虛擬化技術在數據中心的應用

張恬

摘要：該文通過對數據中心現狀的分析，指出具有人員配備、資源利用率、安全隱患和數據備份方面的問題，并分析對比了現行主流的虛擬化軟件，選定VMware作為數據中心的虛擬化軟件。討論了使用VMware虛擬化技術帶來的改觀，不僅降低了運行維護的工作量，對服務器出現的問題響應速度也加快，提高了數據中心的資源利用率。由于VMware本身的高可用性，簡化了應用系統的遷移備份，整體降低了數據中心的運行成本，提高了管理運維水平。

關鍵詞：數據中心;VMware;虛擬化

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0256-02

隨著高校信息化建設的不斷發展，數據中心內的應用系統、存儲設備日益增多，數據中心機房內的機房環境改造的成本費用也水漲船高。為了使得數據中心內服務器的穩定運行，網絡中心為數據中心提供了不間斷電源、網絡帶寬和安全防護等運行支撐環境。高校應用服務具備下列共同特點：1）應用系統種類繁多，系統環境配置復雜，對操作系統和數據庫功能要求各不相同;2）服務器存放在學校數據中心由信息化部門統一管理，而不同的應用系統分由各二級學院或部門管理;3）一臺物理服務器只安裝一個應用系統或軟件;4）數據中心內服務器資源不平衡，有的服務器因為運行的應用系統占有資源小，造成了極大的浪費，而有的服務器運行的應用系統占有資源大，后期擴容又無法找到適應件而滿負荷運行。這些特點導致數據中心在管理和維護服務器時面臨人員配備、資源利用率、安全隱患和數據備份方面的問題。而這些問題的解決成為數據中心建設的首要考慮因素，虛擬化技術的應用可較好地解決當前數據中心面臨的一系列問題，為數據中心服務器部署提供了一種新的解決方案。

1 數據中心服務器管理面臨的問題

1）人員配備：數據中心物理服務器數目大而且服務器種類繁多，這就導致需要數據中心運維管理人員人數要足夠，但現實是人數不足，而種類和數量的多樣性也導致對人員的技術要求更高，系統恢復時間也相應比較長，所以物理服務器這種需要投入大量人力、物力模式的運維方式有待改進。2）資源利用率：物理服務器一般都是一臺服務器對應一項應用系統，這會導致服務器的資源利用率很低，而運行服務器的空間資源和成本資源并沒有降低。3）安全隱患：數據中心作為學校的核心設備存放地，數據中心的網絡安全保障了校園網的平穩運行。而數據中心防病毒手段薄弱，造成了極大的安全隱患。4）數據備份：數據中心的數據備份方式比較簡單，只是單一進行，并無法做到服務器宕機或者文件丟失后對數據進行恢復和實時備份。而且服務器種類和操作系統的繁多也給系統備份和快速恢復造成了很大的困難。

2 服務器虛擬化技術的研究

2.1 虛擬化技術實施考慮因素

數據中心使用虛擬化技術，并不是單純的采購設備進行建設即可，而是需要充分評估可行性，主要影響因素有包括五種：1）應用系統的需求：采用虛擬化技術一方面是為了優化物理空間的占有，另一方面是對現有應用系統資源的整合，應用系統對設備的要求主要體現在對硬盤、CPU、內存大小的要求，而將物理服務器里面的應用系統對虛擬機的服務器進行遷移，要滿足基本的設備要求，但是像視頻服務器這類存儲空間占有比較大的應用并不適合遷移至虛擬機，可以對現有的物理服務器整合，擴大硬盤和內存容量等。2）物理服務器數量：數據中心虛擬化也并不是一蹴而就的，具體來說并不需要將所有的物理服務器全部淘汰，虛擬化技術的使用也是對原有服務器的梳理過程，可以根據應用系統和服務器采購年限等各方面的因素考慮，將有必要的應用系統遷移至虛擬機中，對剩余的服務器運行時間過長的無使用價值老舊服務器進行資產報廢，而較新的服務器進行整合，看是否可以掛載成為新的虛擬資源池增加存儲空間。3）操作系統類型：原有數據中心并不是只有單一的操作系統，虛擬化技術的上線要考慮多種操作系統并存的問題。4）選擇何種虛擬化技術：可以根據市場占有率和各種不同性能指標進行對比，選出最適合現行數據中心架構的虛擬化技術。5）費用：要和學校的實際情況相結合，對各種性能比對后，采用性價比最高的。

2.2 虛擬化平臺比較

通過調研，虛擬化服務方面的主流供應商主要有VMware，Microsoft和Citrix，且應用最廣泛的產品版本分別為VMware vSphere 5.0、Hyper-V R2和Xen Server，就相關機構對這三家的市場份額調研數據顯示，VMware公司、Microsoft公司和Citrix公司的市場占有率分別為65%、27%和6%。[1，2]對三家公司的虛擬化技術性能與功能方面而言，VMware公司一般采用VMwarevSphere5.0，可以完全虛擬化，對軟件和操作系統的兼容性都很高，Microsoft公司一般采用Hyper-VR2，支持半虛擬化，對軟件和操作系統的兼容性低，Citrix公司一般采用XenServer，支持半虛擬化，對軟件和操作系統的兼容性低。

