服務器虛擬化技術在高校數據中心的應用探究

葉建輝

（福建師范大學福清分校，福建福清350300）

服務器虛擬化技術在高校數據中心的應用探究

葉建輝

（福建師范大學福清分校，福建福清350300）

隨著校園信息化建設的不斷加深，各種數字化平臺在校園中得到了應用，帶給校園全新的管理模式與教育視野.同時服務應用的不斷增加，高校數據中心也面臨著更多的問題與挑戰.本文簡要闡述了服務器虛擬化技術概念及優缺點，分析了高校數據中心面臨的問題，并給出了服務器虛擬化在高校數據中心應用方案設計及應用效益.

服務器虛擬化；高校數據中心；VMware

1　前言

信息技術的不斷發展，校園信息化建設進程的穩步推進，使得數字化校園的理念深入到高校建設中，越來越多的信息技術被高校所應用.各種軟件、管理系統在高校中得以應用，很大程度上提高了高校的工作效率和管理水平，加快了校園信息的流通，使校園信息互動更加的流暢.大量信息系統的運用，給高校數據中心提出了更高的要求.高校數據中心也面臨著前所未有的挑戰，在這幾年的發展中各種問題也不斷的凸顯出來.由于目前大部分高校仍然采用一臺服務器搭載一個系統應用的模式，在高校的長期發展中，服務器數量也隨之不斷的增多.然而服務器的使用效率并未由于量的提升，而得到質的飛越，反而造成硬件資源、空間的浪費，電能的消耗，系統管理上也變得更加繁瑣復雜.這種形勢下提出服務器虛擬化技術無疑是雪中送炭，服務器虛擬化技術就這些問題提供更加科學的解決方法.

2　服務器虛擬化技術簡介

虛擬化技術的飛速發展，在各個領域都得到全面的應用.從應用的領域方面來劃分虛擬化技術，主要分為幾種類別：網絡虛擬化技術、存儲虛擬化技術、還有就是傳統認為的虛擬化技術—服務器虛擬化技術.所謂的服務器虛擬化技術，就是在一個硬件服務器上搭建多個類硬件系統服務器，將CPU、內存等硬件資源劃分給各個虛擬服務器來使用.它們彼此之間是相對獨立的，而又共同依存在同一個硬件服務器上，在安裝好操作系統的虛擬服務器上架設相應的應用系統，對外界提供服務與應用.服務器虛擬化技術從硬件資源調用模式劃分主要分為幾種類別：全虛擬化、半虛擬化、硬件輔助虛擬化.

2.1全虛擬化技術（FullVirtualization）

全虛擬化技術主要的核心技術是在虛擬機與硬件服務器之間架設了一層軟件層-Hypervisor.Hypervisor是運行在虛擬機跟硬件服務器之間的，虛擬機所發出的指令，經過Hypervisor翻譯后得到硬件服務器所能識別的編碼，通過調用硬件資源共享給每臺虛擬機使用.正因為在運行虛擬機的同時也會執行Hypervisor，所以它會消耗一部分的系統性能.全虛擬化技術最大的優點是在于它不需要對虛擬機操作系統內核做任何修改，兼容性好，運行速度快.其主要代表產品有VMware ESX Server，VMware Workstation，Virtual Box等.

2.2半虛擬化技術（ParaVirtualization）

半虛擬化技術相對于全虛擬化技術來說，它是通過對操作系統內核做相應的修改，使虛擬機操作系統自身能夠與虛擬進程進行很好的協作.在虛擬機操作系統與Hypervisor配合基礎上，在運行過程中無需經過Hypervisor進行重新編譯，直接管理底層物理硬件資源.半虛擬化的優勢在于消除了Hypervisor重新編譯造成的系統性能消耗，從而提高了系統性能.但是半虛擬化技術必須修改操作系統內核，在很大程度上影響了系統兼容性和可移植性，也會造成系統后期的維護的困難.目前代表產品由劍橋大學開發的開源代碼虛擬機監聽器Xen.

2.3硬件輔助虛擬化技術（Hardware Assisted Virtualization）

硬件輔助虛擬化技術是在全虛擬化技術與半虛擬化技術的基礎上對硬件進行優化，在硬件上嵌入優化程序，使硬件更加的貼合于虛擬化技術的實現而產生的.目前比較具有代表性的有兩種產品，分別是Inter VT和AMD—V的CPU產品.其主要是在CPU上添加了root模式，讓Hypervisor運行在root模式中，通過識別指令的級別，使特權指令能夠在Hypervisor上自動識別執行.

3　服務器虛擬化在高校數據中心應用方案設計

3.1服務器虛擬化在高校數據中心的需求分析

計算機技術的發展，加快了數字化校園進程，推進了信息建設的步伐.校園中引進了各種應用系統平臺，縱觀高校主要包含了幾種比較普遍的平臺：站群管理平臺、教務管理系統、網絡教學平臺、國資管理系統、財務管理系統、OA辦公系統、工資查詢系統、校園一卡通平臺、校園門禁系統、圖書館借閱系統等等.這些平臺的應用，全面增強了校園管理水平，有效提升了高校辦學質量，但是隨之而來的問題也不斷凸顯，高校數據中心主要存在以下幾個問題.

