信息系統虛擬化項目分析、設計與實現

趙敏

摘 要：本文首先介紹了南京煙草物流生產信息系統虛擬化項目的背景和意義，接著介紹了項目所采用的主要技術手段，接下來詳細分析了項目需求和預期目標，在設計系統架構和技術亮點的基礎上，本文具體闡述了項目實現的過程，包括資源劃分、系統遷移、實驗驗證和安全管理，最后文章進行總結與展望。

關鍵詞：物流生產信息系統;虛擬化;分析;設計;實現

1項目背景

南京煙草以支撐“經濟、實用、高效、安全”的現代煙草物流體系為根本目標，以持續提升客戶服務質量作為物流管理的核心目的，通過運用虛擬化和云計算技術支撐更加科學的物流規劃建設，努力探索物流“建設、管理、運行”三大環節在信息層面的全面貫通。

2技術介紹

2.1全市系統同類項目研究現狀與發展趨勢

南京煙草自2010年開始探索虛擬化和云計算技術在煙草商業系統的研究和應用，至今已建成虛擬化數據中心系統和虛擬化個人桌面系統各一套，虛擬服務器60余臺，虛擬桌面200多個，應用覆蓋廣泛，運行較為穩定，已經獲得了良好的技術、經濟和管理效果。

2.2本項目所采用的主要技術

服務器虛擬化技術的引入，對原有的系統架構是繼續使用，但在服務器集群的底層設施方面，無需建設很多機器和設備，如服務器設備、交換機、網絡設備、供電設備、環境調控設備等等。使得機房運維人員在機房空間的利用、舊資產的處置和新資產的購置有了更好的機動性和靈活性。

通過將 x86 服務器與 VMware vSphere 整合在一起，更充分地利用現有硬件。以往，大多數服務器只能以其總負載能力的 5% 到 15% 運行，這導致了超額配置和利用率低下。我們現在將 x86 服務器轉變為獨立于底層硬件運行的虛擬機，借此緩解服務器數量劇增狀況并提高利用率。

3需求分析

3.1改善資源利用率

在改變原有應用程序和服務器的部署模式后，將原有機房公共部分的基礎資源統一、有效整合成一體，形成共享、開放的服務器資源，使得IT資產得到有效、充分利用。

3.2降低綜合成本

機房服務器資源的統一、有效整合使得在IT資產方面的投資大大減少，進而節約了大量機房使用面積和對能源、空調等的使用。另一方面，IT資產的減少，更是減少了機房管理、運維人員的工作量，釋放了人力資源。

3.3提高業務連續性

由于采用的是業界占有率最高的VMWARE虛擬化軟件，其出色的穩定性和可靠性使得被虛擬化服務器從理論上消除了宕機、重啟、中斷等故障。再加上系統性的備份和漂移計劃，更使得虛擬化基礎上各類業務應用的連續性大大提高。

3.4實現運營靈活性

通過采用動態資源管理，加快了服務器部署并改進了桌面和應用程序部署，使得業務系統所需資源可以更加靈活的增加、減少和變更，使未來業務系統性能提升更加方便。

基于VMWARE虛擬化管理軟件的易用性和高效性，虛擬化服務器管理人員可以根據業務的變化和使用環境的改變，快速、高效的配置和部署各類虛擬化資源，大大增加了虛擬化服務器的柔性和靈活，可以更加快速的為業務應用服務。

3.5加強可管理性和安全性

通過在所有標準桌面計算機、筆記本電腦上部署、管理和監視虛擬化環境，用戶可以在本地或以遠程方式對這種環境進行訪問，及時了解業務系統運行情況，管理更加方便。

4項目設計

4.1系統設計

4.1.1設計架構

通過運用虛擬化和云計算技術支撐更加科學的物流規劃、建設，努力探索物流“建設、管理、運行”三大環節在信息層面的全面貫通。設計架構如圖4-1：

4.1.2 VMware vCenter（客戶端）

此次課題在實踐中預計采用vCenter Server Appliance來作為整體虛擬化服務器的管理軟件，從而可以實現對虛擬化IT資源的高效管理和監控。作為在 Windows 計算機上安裝 vCenter Server 的替代方法，可以下載和部署 VMware vCenter Server Appliance。vCenter Server Appliance 是預配置的基于 Linux 的虛擬機，針對運行的 vCenter Server 及關聯服務進行了優化。

（1）虛擬化IT資源的集中管理，實現了統一后臺管理、順捷使用操作、資源最大利用率和高可靠性。通過有效的虛擬化一體化管理，實現了虛擬化數據中心的高效響應和柔性化適應，另一方面，也大大提高了系統運行穩定性和易維護性，如上圖4-2所示：

