基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建武漢商學(xué)院綠色數(shù)據(jù)中心的探索與實(shí)踐

林浩

摘要：本文以武漢商學(xué)院為例，采用虛擬化技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心整合中產(chǎn)生聚合效應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。虛擬化技術(shù)的使用使我校提高了基礎(chǔ)架構(gòu)的利用率、節(jié)約了成本、降低了資源消耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色節(jié)能的支持，并帶來更高效的管理方法，構(gòu)建了我校的綠色數(shù)據(jù)中心。

關(guān)鍵詞：虛擬化；容災(zāi)；架構(gòu)；綠色數(shù)據(jù)中心

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）030-000-02

隨著我校教育信息化的不斷向前發(fā)展，越來越多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)依賴于數(shù)據(jù)中心的支撐——包括學(xué)校門戶網(wǎng)站、一卡通系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、迎新綜合管理系統(tǒng)等27個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷建設(shè)和更新，我校校園網(wǎng)核心機(jī)房的服務(wù)器也在相應(yīng)增加，其硬件利用率過低、管理非常復(fù)雜、運(yùn)行投入越來越大等問題正逐漸顯現(xiàn)。傳統(tǒng)的應(yīng)用模式是簡(jiǎn)單的通過增加處理器、內(nèi)存和服務(wù)器數(shù)量等方式來解決，而隨著服務(wù)器數(shù)量的增長(zhǎng)，偶發(fā)性的宕機(jī)時(shí)間、次數(shù)的增加，數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)恢復(fù)變得越來越困難和復(fù)雜。同時(shí)隨著服務(wù)器增加所帶來的能源消耗和廢氣排放也不符合綠色節(jié)能環(huán)保的科學(xué)發(fā)展觀的要求。

我校核心機(jī)房現(xiàn)有服務(wù)器41臺(tái)，共運(yùn)行有多個(gè)消耗不同硬件資源的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但其運(yùn)行的效率不夠充分：中央處理器消耗率一般在10%到30%之間、內(nèi)存消耗率一般在在20%到50%之間、硬盤空間的平均利用率不足30%。大部分服務(wù)器的硬件資源存在相當(dāng)程度上的資源浪費(fèi)情況。多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)硬件資源的消耗是不一樣，隨著應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)載的加大，硬件資源的消耗也會(huì)相應(yīng)的提升。但現(xiàn)有的機(jī)房硬件部署方式還是采用傳統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用對(duì)應(yīng)一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器的配置模式，無法根據(jù)應(yīng)用負(fù)載的增加或減少，動(dòng)態(tài)調(diào)配相應(yīng)的硬件資源，造成硬件資源的利用不平衡，導(dǎo)致高負(fù)載的應(yīng)用系統(tǒng)配置的硬件資源不足，低負(fù)載的應(yīng)用系統(tǒng)硬件資源過剩，且由于應(yīng)用的不可中斷性，無法實(shí)時(shí)在線調(diào)整。硬件資源無法根據(jù)業(yè)務(wù)的負(fù)載情況來實(shí)時(shí)調(diào)整資源的分配及多余資源的回收，造成資源利用的不合理。以我校迎新綜合管理系統(tǒng)為例，此應(yīng)用系統(tǒng)只在迎新時(shí)期訪問量才會(huì)凸顯，達(dá)到幾千次每天，但是在非招生迎新期間，此應(yīng)用系統(tǒng)訪問量幾乎為零。無法根據(jù)其應(yīng)用特征來靈活分配相應(yīng)的資源。目前我校核心機(jī)房的供電功率已經(jīng)達(dá)到額定功率，已經(jīng)無法滿足對(duì)新增服務(wù)器的能耗需求，如果大量增加物理服務(wù)器，那必須要對(duì)現(xiàn)有的供電設(shè)施進(jìn)行改造；同時(shí)服務(wù)器數(shù)量增多，核心機(jī)房溫度必然升高，為了確保服務(wù)器能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，制冷系統(tǒng)就需要進(jìn)行改造。校園網(wǎng)核心機(jī)房服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較多，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)無法對(duì)各種設(shè)備、系統(tǒng)、環(huán)境、應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控管理。對(duì)設(shè)備的巡檢需要逐一登錄到每臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行，缺乏統(tǒng)一的告警機(jī)制，無法及時(shí)準(zhǔn)確的獲知相關(guān)故障設(shè)備的信息，增加了業(yè)務(wù)恢復(fù)的時(shí)間。一旦某些應(yīng)用所依賴的服務(wù)器軟硬件或應(yīng)用本身出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致服務(wù)中斷，很大程度上增加了設(shè)備運(yùn)維的復(fù)雜度、困難度。各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份都是單獨(dú)手工操作，有些還是本地備份，這樣數(shù)據(jù)安全就存在較大隱患。