首先，目前許多高校仍然采用一種應用一臺服務器的模式，在投入應用服務的同時，也相應采購了服務器.日積月累，服務器的數量不斷的激增，然而服務器所提供的硬件資源遠遠超過應用服務所需要承載的資源，服務器硬件利用率往往不到10%.服務器性能未得到應有的發揮，造成了服務器堆積，硬件老化，服務器利用率低下.

其次，高校數據中心服務器的日趨增多，隨之投入成本也不斷增大，服務器所需要的空間也不斷擴大，如此下去再龐大的數據中心機房也會不堪重負.由于機房都是提供24*7服務的，服務器所消耗電能也不斷增加，這樣即增加了投入成本，也造成了極大資源浪費.

最后，由于應用服務的增加，服務器之間是相對獨立的，數據備份難度大，管理難度高，維護成本高，浪費人力，財力.

3.2服務器虛擬化在高校數據中心的架構設計

根據以上提及的高校普遍應用系統，我們就以12個應用服務平臺需要整合為例，若按照原有的單對單模式進行部署，那么需要至少12臺服務器提供應用服務.基于VMware vSphere虛擬化平臺，將這些應用服務進行資源整合，分別架設在虛擬機上提供外界服務.基于設備性能及應用服務需求等方面考量，選擇三臺IBM x3850 X6服務器，在三臺上部署VMware ESXi server服務，建立HA集群，根據應用服務的需要，分別在每臺ESXi server服務器上架設出多臺虛擬機，提供應用服務.選擇一臺IBM x3750 M4服務提供VMware vcenter server使用,此服務器作為虛擬化平臺管理中心，為虛擬化數據中心提供基本管理服務的核心服務，通過VMware vcenter server可以全局管理所有虛擬機及硬件服務器，對硬件服務器進行資源整合.根據實際需要，合理分配服務器硬件資源，提供ESXi上虛擬機使用.用戶通過VMware client客服端程序遠程連接到VMware vcenter server服務器上管理ESXi的單臺主機或者ESXi上任何一臺虛擬機.另外在VMware server上可以提供高可用服務功能，當出現ESXi一臺虛擬機服務器硬件出現問題時，可以利用VMware VMotion功能，能夠在非中斷服務的前提下，提供不間斷的虛擬服務系統自動遷移功能，保障了業務連續性.選擇兩臺戴爾PowerVault MD3600F光纖通道存儲陣列設備，一臺提供共享數據存儲服務，一臺提供備份存儲服務，做到雙機熱備，實現高效的虛擬機系統和數據的備份.在存儲設備與服務器之間架設高速光纖交換機，提供數據高速的傳送.在架設好共享存儲設備后，VMware vSphere平臺系統提供了高可用HA功能及高可用DRS功能，通過這些功能可對服務器硬件資源做到根據實際需求合理分配CPU及內存的資源，做到系統資源利用率達到最佳狀態，并保障不間斷的應用服務體系.根據以上實施方案具體架構設計如圖1所示.

圖1　架構設計圖

4　服務器虛擬化在高校數據中心應用的效益分析

(1)減少硬件投入，降低成本.通過服務器虛擬化技術引入校園數據中心應用，全面減少服務器的數量，從原本的一服務器一應用的變為一服務器多應用，大大減少了硬件的投入成本.提高了服務器應用的可擴展性，應對未來需要更多的應用服務，只需添加虛擬機并架設應用，調整資源配置，無需再另外購買單一服務器.隨著計算機應用技術的飛速發展，這方面的優勢將更加明顯.

(2)簡化管理，易于維護.通過VMwarevcenter管理中心可以實現從原先的單臺服務器性能，軟硬件逐一檢查到服務器集群集中管理，全局監控.便于管理，減輕管理人員工作量，全面提升了管理效率，解決了管理人員維護繁雜，工作效率低等問題.

(3)優化資源，提高利用率.在單臺服務器單應用的情況下，服務器平均利用率只能達到5%～10%，通過服務器虛擬化高可用性功能，將硬件資源合理分配，動態調整應用服務所需的硬件資源，充分發揮服務器性能，全面提升服務器利用率，利用率可達到50%～70%.

(4)節約空間，降低能耗.在減少服務器數量的同時，節約校園數據中心機房空間，將有限的空間做到最佳的利用，提升空間利用率.同時服務器運行所消耗的電能也大幅降低，極大程度的減輕了能耗負載壓力.

5　結束語

隨著信息技術的迅猛發展，加快了校園信息化建設的步伐，未來將會有更多智能化應用服務投入到校園中，服務器虛擬化技術在高校數據中心的應用也將成為一種趨勢，服務器虛擬化技術的優勢也將會更加明顯.隨著虛擬化技術的不斷完善，進一步加強服務器虛擬化技術在校園數據中心的應用研究，在數字化校園建設過程中具有重要的實踐意義.

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