Xen系統(tǒng)管理程序。Xen服務(wù)器虛擬化解決方案直接在硬件或裸機上安裝一個瘦軟件層（即Xen hypervisor），插入到服務(wù)器硬件和操作系統(tǒng)之間，提供一個抽象層，讓每臺物理服務(wù)器可運行一臺或多臺虛擬服務(wù)器，將操作系統(tǒng)及其應(yīng)用從底層物理服務(wù)器有效分離出來。

XenServer是完整的服務(wù)器虛擬化平臺，軟件包中包含所有需要創(chuàng)建和管理部署的虛擬x86計算機上運行的Xen開放源碼，準虛擬化的虛擬機管理程序與近乎完美的性能。XenServer是對Windows和Linux進行了特殊優(yōu)化的虛擬服務(wù)器平臺，不需要底層操作系統(tǒng)，它可直接運行與服務(wù)器硬件上，是一個具有高效率和高擴展行的系統(tǒng)。Citrix XenServer 6.2是Citrix Systems（思杰）最新發(fā)布的免費開源服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品，它的所有的功能和工具都在開源許可證下發(fā)布。

XenServer服務(wù)器虛擬化核心功能主要有：（1）采用管理式管理，無節(jié)點限制，對物理服務(wù)器和虛擬機實現(xiàn)多節(jié)點管理。（2）動態(tài)遷移及多服務(wù)器資源共享結(jié)合強大的XenMotion技術(shù)，使虛擬機在不中斷服務(wù)的服務(wù)器之間遷移，無需停機。（3）成熟的管理流程引擎，使用64位行業(yè)標準的Xen開源管理程序，充分利用下一代服務(wù)器、操作系統(tǒng)和微處理器所提供的高性能、高安全性和可擴展性。（4）快速裸機性能支持無限數(shù)量的服務(wù)器及虛擬機，具有行業(yè)領(lǐng)先的整合報告。（5）設(shè)置簡單，界面友好。（6）集成存儲管理功能，支持現(xiàn)有的存儲系統(tǒng)，具有主機邏輯卷管理、快照復制及動態(tài)多路徑功能等存儲管理功能。

3.2 虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

我校數(shù)據(jù)中心采用了5臺HP 580 G7高性能服務(wù)器作為應(yīng)用服務(wù)器，3臺HP P4000存儲組成存儲資源池，部署XenServer6.2虛擬化平臺，通過虛擬化系統(tǒng)管理工具XenCenter完成資源的管理和調(diào)度。

具體的實施、部署步驟如下：

第一步：規(guī)劃系統(tǒng)資源；根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境統(tǒng)計出CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)等資源使用情況，計算出虛擬機使用數(shù)量，從而確定需要使用多少臺物理服務(wù)器實施虛擬化。在規(guī)劃設(shè)計方案時應(yīng)具有前瞻性，應(yīng)將未來二至三年內(nèi)虛擬機潛在需求考慮進去，降低未來硬件采購成本。

第二步：安裝、調(diào)試虛擬服務(wù)器；在系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際采購的硬件設(shè)備進行軟硬件的安裝調(diào)試。四臺物理服務(wù)器配置了兩顆八核CPU，128GB內(nèi)存，RAID1冗余硬盤，存儲采用IP-SAN方式部署。在每臺服務(wù)器上分別安裝XenServer虛擬化軟件，將四臺物理服務(wù)器搭建成集群模式；完成對虛擬化平臺的配置工作；新建一臺虛擬機，部署XenCenter管理平臺，對四臺物理服務(wù)器進行統(tǒng)一管理，配置HA高可用性等安全措施。

第三步：服務(wù)器和應(yīng)用系統(tǒng)遷移；對于服務(wù)器操作系統(tǒng)，采用P2V的方式，利用操作系統(tǒng)的Volume Shadow Copy卷影副本復制服務(wù)作為基礎(chǔ)，來實現(xiàn)在舊系統(tǒng)環(huán)境下的系統(tǒng)無修改、無停機的情況下，將數(shù)據(jù)和應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)環(huán)境、系統(tǒng)環(huán)境變量等全部以\"快照\"形式遷移到新服務(wù)器中，由此來實現(xiàn)服務(wù)器環(huán)境的整體遷移。而對于應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)站，遷移所花的時間與在兩臺物理服務(wù)器之間移動的過程與時間相同，遷移后，要進行徹底檢查，確認應(yīng)用或者網(wǎng)站能夠正確運行。

3.3 取得的效果

山東理工大學在數(shù)據(jù)中心的升級建設(shè)過程中，基于虛擬化技術(shù)進行規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)，對數(shù)據(jù)中心進行了全面改造，建成了計算資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池、存儲資源池三大系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心的全面虛擬化，實現(xiàn)了資源的高度整合。

與學校原有數(shù)據(jù)中心相比，新數(shù)據(jù)中心在滿足學校業(yè)務(wù)需求的同時，有效地屏蔽了底層的復雜性，簡化了管理，大幅提升了數(shù)據(jù)中心的靈活性、可靠性和設(shè)備利用率。

4 結(jié)束語

采用虛擬化技術(shù)將硬件設(shè)備進行資源池化，實現(xiàn)了服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲的統(tǒng)一高效整合，提高了設(shè)備利用率、靈活性和可用性，降低了維護工作的難度及工作量。該方案有效解決了數(shù)據(jù)量快速增加、管理成本高、能耗大、安全性差、業(yè)務(wù)連續(xù)性能力低等問題。

山東理工大學通過對數(shù)據(jù)中心的虛擬化技術(shù)改進，逐步解決了數(shù)據(jù)中心運行、管理中遇到的突出問題，滿足了學校信息化建設(shè)快速發(fā)展對數(shù)據(jù)中心提出的迫切需求。

參考文獻

[1]王一鴻，解曉峰，凌晨，等.服務(wù)器虛擬化在數(shù)字化校園中的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù)，2013（21）.

[2]魏會珍，王少杰.服務(wù)器虛擬化技術(shù)在企業(yè)管理中的應(yīng)用[J].硅谷，2012（20）.

[3]張軍峰.企業(yè)服務(wù)器虛擬化應(yīng)用平臺搭建及應(yīng)用研究[J].中國科技信息，2009（23）.

[4]朱超.基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建高校分布式云計算數(shù)據(jù)中心[J].武漢工程大學學報，2011（04）.

[5]汪穎.網(wǎng)絡(luò)虛擬化對數(shù)據(jù)中心資源整合的意義分析[J].職業(yè)技術(shù)，2012（12）.

[6]李剛健.基于虛擬化技術(shù)的云計算平臺架構(gòu)研究[J].吉林建筑工程學院學報，2011（28）.

作者簡介：張光勇（1980，5-），男，研究生，工程師，山東淄博，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程。