（2）vCenter提供了資源優化和高可用性特征，其中VMware Distributed Resource Scheduler （DRS）：動態地實現服務器資源負載平衡，以根據業務優先級向正確的應用程序提供正確的資源，從而讓應用程序可以根據需要壓縮或增長，如下圖4-3所示：

（3）從管理角度觀察，虛擬平臺環境一目了然，運行狀態、功能信息等隨時掌握。

（4）虛擬平臺管理界面

從IT虛擬化資源管理界面中可以全面、準確和及時的了解各類虛擬化服務器的運行情況和資源使用情況，方便虛擬化資源管理人員展開運維工作。界面左邊是硬件設備以及虛擬設備資產，右邊是狀態信息以及各種配置信息等，所有可管理的內容都容納在vCenter之中。vCenter是為了集中管理和監控虛擬機、實現自動化以及簡化資源調配，對所有物理服務器及其上的虛擬服務器進行統一管理工具。

在虛擬平臺管理vCenter的操作界面中，各類狀態信息以及各種配置信息等在界面的右邊，所有硬件設備以及虛擬設備資產在界面的左邊。虛擬平臺管理vCenter實現了對全部虛擬化服務器及其所在的硬件環境進行全面、統一管理，并對其中的虛擬化資源進行集中、自動和便捷的管理、配置及監控。

（5）虛擬平臺管理vCenter還可以實現基于自定義監控需求的虛擬化資源管理，主要是針對虛擬化資源的性能、狀態以及異常情況、故障等進行監控和管理。虛擬平臺管理vCenter基本可以進行虛擬化資源的全部管理職能并實現統一部署，這對于減輕IT資源管理人員的工作強度，將其主要精力集中于優化資源配置、解決突發故障等重要工作上去有很大幫助。

4.1.3VMware vSphere（管理控制臺）

本項目的主體部分是3臺安裝了VMware vSphere軟件的雙路服務器，單臺服務器的虛擬化架構如上圖4-4所示：

4.2設計創新點

4.2.1更高的資源利用率

根據計算，現有擬遷入虛擬化系統中的虛擬化應用26個、CPU內核數合計218個、內存185GB、存儲容量6TB。而擬建物流生產信息系統虛擬化物理服務器CPU內核數合計60個（一個物理內核可以同時支持10個以上應用輪詢）、內存384GB、存儲容量12TB，為現有應用需求的2倍。另外，IT資源虛擬化后還可以實現虛擬化硬件資源的動態共享，大大提高了IT資源的使用效率，比如一些平均需求大大低于正常資源需求的應用，就可以根據其需求有針對性的進行資源配置。

4.2.2更強的可用性和安全性

通過虛擬化，可在不影響用戶使用的情況下對物理資源進行刪除、升級或改變;可在靜默狀態下進行應用漂移;可實現原有簡單共享機制無法實現的邏輯隔離和資源劃分，并且這些特性可提供對數據和服務進行可控、遠程和安全的訪問。

4.2.4靈活的擴展性

由于與個體物理資源單位相比，虛擬資源能夠以更小的單位進行資源分配，因此不同的產品、資源分區和匯聚可支持實現比個體物理資源小得多或大得多的虛擬資源，即在不改變物理資源配置的情況下進行規模調整。根據計算，現有擬遷入虛擬化系統中的虛擬化應用26個，而擬建物流生產信息系統虛擬化物理服務器CPU內核數、內存數、存儲容量等核心性能為現有應用需求的2倍，暨可支持對現有應用數量一倍的擴展。

5 項目實現

5.1系統實現

5.1.1系統資源劃分

（1）物理架構和配置

物流生產信息系統虛擬化建設有3臺物理主機，合計768G內存容量，6顆10核CPU，合計60核CPU，分層式存儲（快速SSD盤與SAS盤組合），約12T的存儲空間（實際容量），內部通路為8G光纖通道。該虛擬化環境具有一臺服務器和雙線路的冗余能力，支持在線宕機檢修，未來可滿足至少50個虛擬化應用系統的使用。物理環境如下圖5-1所示：

（2）虛擬化資源

三臺虛擬化主機資源分配計劃分。

虛擬化環境共享存儲資源劃分如上圖5-2所示：

5.1.2虛擬化過程

（1）原有虛擬機遷移（v2v）

原有虛擬機遷移（v2v）如上圖5-3所示：

（2）物理機遷移（p2v）

物理機遷移（p2v）如下圖5-4所示：

（3）新建虛擬應用

5.1.3實驗驗證

原有的實體服務器遷移到虛擬化系統之后，需要對遷移后的系統進行業務端的驗證，證明遷移前后的數據處理沒有偏差，這是一個非常關鍵的動作。當然在驗證之前也需要有回退的機制和辦法，特別是數據庫層面需要有回退的方案，如圖5-5所示。

