基于IBM Power VM虚拟化技术在高校校园网建设中的应用

陈开兵

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

一、引言

随着高校的扩招，学校对外的宣传、自身的教育资源等网络服务的需求也随其迅速扩张。目前，高校的校园网服务器主要包括学校主页服务器、视频服务器、教学资源服务器、OA服务器、精品课程服务器、邮件服务器以及提供WEB、DHCP、FTP络应用服务器，其对应的每一项服务都需要有一台硬件服务器或存储设备来支撑，有的还可能会考虑到数据的安全可靠性，配置了双机。这些服务器在部署和运行期间，存在着一些问题：

（一）利用效率不高。由于不同的服务运行都存在着高峰和低谷的周期，为了满足这种要求，在配置服务器的时候就必须按照其峰值进行配置，这样就会造成该服务器的大量时间处于空闲的运行状态，导致浪费大量的计算机资源。

（二）扩展性差。目前，很多应用软件系统都是基于32位的操作系统，其只能访问服务器的4GB的内存，如果要访问更多的内存，就需要重新配置更高的服务器。同时，随着IT技术的迅猛发展，最新的服务器内存配置已达到16GB或更高，而现有的32位应用软件系统无法访问。

（三）管理难度大。由于应用软件系统的不断升级、更新和维护，造成各种冲突或出现故障是不可避免的，这必然会导致管理难度加大，无法向用户提供稳定高效的网络服务。

（四）运维成本高。服务器的数量不断增加，对数据中心的要求也越来越高，其所需要的网络、耗电、制冷等也越来越大，相应的各种成本就越来越高。

综上各种因素，要提高高校校园网服务器的运行效率和质量，就必须要减少相应的硬件投资、降低其运维成本、简化数据中心的管理，同时，还要提高服务的连续性。为此，本文提出了一种基于IBM Power VM技术的高校校园网虚拟化方案，该方案可以有效地对高校的校园网服务器进行整合，从而解决这些问题。

二、服务器虚拟化

（一）虚拟化概念

计算机网络中提到的虚拟化是将一个单体资源加以子集化、抽象化的过程，以设计者的概念运行，并获得更佳的资源利用率，虚拟化提供了对于数据、计算能力、储存容量及其它资源一个逻辑的分类，而不是一个实体界限。

虚拟化的概念最早出现于1967年IBM M44/44X主机中提出，为让使用者能够充分地利用昂贵的大型机资源，研发了虚拟化技术，让使用者在同一台主机上可以同时运行多个操作系统，而这个技术就是IBM公司所提出的逻辑分区(Logical Partition，LPAR)与动态逻辑分区 (Dynamic LPAR，DLPAR)的概念，其中DLPAR甚至可以在不重新启动计算机系统的情况下，将CPU等系统资源分配给独立的分区，在管理层面上提供了很高的弹性与便利性。

（二）虚拟化需要考虑的问题

虚拟化技术包括硬件虚拟化、并行虚拟化和操作系统虚拟化，不同的虚拟化有不同的效果，在对服务器进行虚拟之前，必须先考虑以下问题：

(1)性能：虚拟化的性能影响应用程序的性能，并最终影响终端客户的满意程度。虚拟化的应用程序运行效率差异相当大，效率高的能够做到接近原始物理环境下运行的效率，效率低的则让终端用户都无法接受。另外，同一虚拟化技术的不同产品性能也有很大差异。

(2)利用率：服务器的利用率直接关联到数据中心的资源总拥有成本，在服务器整合中要考虑到数据中心的存储、电力和硬件维护成本等因素。提高服务器的实际使用率，最大化服务器的性价比和投资回报率，这是服务器整合的根本目标。

(3)管理成本：虚拟化可以降低硬件以及环境的成本，但操作系统和应用程序更新、补丁、备份、安装和应用管理等这些管理性任务的成本也相当可观。因此对于虚拟化基础设施的管理，虚拟化的管理工具就更加重要，只有很好地进行资源的管理和监控才能降低管理成本，才能有效地利用虚拟服务器的资源。

(4)平台支持：虚拟化技术是将虚拟服务器从其下的硬件中抽象出来，此时，必须要考虑到平台的支持问题。对于硬件虚拟化和并行虚拟化而言，必须要支持从CPU芯片到显卡等计算机的所有硬件。而对于操作系统虚拟化来说，其技术是建立在标准的操作系统之上，所以操作系统虚拟化产品部署过程相对于硬件虚拟化和并行虚拟化来说比较容易。

(5)资源利用：硬件虚拟化和并行虚拟化分配的硬件资源是一种虚拟资源，有一定的限制性，其中有些虚拟资源是动态的可以实时更新，而有些虚拟资源可能需重启服务器或中断虚拟服务器才能利用。操作系统虚拟化对资源的管理相对来说比较灵活，可以在不中断应用服务或虚拟服务器情况下实时更新资源。

