虛擬化服務器集群在服務器管理中的應用
——以高校選課任務為例

陳麗萍

(東北財經大學 教學研究中心,遼寧 大連 116025)

0 引言

隨著高校信息化建設的深入推進,諸如智慧校園、辦事大廳等類信息系統不斷增多,使得高校中心機房的硬件設備量呈持續上升的趨勢.目前,很多高校的中心機房建設仍然遵循傳統模式,每個信息系統均單獨配置獨立的物理服務器,各系統間所有硬件設備互相獨立.因不同信息系統要求的服務器配置各不相同,為保證系統的平穩運行,每臺服務器的硬件資源均需要留有一定的冗余.在當前高校信息化建設的大背景下,如果繼續采用傳統模式,只有通過增加交換機和服務器等設備的數量才能滿足不斷增長的硬件需求,必然會導致機房硬件設備冗余、資源利用率過低且能耗過高,部分資源處于閑置狀態,造成極大的資源浪費,且機房管理及系統維護的工作量也將越來越大.

當今社會信息技術高速發展,高校需要借助全新的理念對中心機房的建設和部署模式進行改革,探索更高效的解決方案.目前,虛擬化服務器集群技術已日漸成熟和完善,將其引入服務器管理中已經成為國內各領域中心機房建設的主流應用模式,它可以有效地解決當前各類機房建設中存在的問題[1].虛擬化服務器集群技術的成功應用為高校中心機房建設奠定了良好的基礎.

1 虛擬化服務器集群的概念

虛擬化服務器集群是指利用虛擬技術和服務器集群理念構建以虛擬化服務器為邏輯單位的資源池,并能根據信息系統的需求實現資源的合理動態調配[2].虛擬化技術和服務器集群是計算機應用中的兩個不同領域[3].虛擬化技術就是利用系統軟件將一臺或多臺服務器劃分為多個邏輯服務器單位,每個邏輯單位稱為一臺虛擬機,各虛擬機之間互相獨立,每臺虛擬機均可提供跟物理服務器相同的功能.服務器集群是指使用計算機軟件系統或硬件設備將多臺獨立的服務器資源集中起來,形成資源池,通過負載均衡機制使得服務器之間能夠緊密協作,進而完成給定的任務.因此,從應用層面來講,虛擬化服務器集群是指利用虛擬化軟件在一臺或多臺物理服務器上劃分出多個虛擬機,利用網絡和軟硬件設備將多個虛擬機集中在一起組建成服務器集群,并使用負載均衡功能為信息系統進行虛擬機的分配和管理.虛擬化服務器集群處理速度和能力要比單臺服務器高很多,從而保證系統的高效運行.從客戶端來看,虛擬化服務器集群雖利用多臺服務器來進行并行計算和處理,但用戶感覺不到任何不同,就像只有一臺服務器在提供服務一樣.

虛擬化技術可以實現資源的靈活使用和配置并降低成本,集群則可以提高系統的可用性和處理能力,將二者集成并加以應用可以有效地利用服務器資源,降低硬件設備冗余,提高信息系統的性能.

2 服務器管理中的問題分析

2.1 資源利用率低

傳統的信息系統建設中采用一機一系統的服務器部署模式,隨著高校信息化建設的不斷發展,使用該傳統模式需要不斷增加服務器以及其他輔助的網絡設備才能滿足系統不斷增長的需求[4].各高校均有許多為教師和學生提供服務的信息系統,諸如綜合教務系統、工作量填報系統、職稱評審系統等,這些系統均存在業務峰期和谷期的情況.為了確保系統在業務峰期能夠快速響應、提供高效的服務,服務器一般都會參照峰期情況配置較高的系統硬件資源.然而,不同信息系統的業務峰期各不相同,某信息系統的業務峰期可能正好是另一信息系統的業務谷期,而傳統的服務器配置方式中每個系統的服務器均留有一定的資源冗余,且不同業務系統的硬件資源不能互相借用,因此大量的硬件資源被閑置,多個信息系統的閑置資源累積在一起,就會造成極大的資源浪費,機房中實際的硬件資源利用率非常低.