（1）高可用切換實驗

模擬物流生產信息系統中，一臺虛擬化服務器意外宕機后，運行在此臺服務器中的虛擬機在其他服務器中是否重新啟動及啟動所需花費的時間，由于有些應用中系統啟動后需要手動開啟服務，所以中測試過程中，要考慮人工干預時間。實驗結果數據大約為1分30秒，也就是意外宕機的業務中斷時間是1分30秒。

（2）計劃遷移實驗

對物流生產信息系統里計劃性虛擬機漂移進行模擬，主要是將其從原有的虛擬化硬件環境遷移到另外一個虛擬化硬件環境里，并對漂移過程中虛擬化資源是否受到影響進行檢查。實現結果是出現了988ms的一次延遲，但從物流生產信息系統處理過程中看，沒有任何數據延遲或者業務中斷的狀況。

（3）遷移對授權的影響實驗

遷移到虛擬化中的物流生產信息系統，涉及到授權的主要有兩個廠商，一是德馬泰克，另一是今天國際。這兩個廠商的應用授權都需要綁定主機名、主板序列號、MAC地址和IP。需要驗證遷移是否會對授權產生影響，同時驗證數據庫遷移是否會對應用產生影響。由于已經使用了虛擬硬件ID，實驗結果是沒有產生任何授權報錯的狀況。

5.1.4安全管理

（1）操作系統平臺的安全

作為物流生產信息系統的支撐部分，操作系統安全的內容包括：保密性、可靠性和抗干擾性等幾方面內容。目前多數操作系統都支持多線程程序和資源共享，能夠對計算機的硬件資源和軟件資源實行統一的管理的控制。鑒于操作系統重要作用，要求維護人員在對操作系統進行選擇時，既要考慮操作系統的實用性與可靠性，又要考慮到操作系統的安全性。

（2）物流信息系統訪問控制的安全性

訪問控制是物流生產信息系統安全機制的核心，它包含三個方面內容：保護被訪問的客體;對用戶存取訪問權限的確定、授予、實施;在保證系統安全的前提下，最大限度地共享資源。其本質是通過物流生產信息系統對用戶進行系統功能統一授權，即只有被授權的用戶才能使用每一個系統功能，無被授權的用戶無法使用系統功能。物流生產信息系統的用戶是非常廣泛的，實際上對系統訪問控制的安全性和規范性提出了更高的要求。

（3）管理制度的安全保護

在管理人員和操作人員中建立起完備的安全制度，并對上述人員進行信息安全教育培訓，讓其意識到信息安全的極端重要性，從而自發落實各類信息化安全管理制度，最終實現對物流生產虛擬化信息系統的一個管理保護層。

5.2實現關鍵點

5.2.1宕機冗余

物流生產信息系統對數據的安全及冗余性要求較高，虛擬化環境要支持一物理臺服務器的有計劃宕機檢修，暨檢修期間物流生產信息系統業務不中斷。

5.2.2快速恢復

如果虛擬化環境出現某臺物理服務器意外宕機，則該臺物理服務器上的物流生產信息系統將支持自動遷移，業務中斷時間不得超過100秒。

5.2.3授權綁定

物流生產信息系統很多應用授權是捆綁原有硬件環境編號的（包括：IP地址、MAC地址和主板BIOS等），此次項目實施要求能夠將上述硬件環境編號轉換到虛擬化環境中，并與虛擬硬件進行捆綁，實現與底層物理環境脫離。

5.2.4數據備份

物流生產信息系統的備份采用VMware的VDP備份軟件，備份計劃采用每天備份、每7天備份和每30天備份3種增量備份方式，備份類別包括：數據庫備份、文件備份和應用系統備份，備份方案包括原址和異地兩種備份方案。

5.2.5虛擬化性能

虛擬化環境要支持最多50臺虛擬機同時運行，并能夠高效處理物流生產信息系統的服務和請求。

5.2.6虛擬化安全

虛擬化環境要能夠在系統底層進行安全防護，無代理提供防病毒、入侵檢測、虛擬補丁、防火墻、Web信譽技術和完整性監控保護等安全服務。

6結語

下一步物流生產信息系統虛擬化將進行：

● 測試物流工控機虛擬化，實現工控機維護的最佳便利性，終端用戶的零維護。

● 探索物流移動設備虛擬化，基于WIFI和5G的移動手持設備，實現較高運算要求的遠程PC應用。

● 研究物流生產云計算應用和大數據分析。