高速公路服務器虛擬化技術應用與探討

潘彥

摘要：為解決高速公路收費系統中軟件和硬件耦合程度高、容災能力弱、服務器資源利用率偏低等缺點，通過虛擬化技術優化高速公路收費系統，提升系統的可用性、穩定性。通過數據備份、故障自動切換，提升容災能力，以提升硬件資源利用率，降低管理、維護、營運成本。

關鍵詞：收費系統；虛擬化技術；性能測試

服務器虛擬化技術作為一種新興的網絡服務方式，將傳統的以桌面為核心的任務處理轉變為以網絡為核心的任務處理，利用非本地或遠程服務器（集群）的分布式計算機，為互聯網用戶提供了IT基礎設施服務（計算能力、存儲和軟硬件等服務）。這使得用戶可以將資源切換到所需要的實際應用上，根據需求，訪問計算機和存儲系統。此外，利用虛擬化技術來實現服務器、存儲資源的虛擬化管理和調度。云計算的虛擬化、負載均衡及雙活中心等技術可以大大提高數據中心的資源利用率，降低維護成本，為實現數據中心高可靠性、防止發生業務中斷和數據丟失等問題提供了強有力的手段。

一、高速公路數據中心建設的現狀

高速公路數據中心是公路部門網絡建設的重中之重。隨著計算機網絡技術的快速發展和公路信息化對數據中心需求的不斷提升，原有數據中心的高能耗和低靈活性以及服務器和存儲資源的利用率低等弊端日益顯現。服務器和網絡設備硬件的故障會直接導致系統宕機或服務中斷，系統崩潰后的恢復時間長，數據丟失風險高。原有的數據中心缺少一個統一的設備管理、調度平臺，應用系統分布在多個互相獨立硬件服務器上，難于有效地集中管理。服務器雖然很多，但設備之間相互孤立，總體利用率很低。忙碌的設備不堪重負，閑置的設備資源儲備過多，相互之間無法支援和共享。存儲設備被分配到互相孤立的服務器上，存儲資源同樣得不到有效的利用，同時，還存在存儲資源利用率低和資源數量不足的問題。按粗略估算，淮安公路處數據中心的運營成本中，電費占到實際運營成本的40%以上。一方面，服務器資源難以得到有效利用，另一方面，業務需求導致服務器數量不斷增加，消耗了更多的電力，同時，還對空調和供電等設備提出了更高的要求，導致電力消耗迅速增長。隨著公路信息化應用的不斷深入，數據庫、視頻圖像及文檔資料等公路數據資源快速積累，數據量已經達T級。龐大的數據量和未來增長需求使原有數據中心場地和設備面臨很大的壓力。面對公路數據中心的種種困境，急需對其進行各項資源整合以提高效率。虛擬化技術是計算機技術的又一次創新，通過在計算機體系結構中劃分出一個新的虛擬化層，采用動態分配的方式提高計算機硬件的利用率，為資源整合提供了新思路。

二、服務器虛擬化技術

虛擬化是一個廣義的詞，是為某些事物創造的虛擬（相對于真實）版本，比如操作系統、計算機系統、存儲設備和網絡資源等。它是指計算機元件在虛擬的基礎上而不是在真實的基礎上運行，是一個為了簡化管理、優化資源的解決方案。服務器虛擬化是將系統虛擬化技術應用于服務器上，將一個服務器虛擬成若干個服務器。服務器虛擬化使得單一屋里服務器上可以運行多個虛擬服務器，為虛擬服務器提供了能夠支持其運行的硬件資源抽象，包括虛擬BIOS、虛擬處理器、虛擬設備與I/O，并為虛擬機提供了良好的隔離性和安全性。思杰的XenServer是一款基于Xen hypervisor的開源虛擬化產品，它為客戶提供了一個開放性架構，允許客戶按照與自身物理和虛擬服務器環境相同的方法來進行存儲管理，其管理工具CUI是其最大的亮點。同時，XenCenter是一種虛擬化圖形接口管理工具，可在同一界面，管理多臺的XenServer服務器。管理上，通常會先在XenCenter建立一個服務器群組（Pool），然后將位于同一機房內的XenServer服務器加入。微軟的服務器虛擬化軟件Hyper-V是微軟提出的一種系統管理程序虛擬化技術，是微軟第一個采用類似Vmware和Citrix開源Xen一樣的基于hypervisor的技術。Hyper-V設計的目的是為廣泛的用戶提供更為熟悉以及成本效益更高的虛擬化基礎設施軟件，這樣可以降低運作成本、提高硬件利用率、優化基礎設施并提高服務器的可用性。

三、服務器虛擬化的實現

遼寧省高速公路聯網數據中心虛擬化服務器基于PC服務器架構，以虛擬化技術為基礎，形成應用服務器與存儲資源池，采用虛擬化控制平臺進行統一的管理。主要由控制平臺、服務器資源池、存儲資源池以及數據交換、存儲網絡四部分組成。第一是控制平臺。主要為服務器虛擬化控制軟件，具體功能如下：對整個虛擬化平臺進行管理監控，是整個系統的管理端；對基礎軟硬件進行狀態監控和性能監控；對虛擬化服務器劃分等進行設置管理，包括分配CPU、內存、存儲空間等；對基礎軟硬件異常情況觸發報警，提醒用戶及時維護問題設備；對基礎軟硬件資源進行長期的統計分析，為高層的資源調度提供決策依據。第二是服務器資源池。通過部署一批X86高性能服務器，并在每個服務器上安裝虛擬化軟件，將所有物理服務器上的CPU和內存等資源解放出來，匯集到一起，形成CPU、內存等資源池。主要提供對應用透明的計算資源，為應用軟件提供按需配置的運行環境，整合提高物理服務器資源利用率，并保證業務應用的可靠運行。同時，實現服務器計算機資源的按需分配，將虛擬機合理均衡地分配到現有的物理服務器上。第三是存儲資源池。通過部署若干存儲設備，并進行池化，實現存儲資源的按需分配和彈性伸縮.支撐大規模的存儲聚合與數據訪問。第四是數據交換、存儲網絡。在整個虛擬化服務器、存儲組建網絡中，需要將交換機接口劃分為業務VLAN區和管理VLAN區，并按業務系統網絡分類，將業務VLAN區劃分為多個VLAN段。根據實際運營需求，將實體機與存儲劃分為多個業務區，并接入核心交換機相應接口。在實現虛擬資源池可管理的同時，保證各業務系統網絡的互連互通。

參考文獻：

[1]張揚.基于云計算的公路數據中心設計與實現[J]，企業文化，2016.

[2]李鷗.物聯網的基石——云計算[J]，科技與企業，2015.