基于vSphere的高校數據中心虛擬化構建

李 勇， 楊華芬

(曲靖師范學院 信息工程學院， 云南 曲靖 655011)

近年來，隨著高校信息化建設進程的加快，校園網內增加了許多不同類型的信息管理系統，如教務管理系統、圖書管理系統、人事管理系統、財務管理系統、OA辦公自動化系統、資產管理系統、科研管理系統等。隨著教學管理與運行方式的改變，類似于目標考核管理系統、實驗教學平臺、學生宿舍管理系統等應用服務的需求也將增加，再加上教學對桌面環境、資料存儲與共享的應用需求，一所高校需要購置幾十臺專用服務器并建立專門的數據中心，才能滿足校園網內用戶的多種需求。實現幾十臺服務器高效管理與運行，盡可能地減少運行維護成本、降低能耗、提高設備使用率、方便用戶使用，是建立數據中心的過程中需要解決的一個重要問題[1]。采用Vmware vSphere虛擬化技術對服務器進行虛擬化部署，可以很方便地進行服務器的日常管理和升級維護，能夠減少服務器日常管理運行成本和后期新增服務器的成本。對服務器進行虛擬化之后，管理員可以根據用戶需求從資源池中為用戶靈活分配CPU、內存、存儲空間等硬件資源，既能夠更好地滿足用戶的需求，又能提高服務器的利用率[2]。除此之外，對服務器進行虛擬化構建之后，還可以快速、方便地為用戶創建虛擬主機，為用戶提供遠程桌面環境。用戶通過遠程桌面登錄虛擬主機，即可部署各種應用環境，極大地方便了用戶的使用，是從技術上解決服務器高效管理與運行的有效方案[3]。

1 vSphere虛擬化技術簡介

市場上主流的虛擬化技術有VMware vSphere、RedHat KVM、Citrix XenServer、Hyper-V[4]。VMware vSphere虛擬化技術以其虛擬化程度高、跨平臺且兼容性強、存儲服務方式靈活等優點而被廣泛使用[5]。

VMware vSphere提供了一整套用于對服務器資源進行統一配置、集中管理的虛擬化解決方案，主要由VMware Esxi、VMware vCenter、vSphere Client等幾部分組件構成。其中，VMware Esxi是一款安裝在服務器上的linux版網絡操作系統，是整個虛擬平臺的資源宿主機，主要用于支持虛擬網絡、存儲管理、內存CPU資源調度等相關功能；VMware vCenter是一個強大的宿主機和虛擬機集中管理組件，是整個虛擬化平臺的控制管理中心；vSphere Client則是一個遠程登錄與管理的客戶端組件，可以為用戶登錄vCenter控制管理中心，或者直接登錄宿主服務器提供友好的可視化操作視圖。

2 虛擬化構建

2.1 環境構建

曲靖師范學院信息工程學院數據中心采用vSphere技術方案進行虛擬化部署，其環境建設的拓撲結構如圖1所示。

圖1 數據中心環境建設拓撲結構

數據中心的工作環境主要包括基礎運行條件、網絡運行環境、服務器集群和存儲器空間的擴展。

(1) 基礎運行條件。數據中心是整個教學資源存儲的中心，設備需要全年24小時開機運行，要求有穩定的供電電源、空間恒溫恒濕、防靜電干擾，因此，對機房鋪設專用防靜電、防塵地板，安裝了機房專用穩壓電源和艾默生DME12WT1精密空調。

(2) 網絡運行環境。為保證校園網內的用戶可以高速訪問數據中心的資源，采用1 Gbit LAN光纖接入校園網絡，使用2臺DS300光纖通道交換機組成冗余光纖通道協議存儲區域網絡，用于保障數據中心服務器集群內的數據存儲速率和安全性。

(3) 服務器集群。使用數據中心現有的8臺服務器來構建虛擬化平臺服務器集群，其中4臺為DELL T710塔式服務器，每臺有2個處理器插槽、8個型號為Intel Xeon E5506的2.13 GHz CPU、16 GB機身內存、2 TB硬盤存儲空間；另4臺為HP ProLiant DL388 Gen9機架式服務器，每臺有2個處理器插槽、12個型號為Intel Xeon E5-2609 v3的1.9 GHz CPU、32 GB機身內存、2 TG硬盤存儲空間。除此之外，8臺服務器中都配有4個網絡接口卡，為服務器連接網絡提供足夠的冗余接口。

(4) 存儲器空間的擴展。為了盡可能地給用戶提供更大的數據存儲與備份空間，同時又提高資源服務中心內部主機之間數據交換與遷移的速率，在服務器機身提供的16 TB硬盤存儲空間的基礎上，添置有1臺型號為VNX5400的EMC統一存儲器，用于擴展存儲空間。VNX5400中安裝有21×400 GB企業級固態硬盤和4×1.2 TB機械硬盤，企業級固態硬盤和機械硬盤混合搭配使用，既保證了獨立存儲的空間，又保證了服務器到存儲設備之間的數據傳輸速率。