針對(duì)以上情況，可以采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)予以解決，所使用的虛擬化平臺(tái)需要能夠創(chuàng)建多臺(tái)虛擬機(jī)，并且虛擬機(jī)的部署可以通過向?qū)Ш湍０暹M(jìn)行，虛擬機(jī)需要能支持目前主流的操作系統(tǒng)。現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)部署在不同的VLAN內(nèi)，所屬的IP地址段也不同，為保證現(xiàn)有的系統(tǒng)在從物理機(jī)向虛擬機(jī)遷移后不用改變IP等配置，就要求虛擬化平臺(tái)可以使得同一臺(tái)物理機(jī)上的虛擬機(jī)能夠?qū)儆诓煌腣LAN，配置不同的IP地址。虛擬機(jī)要具有自動(dòng)遷移的功能 ，在進(jìn)行計(jì)劃內(nèi)服務(wù)器維護(hù)和跨服務(wù)器的虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移時(shí)，不需要將應(yīng)用停機(jī)，避免服務(wù)中斷。當(dāng)虛擬化平臺(tái)下的某一臺(tái)物理機(jī)發(fā)生故障時(shí)，在該物理機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)能夠在極短的時(shí)間內(nèi)使用其他物理機(jī)上的資源自動(dòng)的重新啟動(dòng)。虛擬化平臺(tái)需要能夠?qū)Ψ?wù)器資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)的負(fù)載平衡，根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)向提供正確的資源。當(dāng)虛擬化平臺(tái)下某臺(tái)服務(wù)器資源利用較低時(shí)，可將此臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行著的應(yīng)用系統(tǒng)遷移至其它的服務(wù)器上，該服務(wù)器自動(dòng)下線，在保障業(yè)務(wù)的同時(shí)，降低了能耗。虛擬化平臺(tái)需要可以實(shí)現(xiàn)從物理機(jī)向虛擬機(jī)的遷移，并具備在遷移過程中對(duì)磁盤空間進(jìn)行重新分配，安裝相應(yīng)輔助工具，在目標(biāo)機(jī)器上控制windows的服務(wù)進(jìn)程，不同平臺(tái)之間的應(yīng)用相互轉(zhuǎn)換等能力。虛擬化平臺(tái)可進(jìn)行全生命周期的管理監(jiān)控，對(duì)基礎(chǔ)軟硬件進(jìn)行狀態(tài)和性能監(jiān)控、對(duì)虛擬化運(yùn)營(yíng)策略進(jìn)行管理，對(duì)基礎(chǔ)軟硬件異常情況出發(fā)告警，對(duì)基礎(chǔ)軟硬件資源進(jìn)行長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行配置和管理等。虛擬化平臺(tái)要具有統(tǒng)一實(shí)施備份和容災(zāi)的機(jī)制，確保其能夠承載業(yè)務(wù)的高可用。

目前，主流的服務(wù)器虛擬化平臺(tái)有VMware vSphere和Microsoft Hyper-V，由于VMware vSphere支持絕大多數(shù)主流的操作系統(tǒng)，具有非常齊全的管理工具，并且得到了服務(wù)器硬件廠商的廣泛支持。VMware vSphere是業(yè)界領(lǐng)先的云計(jì)算操作系統(tǒng)，使用虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換成為可擴(kuò)展的聚合計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)。云計(jì)算是一種構(gòu)建在虛擬化高效資源池技術(shù)之上的計(jì)算方法，用于創(chuàng)建按需、彈性、實(shí)現(xiàn)自我管理且可以作為服務(wù)來進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配的虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)。虛擬化使應(yīng)用程序和信息從基礎(chǔ)硬件架構(gòu)的復(fù)雜性中解脫出來。虛擬化不僅是云計(jì)算的基礎(chǔ)技術(shù)，而且還提供強(qiáng)大的靈活性和更高效的成本控制。通過整合多臺(tái)服務(wù)器以虛擬機(jī)的形式進(jìn)行合并，使得一臺(tái)物理服務(wù)器可以承擔(dān)多臺(tái)的工作。另外虛擬化數(shù)據(jù)中心可以簡(jiǎn)化管理、創(chuàng)建動(dòng)態(tài)且靈活的數(shù)據(jù)中心，可以在縮短停機(jī)時(shí)間，減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。X86架構(gòu)下的計(jì)算機(jī)硬件被設(shè)計(jì)為只能運(yùn)行單個(gè)操作系統(tǒng)，即使安裝了大量的應(yīng)用程序，大多數(shù)計(jì)算機(jī)任然無法得到高效充分的利用。通過使用虛擬化技術(shù)在單臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，虛擬機(jī)可在多種環(huán)境下共享該物理機(jī)的資源。在同一物理機(jī)上不同的虛擬機(jī)可以相互獨(dú)立，運(yùn)行著不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。VMware vSphere 可以構(gòu)建整個(gè)虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)，其規(guī)模可達(dá)到數(shù)千臺(tái)物理計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備，能夠動(dòng)態(tài)的遷移資源，無需單獨(dú)向每個(gè)應(yīng)用程序永久的分配服務(wù)器、存儲(chǔ)或網(wǎng)絡(luò)帶寬。虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)是云計(jì)算的基礎(chǔ)，云計(jì)算是依賴于可擴(kuò)展的彈性模型來提供信息服務(wù)的，而該模型本身是依賴于虛擬化才可以正常工作，而VMware vSphere 即可提供該虛擬化方案。

