虛擬化技術在業務中的設計與應用

賈東+李鹿

摘要：近年來，在氣象科技化的帶動下，氣象信息中服務器虛擬化保持了較快增長，服務器虛擬化也已成為氣象用戶IT基礎架構管理的“標配”，服務器虛擬化經過多年的發展，已經演變的相對成熟起來，隨著數據中心理念的提出，更加強調氣象內部各類硬件的虛擬化統一調度和運維。虛擬化從單一的服務器虛擬化擴展到全IT基礎架構的虛擬化融合，包括計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、安全虛擬化技術等，來構建真正意義上的全虛擬化數據中心。我局通過虛擬化資源池的建設，提高了硬件資原利用率，合理的按需分配資源，為氣象現代化建設奠定了堅實的基礎。

【關鍵詞】虛擬化 共享存儲 虛擬網絡

1 虛擬化建設思路與原理

通過使用CAS虛擬化管理平臺，可以把老舊服務器加入到資源池中，實現對現有新、舊硬件資源的統一管理與分配，對現有硬件服務器實現集群化管理。通過采用優化后的高性能集群文件系統，支持SAN/iSCSI/NFS等存儲協議，可以允許不同的服務器訪問同一虛擬機磁盤文件實現對硬件資源的整合與統一調度管理進一步實現對數據資源的分布存儲，提高數據存儲效率。并且通過備份虛擬機的建立，實現了對數據的異地備份功能，保證數據完整性。并且可以對多個業務系統進行虛擬機的建立，在某個系統出現問題時，可實現快速恢復與切換，圖1為總體框架圖。

2 虛擬化技術路線

2.1 軟硬件設備的選擇

通過CAS虛擬化平臺的建立，實現對數據中心內的計算、網絡和存儲等硬件資源的虛擬化管理。根據業務需要，CAS虛擬化平臺支持對計算資源、網絡資源、存儲資源進行按需分配。對計算資源的分配通過虛擬CPU和虛擬內存的資源限額與資源預留技術來實現，網絡資源的分配通過虛擬交換機的QoS功能來實現，而存儲資源的分配則通過虛擬機磁盤IOPS （Input and Output Per Seconds，每秒I/O次數）和吞吐量的限速功能來實現。通過這些技術來滿足SLA（Service-Level Agreement，服務等級協議），確保高優先級的虛擬機具有更良好的計算、網絡和存儲性能，避免虛擬機之問的“臨位干擾”效應。硬件設備選擇上，根據我局的實際情況與業務需求，選擇兩臺R390X系列服務器，硬件資源包括320G內存、64核CPU。

2.2 主要技術指標

平臺依附于KVM架構，是Linux內核的一部分，致力于與內核本身進行深度集成，完全可以重用Linux內核中已經完善的進程調度、內存管理、I/O管理等代碼。并且可以長期享受Linux內核技術不斷成熟和進步的好處，優化KVM的實現。通過虛擬資源池的建立，融合計算、網絡、存儲、安全資源的虛擬化，形成彈性的數據中心資源池，實現資源的自動化調度，更好地為上層應用服務。虛擬化后，虛擬機之問完全隔離，具有獨立的CPU、內存、磁盤I/O、網絡I/O，任何一個虛擬機發生故障，同一物理機上的其他虛擬機不受影響，且不同虛擬機問操作系統可以異構。

3 虛擬資源池的搭建

3.1 服務器的虛擬化

通過CAS虛擬化軟件的使用，可以將一臺物理服務器虛擬成多臺虛擬服務器。本次配置R390X G2服務器，每臺可虛擬6-10臺虛擬機。在實際業務中，根據不同平臺和系統對硬件的需求，動態按需分配硬件資源，實現對CPU數量、內存、存儲容量的分配，達到集約化管理的目的。另外，通過對系統的擬化，可以實現服務器備份功能，避免了實體機備份時對硬件資源的占用和浪費，可達到隨時切換備份的功能，提高我局對業務系統應急備份的保障能力。

3.2 動態資源的調度

在虛擬化環境中，一旦用戶將應用整合到資源較少的物理主機上，虛擬機的資源需求往往會成為瓶頸，全部資源需求很有可能超過主機的可用資源。虛擬化平臺提供的動態資源調度特性引入一個自動化機制，通過持續地平衡容量，將虛擬機遷移到有更多可用資源的主機上，確保每個虛擬機在任何節點都能及時地調用相應的資源。即便大量運行SQL Server的虛擬機，只要開啟了動態資源調度功能，就不必再對CPU和內存的瓶頸進行一一監測。全自動化的資源分配和負載平衡功能，也可以顯著地降低數據中心的成本與運營費用。動態資源調度功能通過心跳機制，定時監測集群內主機的CPU和內存等計算資源的利用率，并根據用戶自定義的規則來判斷是否需要為該主機在集群內尋找有更多可用資源的主機，以將該主機上的虛擬機遷移到另外一臺具有更多合適資源的服務器上，或者將該服務器上其它的虛擬機遷移出去，從而保證某個關鍵虛擬機的資源需求。

3.3 分布式存儲系統

CAS虛擬平臺融合了計算的虛擬化和存儲的虛擬化，在提供虛擬計算資源的同時，服務器上的空閑磁盤空間也被虛擬化成一個統一的存儲資源池，形成可橫向擴展（Scale-out）的云計算基礎架構。通過vStor分布式存儲系統，無需購買專用的存儲以及SAN網絡設備，整個數據中心架構得以扁平化，大大簡化了IT運維和管理，同時降低能源消耗，實現IT環境的節能減排。

3.4 虛擬池的網絡結構

虛擬資源池是運行在我局業務內網中，可通過虛擬集群服務器的硬件物理網口直接連到核心交換機接入業務內網。另外，對于虛擬池中需要雙網接入的服務器，需在虛擬機上修改網絡設備，進行多網卡的增加，再通過接入路由器設備進行多地址的映射與路由轉發設置，實現多路由的鏈路訪問。對于多業務平臺的流量限制方面，可通過虛擬平臺的虛擬交換機進行配置。可配置劃分出多個VLAN，使不同鏈路接入互相不影響。網絡拓撲結構如圖2。

4 結論

虛擬化技術的引入有效的支持了我局氣象科技化發展，對實現我局智慧氣象建設具有重要意義。通過虛擬化資源池的建設實現了對數據中心內的計算、網絡和存儲等硬件資源的虛擬化管理，對上層應用提供自動化服務，對氣象科技化建設奠定了堅實的基礎，為提高全局服務器利用率有明顯作用，彌補了老化服務器存在的安全隱患，減少硬件設施投入，具有一定的經濟和科技效益。

參考文獻

[1]葉可江，吳朝暉，姜曉紅，何欽銘.虛擬化云計算平臺的能耗管理[J]，計算機學報，2012（06）.

[2]李亞瓊，宋瑩，黃永兵.一種面向虛擬化云計算平臺的內存優化技術[J].計算機學報，2011（04）.

[3]林闖，孔祥震，周寰.增強計算系統可信賴性：融合虛擬化和SOA[J].軟件學報，2009（07）.

[4]劉文志.網絡虛擬化環境下資源管理關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2012.

[5]楊洪波.高性能網絡虛擬化技術研究[D].上海交通大學，2012.endprint