（6)迁移：迁移是虚拟化技术的一项重要功能，其允许将虚拟服务器克隆出来，或从一台物理服务器迁移到另外一台服务器。许多虚拟化解决方案虽具有迁移能力，但他们在软件功能和成本方面有相当大的差异，因此，在做服务器迁移之前，用户需要评估迁移的重要性，明确如何迁移才能更适应应用环境。

(7)隔离和安全：不同虚拟化技术具有不同的隔离和安全处理方式，虚拟化解决方案最基本的组件就是分区。所有虚拟计算机必须完全隔离，这样进程、动态链接库以及应用程序才不会影响同一台服务器的其它虚拟计算机的应用。同隔离一样，对于同一台物理服务器上的两个虚拟服务器来说，彼此之间的安全同样重要。因此，要确保这些技术隔离和安全的级别是可靠的。

（三）虚拟化的效果

通过对服务器虚拟化后，必须要达到以下效果：

(1)降低成本：通过对服务器进行虚拟化后，一方面可以实现服务器资源整合，用户将自己的多个应用软件系统整合至一个硬件服务器中，从而控制和减少物理服务器的数量，提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率，降低硬件成本。另一方面，经过整合后的系统管理大大简化，其运维成本也必须大幅下降，包括数据中心空间、机柜、网线、耗电量、空调和人力成本等。

(2)提高工作效率：通过服务器虚拟化，可以加快新服务器和应用的部署，完成了传统方式下需要几十台服务器才能完成的工作。在降低物理服务器数量的同时，还要大大降低对机房环境的需求。由于虚拟机可快速迁移和备份，使得IT硬件维护工作要变得更简单。另外，虚拟化还要提高开发人员和质量保证人员的工作效率，系统开发人员可以通过在隔离的虚拟机上执行测试来缩短停机时间和周转时间。

(3)实现环保：服务器虚拟化前与服务器虚拟化后相比，设备能耗差要大，每年减排的二氧化碳要尽可能多，这样可以真正实现节能环保。

(4)保障服务的连续性：通过对服务器虚拟化，能利用虚拟机实现硬件、存储、操作系统和数据库的完全统一，从而真正实现不间断的实时备份，保证业务连续性。

三、基于IBMPower VM技术的服务器虚拟化方案

（一）IBM Power VM虚拟化架构

IBM Power VM虚拟化架构如图1所示。IBM Power VM虚拟化技术源于IBM大型机上使用的虚拟化技术。该虚拟化架构分成三层：物理层、微码层和操作系统层。其中物理层包括物理的CPU、内存、I/O适配器、服务处理器等实现物理上的资源。微码层又叫做抽象层，主要是指Hypervisor，这是虚拟化技术中的一个核心组件，主要负责上层操作系统层与下层物理层之间通信、使用物理资源以及逻辑分区之间的通信。操作系统层即逻辑分区层，IBM的p系统服务器虚拟化技术允许在一台物理服务器上同时运行多套不同的操作系统，每个操作系统及其所使用的资源定义文件就组成了一个逻辑分区(LPAR)。

例如，在UNIX平台上，用户可以选择IBM Power VM实现服务器虚拟化，并通过IBM提供的虚拟化服务器管理软件实现统一管理，能够提高资源利用率，实现资源动态调整、虚拟高可用性、虚拟机动态部署迁移、虚拟备份、全方位虚拟化及集成，从而简化IT基础设施，降低成本。

本方案以节约成本为本质，提高资源利用率为目的，采用IBM Power VM虚拟化技术对系统进行分区、整合，既满足了三层架构的安全要求，同时又节约了服务器资源。

3.2方案的系统拓扑示意图

方案的系统拓扑示意图如图2所示。本次配置2套12 core IBM Power 740服务器，将每台服务器分成5个分区，其中第一分区为数据库分区，分配6 core Power 7，第二分区为DNS分区，分配2 core Power7，第三分区为OA及邮件系统分区，分配2 core Power 7，第四分区四为WAS分区，分配2core Power 7。两台IBM Power 740服务器的第一分区通过Power HA做成双机集群，共享磁盘阵列采用IBM DS5020，其他几个分区通过应用本身的集群工作机制做成互为备份。

四、总结

本文利用了IBM Power VM技术，提出了高校校园网服务器虚拟化的方案，虚拟化不仅仅是一个技术，一个应用手段，其实更是高校校园网发展的必经的历程。虚拟化的前景虽然是无限的，但也必须清醒地意识到，高校校园网并不能为了虚拟化而虚拟化，而应该将虚拟化技术与自身的服务有机的结合起来，以实际使用为准则，切实提高高校的校园网服务。该方案已在某高校中投入使用近一年，效果良好。

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