面向煉化企業的服務器虛擬化技術方案設計

李友宏

[摘? ? 要] 隨著虛擬化技術的日趨成熟，數據中心虛擬化已成為傳統煉化行業信息化建設的最佳選擇。本文針對虛擬化技術的特性，結合煉化行業在信息化建設過程中普遍遭遇的局限性，設計出了一套服務器虛擬化技術在煉化企業中的應用方案。

[關鍵詞] VMware;虛擬化;服務器;虛擬數據中心

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 05. 064

[中圖分類號] TP391? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）05- 0164- 04

1? ? ? 引? ? 言

傳統的煉化企業往往歷史悠久，經過多年的持續建設，數據中心會非常龐大，設施多、數據散、維護難，這幾乎是所有煉化企業都會遇到的問題。虛擬化技術作為解決這些問題的“良藥”，將其融入數據中心是十分有必要的。

1.1? ?整合信息資源，降低運維成本的需要

在煉化企業中，絕大部分信息系統的建設是基于傳統的煙囪型IT架構，每上一個新的IT應用，都需要采購新的硬件設備（各種服務器、專用存儲、交換機等）和系統軟件，這不僅大大增加了企業信息化采購成本，資源包括硬件和軟件資源）分散，且硬件資源利用率一般也在5%-20%之間;另外，設備更新換代頻率高，部署在專用硬件平臺上的各種應用不斷增多，從而導致大量的IT資源的浪費，且確保這些IT資源長周期安全穩定運行的運維服務和機房環境保障等成本也居高不下，因此，整合信息資源，提質增效刻不容緩。

1.2? ?保障信息資源安全的需要

數據中心運維的常見問題一般可分為軟件系統故障、服務器故障、網絡故障、數據中心保障設施故障等，其中以服務器故障影響最為嚴重。特別是針對傳統的煙囪型架構，每套業務系統都有單獨的硬件服務器，故障率高，數據分布零散，當硬件設備出現故障時，往往面臨的是艱難而耗時的數據恢復，甚至當出現無法修復的情況時，將會直接面臨直接丟失，不僅業務連續性無法保障，公司信息資產的安全也受到嚴重影響。

1.3? ?實現數據中心敏捷運維的需要

傳統模式下部署一套業務系統的簡單流程。

數據中心部署一套業務系統，從硬件采購申請批復到硬件系統安裝并配置完畢，需要運維人員至少耗費10天的時間，如果再將設備巡檢維護、擴容升級的時間計入在內，那么整個運維的過程將是十分繁重而冗長的。

2? ? ? 虛擬化技術的特性和優勢

虛擬化是一項“一虛多”的技術，是眾多IT自愿虛擬化技術中的一種，簡單來講，就是可以在一臺服務器上虛擬出多臺虛擬服務器，從而實現一機多用，從而顯著提高服務器的工作效率。

2.1? ?硬件虛擬化

一臺服務器通常是由CPU、內存、磁盤，及一些周邊設備（如網卡、HBA卡等）組成。硬件虛擬化可以將組成服務器的每一種硬件進行虛擬，虛擬后的硬件成為一種公用資源，供所有運行在這臺服務器上的虛擬機使用。

虛擬化的平臺提供了豐富的設備虛擬功能，能把物理設備虛擬成標準的虛擬設備，這樣做的好處是降低了虛擬機對底層硬件的依賴，面向虛擬機的始終是標準化的設備。

2.2? ?群集技術

利用群集技術，可以將多臺物理主機組成一個群集，群集中的虛擬機可以在群集主機之間隨意遷移。當群集中的某一臺主機需要維護時，可以先將這臺主機上的虛擬機遷移到其他主機上，然后再將這臺主機置為“維護模式”即可進行相應的維護操作。

2.3? ?實時遷移技術

虛擬機實時遷移技術類似手機通信基站軟切換，當手機信號從一個基站切換到另一個基站時，信號的宿主已經發生改變，但用戶是察覺不到的。對于虛擬機也一樣，在虛擬化平臺下可以動態地將虛擬機從一個主機遷移到另一個主機，應用系統不會中斷，不對用戶造成任何影響。

2.4? ?分布式資源調度（DRS-Distributed Resource Scheduler）技術

DRS技術可以不間斷地自動平衡群集中主機的負載，并可以根據群集負載情況，在各個服務或應用之間根據實際需求動態地分配服務器資源，甚至可以自動休眠或開啟主機以滿足業務對性能的需求。當群集中的某臺主機負載過高時，DRS會自動遷移部分虛擬機到其他主機上，以保證群集主機間的負載均衡。另外，在定義了虛擬機的優先級之后，DRS還會根據優先級來分配資源，這在業務密集型的情況下尤為重要。

2.5? ?虛擬機HA技術

虛擬機HA技術是群集模式下非常重要的一項技術，它可以保證當群集中的某一臺主機發生故障時，自動將上面的虛擬機在另一臺主機上重新啟動，從而最大程度地保障業務的連續性。