2.2 建設成本高

首先,傳統的信息系統建設過程中需根據系統需求對服務器進行選型和采購,從物理服務器的到貨、上架到操作系統的安裝以及信息系統的配置部署,系統上線時間較長,溝通部門較多,工作效率低下.其次,隨著信息系統的不斷升級,需要對硬件進行擴容,或者將系統遷移到更高配置的服務器上,擴容或遷移的工作量較大,耗時較長.部署在傳統物理服務器上的信息系統進行硬件擴容時需要關閉服務器,增加硬件后還需修改物理服務器的配置參數并重新啟動,這種工作方式直接影響了安裝在其上的信息系統的運行;系統遷移則需采購新的物理服務器,并重復進行上架、操作系統安裝以及業務系統部署的操作.因此,傳統的物理服務器配置部署方式中,初期的建設及后期的擴容和遷移均需要消耗大量的人力、物力及時間.

2.3 容錯能力差

傳統一機一系統的中心機房建設模式中,服務器的運行狀況對信息系統的影響較大,一旦物理服務器出現故障,部署在其上的信息系統將會無法正常使用,其容錯或抵御風險的能力幾乎為零.有些故障甚至需要硬件廠商的工程師出現場來解決,需要較長的時間和較高的人力成本,并且在故障解決之前信息系統無法正常使用,用戶體驗較差,嚴重影響工作效率.

2.4 系統維護量大

中心機房的服務器一般分批采購,每個批次機器的品牌、型號以及規格可能會各不相同,傳統的建設方式對于物理服務器的硬件依賴性比較強,對服務器進行軟硬件升級、出現軟硬件故障后的問題排查和解決等均會給系統的硬件管理維護人員增加較大的工作量和工作難度[5].且該模式中,信息系統的后臺比較分散,不能有效地對各個系統進行集中管理和維護,系統的軟件維護量也較大,不能高效地監控系統的穩定運行.

3 以選課任務為例的虛擬化服務器集群的構建與運維

選課是高校教學管理部門的重要工作之一,選課階段成為高校每學期教學管理需重點關注的時間段.從技術層面來分析,每學期的選課階段都是該校教務管理系統的業務峰期,學生需要在規定的時間內完成本學期的課程選擇.選課期間大量的并發訪問會對物理服務器造成巨大的沖擊,教務管理系統必須能夠承受住這些訪問量,并對所有的需求及時響應.傳統的一機一系統模式下,教務管理系統的應用服務器只有一臺,面對大量的訪問需求,經常會出現系統未響應、服務器宕機的現象,亟需使用虛擬化服務器集群對系統的服務器部署進行改革.以下將以選課任務為例,對其所需的虛擬化服務器集群的構建和運維進行詳細闡述:

3.1 虛擬化服務器集群的構建

服務器的虛擬化軟件有很多,Vmware、Microsoft、Citrix等公司均有此類產品,各高校可以根據自身的需求來進行采購[6].虛擬化軟件可以將每臺物理服務器在邏輯上劃分為多臺相互獨立的虛擬機,物理服務器的硬件資源會被分配到虛擬機上.每臺虛擬機在功能上如同一臺傳統的物理服務器一樣,擁有獨立的操作系統及其軟件,均可承載不同的信息系統.按照信息系統的規劃,將某系統部署到選定的虛擬機上,即可在不額外購買服務器的情況下快速實現系統的安裝部署.

集群可以提供高可用性和可靠性的系統支持,它一般會使用負載均衡技術來提高和優化信息系統的處理能力.服務器集群可以依托硬件或軟件來實現,使用硬件實現的集群一般均帶有可視化的后臺管理界面以及負載均衡功能(例如SANGFOR AD設備),而純軟件實現的服務器集群可用性稍差,故比較推薦使用硬件來部署服務器集群.虛擬化服務器集群將多臺物理服務器劃分成的虛擬機通過軟硬件集中在一起,組成虛擬機資源池,并在擁有可視化界面的后臺統一進行管理和控制,管理后臺可以實時監控每一臺虛擬機的運行狀況,在業務峰期和谷期進行靈活的資源調配.后期,增加新的虛擬機后也可以實時快捷地加入集群,擴大該集群的資源.

以教務管理系統的選課任務為例,選取兩臺物理服務器,每臺均使用虛擬軟件創建出6臺虛擬機,將這12臺虛擬機組建成一個服務器集群.通過教務管理系統升級將學生端Web程序與教師端Web程序分離,在這12個虛擬系統上均部署好學生端Web程序.虛擬系統的功能強大且又靈活,因此只需在1臺虛擬機上部署好之后,其余的11臺虛擬機均可通過拷貝的方式快速完成部署.在非選課階段,只需啟用6臺學生Web端虛擬機即可滿足日常需求,其余6臺可以同時部署其他信息系統的功能,在非選課階段的業務谷期可以供其他系統使用.選課時,12臺虛擬機同時運行來承載學生的并發訪問,相當于有12臺功能獨立的物理服務器同時提供服務.