通過上述數據對比可以看出VMware公司的虛擬化技術更符合數據中心目前架構，它的這種高可用性和適應性對數據中心以后設備的擴充可以無縫對接。

2.3 VMwareServer虛擬機軟件

VMwarevSphere將應用程序和操作系統從底層硬件中分離出來，可以使得應用程序看到專有資源，而服務器則可以在資源池內進行管理，根據業務的不同，分配不同的服務，在虛擬服務平臺上對服務器、存儲等進行虛擬化，利用虛擬技術進行服務器的新建、備份和遷移等操作[3，4]。

VMware vSphere系統架構主要包括VMware vCenterServer管理中心、應用程序服務、基礎架構服務和云服務。1）VMware vCenterServer管理中心相當于整個系統架構的總控中心，通過管理硬件服務器可以同時管理虛擬機服務器，有兩種方式可以完成管理，一種是通過Web端，另一種是通過客戶端，都可以實現虛擬服務器的開關機、故障監控、日常維護等操作，獨立出來的虛擬機就相當于原來的物理服務器，虛擬機之間相互獨立運行，每個虛擬機內的應用系統不同，而用戶體驗和物理服務器體驗一樣。2）VMware vSphere應用程序服務包括在線遷移、高可用性和安全可擴展的功能優勢。所有虛擬機在運行過程中，如果發生資源緊張或需要調整虛擬機時，VMwareDRS會根據對存儲系統的動態管理，實現虛擬機的在線遷移，遷移的實現是用VMwareVMotion控件實現的，可以避免數據流量過大產生死機的現象。VMware vSphere應用程序服務實現了對虛擬機本身和其存儲的動態遷移，保障了服務連續性和數據一致性。3）VMware vSphere包含了三個基礎功能架構分別是：vCompute（計算資源）、 vStorage（存儲資源）和vNetwork（網絡資源）[3，5，6]。通過這三大功能組件VMware vSphere才能將原來的硬件資源虛擬化后，用來服務應用系統。4）云服務，即有公有云、私有云和混合云。云服務可以通過系統內獲得和系統外獲得，具體來說系統內獲得即為學校自己的數據中心的資源，系統外獲得即為第三方的云資源，例如阿里云、百度云等。

3 虛擬化數據中心建設的主要內容

數據中心采用高性能的服務器機箱，內含14把刀片服務器，同時配置大容量光纖存儲作為硬件平臺架構基礎。通過VMwarevSphere5.0企業級虛擬化軟件作為硬件服務器和存儲的整合管理平臺，對硬件資源進行虛擬化動態管理進行資源調配。增加虛擬化后，數據中心架構拓撲如圖1所示。

虛擬機管理優于傳統物理服務器，傳統服務器使用本地遠程訪問，VMware虛擬技術管理不僅可以通過客戶端管理和監控虛擬機，也可以通過Web方式。通過Web端進入管理界面可以看到所建立的虛擬機，每個虛擬機的狀態、置備的空間、已用空間，主機cpu、主機內存等信息都可以查看，如下圖2所示。

Web端同樣完成了對虛擬機的基本操作，例如新建虛擬機、導入虛擬機、給現有的虛擬機加大硬盤容量掛載硬盤、對運行中的虛擬機進行調試安裝等操作。與客戶端操作都相同，給不熟悉客戶端操作的用戶提供了便捷。VMware虛擬機平臺的快照功能，可以對運行中的虛擬機進行快照操作，快照功能執行時，對整個虛擬機的運行實施實時數據備份，生成快照文件，而到虛擬機發生狀況后，便可啟動快照恢復，即可恢復至停機時的服務。數據中心虛擬化前后，CUP利用率在虛擬化應用前以10%以下居多，虛擬化后可達到65%，并可以繼續增加;服務器的響應速度方面，虛擬化前根據服務器性能的不同而不同，虛擬化后響應速度快;服務器維護方面，虛擬化前單機維護而且工作量大，虛擬化后平臺維護簡單方便，對管理水平要求高;能耗方面虛擬化前能耗高，虛擬化后能耗低。

4 結論

虛擬化技術在我校數據中心的應用，是一次技術的創新，達到了減少硬件成本、提高資源利用率、降低能耗的目的。本文通過對數據中心現狀的分析，對現行主流的虛擬化軟件對比，選定VMware作為數據中心虛擬化軟件。數據中心虛擬化的應用使得維護工作量降低，對服務器狀況的響應速度加快，而應用系統的遷移、備份等都不受硬件設備限制，更有利于管理與維護。下一步打算更深一步的研究數據中心的虛擬化，加大容災備份力度，使得機房運行狀態更加完善。

參考文獻：

[1] 徐英根.基于MINA的虛擬化管理平臺的研究與應用[D].南昌：南昌大學，2013.

[2] 施慶.基于VMware vSphere的高校數據中心虛擬化建設研究[D].上海：復旦大學，2012.

[3] VMware Corporation.VMware white paper：virtualizationoverview

[EWOE].http：//www.vmware.corn/solutions.

[4] 武佳寧.基于VMware vSphere的數據中心服務器虛擬化解決方案[J].微型電腦應用，2016，32（9）：32-34.

[5] 黃建忠，張瀘寅，裴嘉欣.網絡安全虛擬仿真實驗教學體系設計[J].實驗室研究與探索，2016，35（10）：170-174.

[6] 劉丹.虛擬化數據中心網絡研究[J].電腦知識與技術，2017，13（31）：50-52.