3? ? ? 服務器虛擬化技術方案

3.1? ?基礎架構

虛擬中心核心架構。

3.2? ?技術特性

3.2.1? ?高可擴展性

當設計一個數據中心時，鑒于成本控制和性能需求，建設標準不能過高或過低，其設施必須滿足目前業務的需要，也必須能夠滿足未來擴展的需求。本架構的設計具有非常優秀的擴展能力，從底層的核心存儲至上層的應用主機，任何一個環節如果出現瓶頸，均可以以增加設備數量的方式進行容量和性能的擴充，并且整個擴容過程方便快捷，不會影響業務系統的正常運行。

3.2.2? ?高可靠性

（1）冗余鏈路

冗余鏈路從定義上來講是在多臺交換機組成的網絡環境中實施的一些備份連接，以提高網絡的健壯性、穩定性。在本架構中，所有設備依托于兩臺FA-SAN交換機實現冗余鏈路，可避免交換設備單點故障或者單鏈路中斷帶來的影響。

（2）存儲雙活

在以往的數據中心架構設計中，針對底層核心存儲采用最多的方案就是存儲鏡像，這種方案最大的不足是設備存在主次之分，在業務正常運行時，只有主存儲在線提供服務，次存儲僅僅是實現業務數據同步，當主存儲發生故障時，次存儲并不能實時接管，唯有停機手動切換數據鏈路，這樣整個數據中心所有的服務器必須停機，所有的業務也將中斷。不僅如此，鏈路切換是一個相當復雜的操作，整個過程耗時費力，很多時候還必須依靠第三方支持才能切換成功。

鑒于此，本架構在設計中引入了存儲雙活機制，通過兩臺Vplex接管底層的核心存儲，在鏈路實現冗余的同時，兩臺存儲同時在線提供服務，數據也可以實時保持同步，當其中一臺存儲發生故障時，Vplex可實時將其離線并維持其他存儲在線提供服務，這樣可徹底解決傳統存儲設計方案帶來的不足。群集化主機。主機直接承載虛擬服務器的運行，在主機群集化之后，最大的好處是打破了原來單臺主機之間的物理隔閡，所有主機處于同一平臺，主機與主機之間變得透明。

當群集中某臺主機內存不足、CPU負載偏高或者IO壓力較大時，群集會提示告警，并自動將此主機上的負載遷移至其他的主機，以實現群集內部的資源平衡。

群集監控著所有虛擬服務器的活動情況，因此，當其中某一個主機節點失效時，失效節點的負載會自動在另一個節點上重新加載，整個過程雖會發生業務中斷，但相比傳統的單節點失效來說，RTO可完全忽略不計。

數據中心的可靠性是業務連續性的重要保障，在鏈路冗余、存儲雙活的加持下，頂層的應用主機采用群集資源池的方式，再配合虛擬機VMotion、HA、FT等技術，架構中任何單節點設備發生故障時不會影響可最大限度的保障業務虛擬機的正常運行。

3.2.3? ?高安全性

僅僅在系統可靠性加持下的數據安全保障，對企業數據中心來講還遠遠不夠，本架構中數據備份的設計是非常重要的一環，是數據安全最重要也是最后的一道屏障。當系統或服務器發生故障無法修復時，備份系統的價值就顯得尤為重要。在服務器虛擬化后，所有業務服務器的數據均被存放到特定格式的數據文件中，這為數據備份提供了方便。在系統發生故障時，在優秀的備份規劃下的有效備份數據，可以最大限度地降低損失，降低RTO（RecoveryTime Object），基于此，在本架構中設計了三種備份方式：

（1）基于數據的備份

將數據庫服務器中的數據庫進行數據級別的備份，在恢復時，可進行基于時間軸的數據庫表級恢復。這種備份方式主要適用于業務系統發生不嚴重的數據丟失的情況。

（2）基于文件的磁盤備份

將操作系統內指定磁盤的文件進行備份，這種備份方式主要對文件類型服務器，在數據丟失時，這種備份方式可提供文件級的數據恢復。

（3）基于VMDK的整機備份

在服務器虛擬化后，所有的業務數據及操作系統均存放在VMDK文件中，通過備份所有VMDK及相關配置文件，可實現虛擬機整機備份，類似于實體服務器的克隆存儲，在操作系統發生崩潰是可以直接恢復出一臺備份時的虛擬機。

3.2.4? ?高效能

本架構可實現一個經濟實用、簡潔高效的運行平臺，一方面公司不再需要采購新的服務器、存儲、網絡設備甚至部分專業軟件，成本得到降低;另一方面通過整合了資源，在提升了服務器使用效率的同時，大幅精簡了傳統“煙囪”架構的服務器，絕大部分服務器被下架，機房的設備機柜“空”了、噪音小了、耗電降低了，大幅精簡了保障、運維成本;再則，實施虛擬化前，部署一個新業務系統，從采購審批到部署完成至少需要10天的時間，實施虛擬化后，為一個新業務系統部署服務器、數據庫實例、中間件容器等軟、硬件信息資源，只需要20分鐘左右，效率得到革命性的提升。

4? ? ? 總? ? 結

本架構充分發揮了虛擬化技術的特性，構建了統一的應用服務資源部署平臺，徹底解決了在傳統的“煙囪”型架構中，一套應用系統一套設備，投入巨大的同時利用率低，大量設備正常運行所需的保障、運維成本隨著時間的推移逐年增長的困境，在保障數據安全、提質增效的同時，還能實現一次投入、高效利用、按需擴充。

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