3.2 虛擬化服務器集群的運維

當集群中的某臺虛擬機硬件配置不能滿足需求時,可以通過圖形用戶界面將該虛擬機軟件關閉,并快速為其分配硬件資源(如CPU個數、內存及硬盤空間的大小等),完成分配后再開機并啟動系統服務即可.與物理服務器的升級相比,整個過程對時間及人力的消耗顯著降低且操作更加簡便.

為保證系統的運行效率及安全性,信息系統會部署在多臺虛擬機上.集群自帶負載均衡功能,可以將所有的訪問需求按照負載均衡算法分配到某臺虛擬機上.當某虛擬機出現業務故障時,將會自動平滑地退出集群,系統自啟動正常后又可自行平滑進入,無須人工干預[7].當某虛擬機出現系統故障時,可將其暫時從集群中摘除,此時其他虛擬機仍可以提供系統服務,對于故障虛擬機的問題排查和解決不影響整個信息系統的正常運行.

信息系統遷移時,只需對其所在虛擬機的整個系統文件進行拷貝,創建好目標虛擬機后將拷貝過來的系統文件整體導入,該虛擬機的操作系統及其上所有信息系統的配置和部署均可一次性遷移過來,對目標虛擬機進行簡單的網絡配置,即可正常使用.

4 虛擬化服務器集群的應用效果

4.1 提高了服務器的資源利用率

用虛擬化服務器集群在物理服務器上創建多個虛擬機,形成資源池,統一進行資源分配,這樣既可以充分利用各服務器的冗余資源,也能充分利用各信息系統業務峰期和谷期之間的時間差,通過軟件管理界面按各系統的需求對所有的硬件資源進行動態調配,互相借用彼此的閑置資源.通過對服務器硬件資源的重組及優化,極大地提高了中心機房中各物理服務器的資源利用率.

4.2 降低了信息系統的建設成本

使用虛擬化服務器集群技術建設信息系統時,只需按照需求利用服務器的空閑資源創建虛擬機即可完成服務器的準備工作,與傳統的物理服務器采購上架相比,大大節約了系統建設的時間和成本.在對信息系統進行遷移時,只需克隆或遷移所在虛擬機上的系統文件即可完成所有系統環境的遷移工作,相較于傳統的物理服務器遷移,其難度大大降低,且時間和人力成本也相應大幅降低.

4.3 提高了信息系統的容錯性

一旦集群中某臺虛擬機出現軟件或硬件故障(如服務停止、虛擬機宕機、CPU、內存或電源等故障),故障機可以自動啟動平滑退出功能,負載均衡機制會自動將用戶發起的訪問需求切換到其他正常的虛擬機上,無需系統維護人員進行人工干預即可保證信息系統的正常運行.這種工作模式與傳統的一機一系統模式相比較,大大增強了系統的容錯性,切實保障了信息系統的不間斷正常運行.

4.4 提高了技術人員的工作效率

虛擬化服務器集群中的虛擬機可以安裝不同類型的操作系統,如Linux或Windows等,而且安裝的難度以及時間消耗要低很多.集群擁有良好的可視化管理界面,管理員可以快速創建新的虛擬機,并對各類虛擬系統進行實時監控管理,且對于服務器的故障監控是基于應用層的,發現問題后可基于某臺虛擬機進行故障排查,也可對該虛擬機進行重啟或重新部署等操作,因此其操作難度和時間消耗要低很多[8].相較于傳統的物理服務器,這種模式既有效減少了系統維護的時間,又降低了系統維護的難度,從根本上提高了技術人員的工作效率.

5 結語

經過實踐檢驗,虛擬化服務器集群可以較好地為教務管理系統的選課提供保障.隨著集群理念的不斷發展和完善,以及高校信息化建設的深入推進,將會有越來越多的中心機房采用該類方案來解決當前傳統中心機房建設中存在的種種問題.各高校可以根據自身信息化建設的需求合理地應用此類方案,來更好地支持和保障各類信息系統的正常運行,提高系統的運行效率,降低技術人員的日常維護工作量,為高校信息化建設提供更有力的保障,為教師和學生提供更加便捷、更高質量的服務.