虚拟化数字校园平台研究

吕爱丽　叶小涛

摘要：针对高校数据中心建设中存在的资源利用率低，管理维护困难等问题，该文引入了虚拟化技术，论述了虚拟化技术及其分类，构建了基于VMware Infrastructure的虚拟化数字校园平台，介绍其功能设计、体系结构、实施步骤等。有效地节约了服务器资源，降低了数据中心的建设与运营成本。

关键词：数据中心；VMware；虚拟化

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）30-7012-02

随着基于校园网的教学、科研和管理办公等应用系统的相继建成和使用，校园网上运行的应用系统日益增长。快速增长的应用需要部署大量的服务器和存储资源作为硬件支撑平台。如何保证各种应用服务长期稳定运行，如何最大化利用硬件平台的所有资源、降低资源管理的难度，建立统一、绿色的数据中心是我们目前急需解决的问题。虚拟化技术是推动数据中心绿色应用的重要标志。虚拟化技术需要解决如下问题：1）通过硬件分割，实现多程序可共享。2）使软件在多OS之间可移植。3）原有应用系统可正常运行于新环境中。

本文采用VMware Infrastructure 虚拟化方案，辅以成熟的、主流的、符合未来发展趋势的技术建立一个全校统一的虚拟化服务计算平台，将所有资源整合为一个统一的、可度量的整体资源池，并精确划分资源可分配单位，按一定的策略和原则对资源进行动态分配。

1 虚拟化技术介绍

虚拟化[1]是指对物理资源的逻辑表示（而非简单的抽象），通常是将一组物理资源虚拟为多组逻辑资源，或者将多组物理资源虚拟为一组逻辑资源。虚拟化可以分为服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。

1.1 服务器虚拟化技术

所谓服务器虚拟化是指将来自服务器的各种资源进行抽象，不再受限于物理界限，将多台物理服务器变为一台逻辑服务器，从而使内存、CPU、磁盘等硬件设备成为动态管理的对象，完成相应的功能，实现了服务器的逻辑整合[2]。

1.2 存储虚拟化技术

存储虚拟化[3]是将底层物理设备映射成一个逻辑整体，屏蔽底层设备的物理异构，应用服务器面对的只是一个映射好的单独存储卷，用户无需关心存储阵列分配空间、处理数据的方式，只需对虚拟存储卷进行统一管理即可。

本文采用网络存储虚拟技术，通过在原存储网络中增加虚拟管理服务器平台、网络中间件等软硬件设备，把各种应用系统和物理存储进行隔离，将物理异构的设备和存储资源进行统一管理，并按需划分大小不同的虚卷，将这些虚卷按一定的读写授权分配给存储网络上的各种应用服务器。

2 虚拟化数字校园平台设计

2.1 虚拟化数字校园平台体系结构

针对我校目前信息化现状，采用虚拟化技术对应用系统和存储资源进行整合，建立虚拟化平台，构建云数据中心，提高资源利用率，实现硬件及应用系统的高可用性和高业务连续性。虚拟化数字校园平台的体系结构如图1所示。

1） 虚拟化硬件平台。主要包括ESX运行服务器、校园网络及数据存储设备，是实现虚拟数字平台的硬件基础。

在虚拟化架构设计中，关键一点是存储规划。该文采用光纤交换机将多台物理存储连接构成SAN存储网络，配置存储虚拟化软件，将物理存储虚拟成一个统一的存储池，提供给服务器虚拟化平台，按需分配存储空间。

2） 虚拟化管理监控平台。主要包括ESX Server，VCMS， VI API等，实现对物理主机和虚拟机资源的监控、配置和管理。三台物理服务器安装ESX Server运行虚拟机，虚拟机文件通过FC SAN、iSCSI SAN或NAS方式存储在共享存储中，ESX Server采用多路径来维持和共享存储的持续连接。VCMS提供对物理主机和虚拟机资源的基本配置、管理，它们是实现虚拟化数字平台的软件基础。

3） 虚拟化服务平台。面向用户提供各个虚拟的应用系统，实现数字化校园各项信息应用服务。

2.2 功能介绍

1） 每台VM的vCPU可达到64个vCPU，内存可达1TB，可以支持64TB的存储容量；

2） 每台虚拟化服务器可建512个VM，可以内建分布式虚拟交换机vSwitch（vDS），每个vDS可以管理到500台虚拟主机；单台服务器的vMotion并发数量可以达到8个以上；