2.2 虛擬化步驟

基于虛擬化平臺構建數據中心的過程可以概括為以下個幾步驟。

步驟1:根據數據中心運行的服務器、存儲設備等對運行環境的要求，完成校園網的接入、光纖通道存儲區域網的構建、空調及防塵防靜電地板等的安裝改造。

步驟2:在選擇的8臺服務器上安裝VMware Esxi 5.5，構建服務器集群的宿主機，根據數據中心的IP規劃給服務器配置好網絡連接，使用其接入校園網和光纖通道存儲區域網，服務器的安裝部署過程可參考文獻[6]。

步驟3:將VNX5400存儲器載入宿主服務器，以擴展服務器的存儲空間，在宿主服務器中掛載存儲的詳細過程參見文獻[7-8]。

步驟4:用一臺VMware Esxi宿主機創建一個虛擬主機，并在該虛擬主機安裝配置VMware vCenter虛擬化管理中心和管理登錄端組件vSphere Client，以方便管理員遠程登錄vCenter中心管理虛擬化平臺。然后再通過Client客戶端登錄vCenter中心完成主機的添加、新建數據中心、新建群集等部署操作[9-12]。

步驟5:構建虛擬主機模板，通過模板克隆功能為用戶分配虛擬主機，為用戶使用服務器中的資源提供虛擬桌面應用環境。

2.3 虛擬化效果

經過上述虛擬化部署之后，登錄vCenter中心，可以看到如圖2所示的虛擬化平臺使用效果。

圖2 虛擬化平臺使用效果

從圖2可以看出，該虛擬化平臺包含8個主機、80個處理器、9個數據存儲、1個群集以及64個虛擬機和模板。群集中啟用了vSphere DRS容錯機制和vSphere HA虛擬主機遷移機制，包括159 GHz CPU資源、197.46 GB內存、18.20 TB存儲的硬件資源池，用于支持64個虛擬機和模板運行時對硬件資源的需求。

從上述構建過程可知，虛擬化平臺采用了1 Gbit LAN光纖接入校園網絡和光纖通道協議存儲區域網絡，可以實現對服務器管理的遠程操作。管理員不需要每次都進入機房對服務器進行管理操作，且可以對所有服務器中的硬件資源構建資源池進行集中調配使用。因此，從使用的效果上來看，該平臺具有管理方便、資源配置使用靈活、網絡冗余安全性高、服務器與存儲設備之間數據傳輸速度快、節能省電等優點。但是，由于構建成本等因素的限制，曲靖師范學院的虛擬化平臺數據中心目前只整合了8臺服務器和存儲設備，資源池中的CPU、內存、存儲空間等硬件資源相對不足，只能夠支持本部門60名教師的日常教學使用。因此，它服務的用戶面還較窄，且在服務器之間進行虛擬主機的克隆與部署時速度較慢。

3 結語

基于vSphere虛擬化技術構建的數據中心克服了服務器單臺運行管理方式的許多缺點，是一種提高服務器使用效率、方便管理的有效技術解決方案。虛擬化平臺的數據中心的構建在技術和使用層面有很大優勢，其存在的不足之處需要進一步完善。

References)

[1] 楊小紅.高校服務器虛擬化策略與管理[J].計算機與網絡，2017，43(2):110-112.

[2] 王柯柯.基于云計算的高校虛擬化實驗室建設研究[J].實驗科學與技術，2015，13(5):41-42..

[3] 孟凡立，孫榮，徐明.高校虛擬化數據中心建設探索[J].實驗室研究與探索，2012，31(12):62-66.

[4] 溫荷，萬里.基于KVM的云桌面虛擬化實驗設計[J].實驗技術與管理，2016，33(5):132-134，142.

[5] 韓寶剛.虛擬化技術在存儲系統中的應用研究[J].計算機與網絡，2008(24):49-51.

[6] 許娜.基于VMware ESX Server的實驗教學平臺建設[J].實驗室研究與探索，2011，30(9):202-205.

[7] 何鵬.淺談VMware Esxi主機掛載存儲解決方案[J].信息系統工程，2016(4):105-106.

[8] 高小伍，黨齊民，林晨.校園網存儲體系的研究與實現[J].實驗技術與管理，2011，28(4):314-316.

[9] 舒慧東.基于虛擬技術的實驗室融合[J].實驗室研究與探索，2011，30(9):206-209.

[10] 王凡，陳純煉.基于桌面云的高校計算機實驗室組建與管理[J].實驗科學與技術，2015，13(3):190-193.

[11] 姜昌金，陶樺，黃琦，等.桌面虛擬化技術在校園網環境的應用[J].實驗技術與管理，2011，28(5):103-105.

[12] 趙迎春.桌面虛擬化在圖書館的應用[J].情報科學，2012(2):82-84，95.