高校服務器虛擬化建設方案研究

◆王彥超

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高校服務器虛擬化建設方案研究

◆王彥超

(平頂山教育學院計算機系 河南 467000)

本文針對目前高校校園網服務器部署中出現的問題，通過整合多種虛擬化系統，以減少學校服務器數量，提高利用率，增加系統運行的穩定性，并結合自身學校特點提出一套基于虛擬化技術的服務器建設方案，實現服務器自動化管理。

高校；校園網；服務器虛擬化；方案設計

1 高校數據中心存在的問題

隨著信息化技術的發展，高校不斷增長且集中的業務對 IT 信息部門的要求越來越高。目前在數據中心機房，很多都還是傳統的數據中心建設方案，從硬件設施、數據中心負載、應用部署管理以及故障維護，數據安全備份等都是通過人工的靜態方式進行，整個IT架構擴展性相對差，應用系統形成孤島，無法交換和互通，面對不斷擴展的應用，傳統的數據中心和管理方式面臨著各種問題。

1.1 服務器資源利用率低

學校業務系統繁多，如網站系統、教務系統、科研平臺等，需要大量的服務器等基礎設備。不同業務應用耗掉的資源不均衡，數據庫服務對磁盤要求高，FTP對容量要求高，計算型應用對CPU和內存要求高，不均衡的部署方式導致物理服務器資源利用率不均衡；另外，除了部分應用在周期內存在訪問高峰，很多時間都處在空閑的狀態，導致很多學校數據中心服務器資源平均利用率在15%~30%左右。

1.2 服務器資源分散，管理維護困難

隨著高校業務的不斷增長，數據中心服務器數量逐年增長，每臺服務器搭建一個應用，不僅資源分散，而且無法有效地進行集中管理，升級和維護。

1.3 服務器老化，應用不穩定，軟件兼容性沖突，業務系統停機中斷

出于成本考慮，部分數據中心會將多個非核心應用搭載在一臺物理服務器上。由于業務性質的差異性，大量的教學和管理業務安裝在不同系統、不同平臺上，很難統一部署和管理，以至于軟件不能正常使用，業務系統穩定性也得不到有效保證。

傳統管理模式硬件維修時需要停機，影響了教學業務中斷，特別是一些重要以及一些24小時不中斷的應用，如教務系統、重要的網站系統等。此外還有視頻應用或大流量訪問帶來的網絡堵塞問題，新應用的上線部署時間久、周期長、業務擴展困難，臨時環境搭建耗時耗力。隨著教學的不斷發展，新的業務系統在學校的使用會越來越多，不管是教學系統、財務系統、web應用、視頻應用等，都需要硬件服務器來支持，而利用傳統的方式，硬件的采購周期加上軟件環境的搭建周期，整個系統的部署時間少則一周，多達一月，上線時間長。

2 服務器虛擬化優勢

2.1 服務器虛擬化原理

服務器虛擬化：就是將一臺服務器硬件資源邏輯上分成若干臺功能相互獨立的服務器，或者讓幾臺服務器變成一臺服務器來用，從而提簡化系統管理，實現服務器有效整合。讓服務器加載更多的業務，更能適應高校不斷增長和變化的業務需求——這就是服務器的虛擬化。服務器虛擬化圖如圖1所示。

2.2 服務器虛擬化的優勢

利用服務器虛擬化技術將服務器硬件資源按需分配到多個虛擬機上，每個虛擬機配置不同的應用功能，實現了在一個服務器上運行多個操作系統，操作系統可以跨平臺安裝WINDOWS、linux或Unix等操作系統。每臺虛擬機上的系統和應用都相對獨立。當學校需增新應用程序時，可以在物理服務器上迅速劃分和增加若干臺虛擬機，在不添加和購買服務器的情況下，就可增加業務模塊，實現學校新的應用需求。與傳統服務器部署模式相比較，有顯著技術優勢，有較大擴展前景。總體來看，服務器虛擬化能帶來的好處主要有以下幾個方面：

圖1 服務器虛擬化原理圖

（1）通過技術整合，盡量減少學校采購新服務器；

（2）簡化服務器的配置、管理和維護工作，降低管理難度；

（3）通過共享服務器的運算，提升服務器的利用率。通過技術整合，各種成本都有一定的節省，降低能耗：每臺服務器每年大約可節約3000到5000元費用；

（4）通過動態資源配置，可動態管理業務，如增刪和修改業務；

（5）支持服務器應用快速遷移，支持復制虛擬機，提供一種簡單便捷的災難恢復解決方案；

（6）節省空間，利用虛擬化技術大大減少了服務器和各種硬件資源的數量和節省了空間；

（7）提高基礎架構的利用率。支持不同操作系統，支持新應用功能快速添加。通過將基礎架構資源池化實現多個虛擬機共享物；

（8）減少宕機事件，提高穩定性和可用性，系統即時更新，不需要停機。利用虛擬化技術可將操作系統和應用從服務器硬件設備隔離開，病毒與其他安全威脅無法感染其他應用。支持虛擬機應用遷移，遷移過程中不會出現宕機事件。