根據(jù)我校的實(shí)際情況，通過相關(guān)的調(diào)研和測(cè)試，我校使用VMware vSphere的虛擬化解決方案。通過使用此虛擬化技術(shù)，構(gòu)建相應(yīng)的應(yīng)用資源池、計(jì)算資源池、存儲(chǔ)資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池、安全資源池、以此來提高數(shù)據(jù)中心的資源利用率和能效，降低總體運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，搭建屬于我校的云服務(wù)平臺(tái)，打造綠色數(shù)據(jù)中心。

我校采用三臺(tái)高端服務(wù)器，其中二臺(tái)服務(wù)器分別配置有8顆8核的中央處理器和256GB的內(nèi)存，另一臺(tái)服務(wù)器配置有4顆8核中央處理器和128GB內(nèi)存，三臺(tái)服務(wù)器做為一個(gè)集群后，所包含的計(jì)算資源池共有160個(gè)vCPU和內(nèi)存640GB，虛擬機(jī)硬盤將根據(jù)原有物理機(jī)硬盤按照1：1的比例來規(guī)劃存儲(chǔ)空間。所有虛擬主機(jī)都與宿主機(jī)自動(dòng)進(jìn)行時(shí)間同步，而宿主機(jī)自身的時(shí)間將和活動(dòng)目錄域控制器自動(dòng)同步。所以我們只需將域控制器的時(shí)間與世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行同步即可。我們使用硬件形式的USB Server和配套的客戶端軟件，該系統(tǒng)對(duì)國(guó)內(nèi)絕大部分的USB加密狗提供完善的支持，具有很好的兼容性。提供專業(yè)軟件ukey共享、虛擬環(huán)境識(shí)別解決方案，支持遠(yuǎn)程識(shí)別usb服務(wù)、遠(yuǎn)程虛擬專用網(wǎng)連接，支持snmp協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)usb設(shè)備的資源共享，在虛擬服務(wù)器上可以滿足對(duì)usb 虛擬化的需求。我們使用VMware vSphere Data Protection套件作為磁盤的備份和恢復(fù)的解決方案，與虛擬化控制中心完全集成在一起，可以對(duì)備份恢復(fù)作業(yè)進(jìn)行有效的集中式管理，針對(duì)所有的虛擬機(jī)提供快速有效的數(shù)據(jù)保護(hù)，甚至可以保護(hù)那些已關(guān)閉或是在物理主機(jī)之間移動(dòng)的虛擬機(jī)。在所有備份上都可使用智能重復(fù)數(shù)據(jù)消除，從而極大地減少備份數(shù)據(jù)所消耗的磁盤存儲(chǔ)空間。通過使用更改數(shù)據(jù)塊跟蹤和虛擬機(jī)快照技術(shù)，可以降低備份虛擬機(jī)的成本，最大程度的縮短了備份窗口。其可輕松實(shí)現(xiàn)備份，無需在每個(gè)虛擬機(jī)上安裝第三方代理軟件。在虛擬化部署過程中，使用VMware vSphere with Operations Management套件讓網(wǎng)絡(luò)管理人員從整體上了解基礎(chǔ)架構(gòu)的運(yùn)營(yíng)情況，從而提高性能和可用性。通過了解系統(tǒng)健康信息和工作負(fù)載容量可以提高利用率和整合比率，節(jié)約硬件成本。利用vCenter Site Recovery Manager套件實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)級(jí)別的容災(zāi)備份，確保當(dāng)某一站點(diǎn)出現(xiàn)癱瘓，另一個(gè)站點(diǎn)能更夠快速的接管業(yè)務(wù)，確保業(yè)務(wù)的高可用性，實(shí)現(xiàn)無中斷、自動(dòng)化并且可以根據(jù)需求隨時(shí)執(zhí)行，確保快速且高度可預(yù)測(cè)的和恢復(fù)時(shí)間目標(biāo)的恢復(fù)點(diǎn)目標(biāo)。

我校通過虛擬化方案的實(shí)施，應(yīng)用和硬件的可靠率越來越高，故障率也越來越低，運(yùn)行管理越來越方便，基于此來構(gòu)建我校的綠色數(shù)據(jù)中心。

參考文獻(xiàn)：

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