3） 数据采用实时复制机制，提供无损停机恢复，支持全自动故障切换和恢复，也支持手工发起切换任务。支持HA功能，支持在线的VM迁移功能；

4） 具有合理的内存调度机制，能够实现内存的过量使用，提高内存资源利用率；支持动态资源分配功能，可实现VM所拥有的资源自动进行再分配，保障业务系统的服务水平；

5） 每个虚拟机可以支持虚拟多路CPU（vSMP）技术，以满足高负载应用环境的要求；具有整合备份功能，能够利用重复删除技术对VM进行快速备份（全备份或增量备份）和恢复；同时提供备份接口，能够与第三方备份软件无缝兼容；

6） 具有共享数据文件系统，动态调整逻辑卷，可以对异构逻辑卷进行聚合，并实现存储容量的在线增长；

7） 具有存储精简配置能力，降低存储要求；支持在线存储迁移功能，依据存储卷容量及性能实现自动迁移。

2.3 实施步骤和内容

1） 评估：对我校应用环境进行评估、分析，确定虚拟化实施范围和最终目标，进行虚拟化可行性分析（包括硬件环境是否满足，是否需要重新购置新机器；应用系统能否满足虚拟化条件，校园网络和存储设备是否满足虚拟化要求等）。

2） 规划：①容量规划：虚拟化平台由4台物理服务器（4路8核）和Vmare虚拟化软件组成，可以虚拟50台左右虚拟机；②存储规划：虚拟机需要存储的文件数量及所占用的存储空间。主存储采用异地双存储策略（双活或镜像），存储容量设计为20TB，每个磁盘阵列采用RAID5+1方式，数据备份策略采用异地容灾备份策略；③网络规划：服务器网卡数量、网络冗余线路、虚拟化网络策略。主机与存储之间数据交换采用双SAN存储网络；④应用规划：依据应用系统的OS、服务水平划分等级，整合现有应用系统。计划在虚拟化平台部署迎新、教务、学工管理、图书借阅、一卡通、离校、就业、校友管理及人事、教学、科研、财务、资产、OA等校园信息化应用；⑤扩容规划：考虑CPU的兼容性以及应用平滑过渡的方案。

3） 实施：安装VMware组件，配置网络、安全策略、带宽限制等，完成存储规划，建立分区，设置防火墙，迁移应用系统。

4） 运行维护：监控虚拟机，管理虚拟化架构并进行优化。

2.4 虚拟化成果

目前，高校数据中心存在服务器资源利用率低，平均在10%～15%左右；系统管理复杂，维护管理水平低；安全控制与数据备份困难等问题。将虚拟化技术应用到数据中心后，能有效解决以上问题。虚拟化数字校园平台运行结果证明，虚拟化技术具有如下优点：

1） 最大化服务器利用率并降低采购数量，服务器利用率达到70%左右。

2） 改善资源分配，提高资源利用率。虚拟化技术可以按照不同业务所需资源的不同，动态地对物理服务器进行虚拟分区，提高了服务器的利用率，也使得资源分配更加合理。

3） 提高了管理效率和安全性。利用虚拟化工具对各个应用系统进行实时监控、动态迁移、灾难预警和计划备份等，极大地提高了管理效率，系统的可用性和数据的安全性也得到了提升。

3 结束语

通过建立虚拟化平台可以打破原有的“一台服务器一个应用程序”模式，一台物理服务器可以灵活部署多个不同操作系统下的应用，这样提高资源的利用率；由于虚拟平台可以在不中断服务的情况下进行安全备份和整个虚拟环境迁移，这样可以提高硬

件和应用程序的可用性及业务连续性，同时还可消除计划内停机，并可从计划外故障中立即恢复；此外由于服务器及相关 IT 硬件减少，因而管理人员的维护工作量、减少了占地空间、节约了能耗。

参考文献：

[1] 孙晋.基于虚拟化技术的数据中心整合方式研究[J].煤炭技术，2013，32（1）：196-198.

[2] 黄荣.基于CitrixXenApp的高校校园网应用虚拟化设计及研究[J].计算机时代，2014（3）：17-19.

[3] 李燕.服务器虚拟化技术在校园云建设中的应用[J].软件导刊，2014，13（3）：26-27.endprint