3 服務器虛擬化的應用

3.1 校園網服務器虛擬化解決方案和架構

服務器虛擬化解決方案：

根據目前多數高職院校校園網的需求情況，配置2-4臺較新的基于多核CPU技術的高性能服務器，并把原有的舊服務器進行硬件升級，同時每個服務器上都安裝配置VMware 最新軟件，生成多個虛擬服務器，有些平臺需要安裝Linux系統（比如我院采購的電商平臺軟件），使用單獨一臺服務器，其他四個應用安裝Windows系統，每個功能對應一臺虛擬服務器，配置安裝相應的軟件系統，四臺虛擬機之間相互獨立運行，每一個虛擬機可以自行升級、啟動，不會影響到其他虛擬服務器，完美地實現了服務器虛擬架構的整合。

配置光纖存儲陣列和冗余的光纖交換機，配置共享存儲，組成標準的SAN集中存儲架構，數據集中備份。虛擬化共享存儲架構如圖2所示。

圖2 VSAN虛擬化共享存儲架構

虛擬架構主體部分：建議方案主體部分是采用安裝VMware軟件的高性能服務器。如圖3所示。VMware ESX Server直接安裝在物理服務器上，通過虛擬化技術把大量虛擬機硬件資源進行整合優化，實現資源共享。通過高級資源管理、提高了可用性和安全穩定性。部署4-5個服務器的高校虛擬化架構設計如圖4所示。

圖3 基于VM的服務器虛擬化拓撲結構

圖4 4-5個服務器的虛擬化架構圖

3.2 服務器虛擬化整合實施步驟

分為調研與評估：調研服務器運行情況，確定服務器整合范圍，分析虛擬化整合成本，評估整合效率與收益。

整合方案設計：制定詳細的設計方案，按步驟實施，制定安全的測試計劃，制定可靠的遷移計劃。

實施與集成：測試虛擬化整合方案，安裝硬件與軟件，配置基礎虛擬化架構，提交項目實施文檔。

驗收與運維：試運行維護，監控系統性能，改善系統配置，優化管理流程，校園網服務器虛擬化管理。

（1）服務器虛擬化整合實施步驟如圖5所示。

圖5 服務器虛擬化整合實施步驟

（2）服務器整合效果示意圖如圖6所示。

圖6 服務器虛擬化整合實施步驟

系統整合不是一個獨立的工作，也不是簡單地通過一個高性能，大容量的硬件替換原有設備，將應用簡單疊加的問題。它與高校信息信息化建設緊緊相連，必須嚴格遵循企業信息化規劃整體框架。同時系統整合也將解決，高校信息化建設初期以項目為中心，應用與服務器采購綁定，各項目獨立設計會給高校帶來一大堆利用率極低的服務器問題。整體設計會促進并且修正原有信息化規劃中對于服務器方面規劃的不足與缺陷，同時可以制定未來硬件采購規范與標準，將應用開發與硬件采購徹底分開，避免重復與低效投資。因此我們在系統整合時的關鍵將是嚴格遵守建設原則：高安全性及高可靠性。

3.3 引入虛擬化管理平臺，進行資源整合，集中管控

（1）服務器整合，提高資源利用率，消除軟件沖突

每個虛擬機都可以搭建不同的教學業務系統，包括文件服務、計費服務、WEB服務，考試系統，自主學習系統等，各應用服務之間相互獨立、互不影響，既保證業務的流暢運行，又可以合理利用資源，服務器利用率經過系統檢測能提升至85%以上。

（2）單一視圖，集中管理數據中心機房

信息中心的服務器資源無法進行整合，性能欠佳、管理分散，出現問題需要到網絡中心機房解決，而通過服務器虛擬化搭建的環境可以整合資源統一管理，包括：

①B/S架構，只要可以上網，就可使用統一控制臺集中管理多服務器資源，隨時隨地進行管理，不需要到網絡中心服務器機房現場處理；

②為方便資源的統一調度，共建資源池；

③根據業務增減，動態創建和刪除虛擬機，滿足擴展應用；

④快速升級、維護、部署虛擬業務環境；

⑤共享存儲管理，資源合理調配；

⑥事件日志分類查詢；

⑦報警跟蹤處理。

4 服務器虛擬化方案設計

基于VM的服務器虛擬化優化方案，能提高服務器穩定可靠性、高可用性、負載均衡；設計簡單，部署性價比高，虛擬技術支持。

4.1 服務器虛擬化前后架構對比

降低云數據中心運營成本，從服務器硬件、數據中心空間、管理人員、集成服務等多方面降低運營成本，服務器規模越大，運營時間越長，所節省的成本就越高。服務器虛擬化前后架構對比如圖7所示。

圖7 服務器虛擬化前后架構對比

4.2 方案價值

根據跟蹤我院服務器虛擬化使用情況，服務器虛擬化前后效率對比，結果如表1所示。

表1 服務器虛擬化效率對比

5 總結

綜上所述，服務器虛擬化技術能較好地解決高校校園網中服務器管理復雜、效率低等實際問題。隨著虛擬化技術的不斷升級和完善，服務器虛擬化技術必將會在高校的各個領域得到推廣，提升信息化教學水平。從應用前景來看，服務器虛擬化技術對搭建教、學、辦公、管理一體化信息平臺提供了強有力的支持，能有效幫助高校升級和管理IT基礎架構，并確保其安全，勢必會進一步推動虛擬化技術在高校內廣泛應用。

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