面向校园的服务器虚拟化平台搭建与应用

彭波 贾海天 王荣祥

摘要：在国家教育部对信息化建设提出严格要求，尤其是全球的云计算数据中心的逐步兴建，苏州经贸职业技术学院数据中心的建设，逐步转向虚拟化和云计算的数据中心架构，降低数据中心总体拥有成本，是学院信息化部门需要亟待解决的事情。该文通过在学校的实际情况和虚拟化数据中心建设的具体要求完成信息化系统的体系结构建设和实现。

关键词： 虚拟化；数据中心；数字化校园

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）03-0050-03

1 概述

在十二五期间，国家和省教育主管部门对于信息化系统也提出严格的要求，尤其是全球的云计算数据中心的逐步兴建，也为我国教育行业发展提供了许多可资借鉴的设计思想和成功案例，因此对于十二五期间的数据中心的建设，逐步转向虚拟化和云计算的数据中心架构，降低数据中心总体拥有成本，是学院领导优先考虑的事情。面对机遇和挑战，实现数字化校园数据中心，可以提升学院的整体信息化应用水平，服务于广大师生。

秉承学校创建“省内有优势、全国有地位、海外有影响的高等职业技术学院”这一目标，在学校信息化建设上运用先进的云计算数据中心的架构体系设计理念，摒弃传统高消耗、高维护的物理架构体系，从虚拟化开始逐步实现云计算数据中心。

2 数据中心相关技术

数据中心建设，主要包括虚拟机的管理、数据中心网络管理、统一计算系统管理、统一存储管理。这也是学院信息化部门数据中心建设的目标，图1是架构数据中的基础架构服务器被计算系统替代。

图1 架构数据中心基础框架

数据中心建设过程中主要依靠以下4个技术作为支撑完成：

1）虚拟化平台

数据中心虚拟化平台包括：计算虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化和安全虚拟化。计算虚拟化主要是对于虚拟化平台中的各个虚拟机分配合适的计算资源，在优化的基础上达到最优的CPU计算分配。网络虚拟化是在数据中心进行虚拟交换机VLAN配置，具有在同一数据中心虚拟系统网络隔离的功能。存储虚拟化和安全虚拟化也越来越得到了人们的重视。

目前学院采用的虚拟化平台主要是Vmware vSphere虚拟化系统，虚拟化系统部署在稳定性较高的刀片服务器上，有效的整合了资源，减少了空间占用，节约了电力消耗、降低了维护人员的工作量。

2）统一计算平台

统一计算平台实现整合的数据中心基础架构，完成统一的管理模型，优化数据中心的虚拟化，提供必要的CPU计算资源，可以根据负载程度实现动态池分配。

在过去近10年中随着学院信息化程度的大发展，业务系统应用规模在不断扩大，随之是服务器，交换机数量的相应增长。添加了各种不同的管理工具。造成了许多被管理的设备，更困难的维护管理策略，安全问题也变得突出起来，扩展也变得越来越困难。统一计算平台可以采用内嵌式的管理系统，采用统一的交换网络提升服务器的虚拟化程度，去除不必要的交换机、网卡和管理模块。

3）数据中心网络平台

数据中心通过以太网与校园网完成数据通信，同时通过光纤通道完成与存储系统的数据通信。

虚拟化中心以虚拟化为基础的数据信息中心。虚拟化数据中心提供提供虚拟化的设备，其中包括：服务器、网络以及存储等。数据中心根据需要具有易扩展， 高使用率， 高可用等技术解决方案。虚拟化数据中心可以按需动态灵活的扩展或缩小当前的运行环境。可以创建一个多台服务器的虚拟化数据中心，并且可以控制多台服务器的使用和配置。虚拟化数据中心解决方案的标准包括一系列验证过的设计来满足数据中心四个基本部分：平台， 安全， 备份恢复及管理/运维。使用这四个部分将把传统的物理式数据中心转换为虚拟化数据中心。

4）统一存储平台

存储虚拟化（Storage Virtualization）是对存储硬件资源进行抽象化表现。通过将一个（或多个）目标服务或功能与其它附加的功能集成，统一提供有用的全面功能服务。存储虚拟化在数据中心实现过程具有重要的意义，存储虚拟化简化了相对复杂的底层基础架构的技术。将资源的逻辑映像与物理存储分开，从而为系统管理员提供了简化、无缝的存储虚拟化视图。

学院在实际运行和实施过程中应用于存储区域网络（SAN）环境中的存储虚拟化（storage visualization）技术在异构的SAN环境下的虚拟存储服务，它带给学校数据中心的益处是：提高存储利用率降低成本，简化大型、复杂、异构的存储环境的管理工作。学院采用独立硬盘冗余阵列（RAID， Redundant Array of Independent Disks）提高数据冗余，完成数据可靠性，完成统一存储平台的构建。目前常用的存储标准有RAID 0 ，RAID 1 ， RAID 5等。

对于用户来说，存储虚拟化就像一个容器，用户不需要看到容器里面的磁盘，磁带，也不需要关心容器里面的数据保存在哪一个存储设备里面。从管理的角度来看，虚拟存储采用集中管理，并根据具体的需求把存储资源动态分配给各个应用的虚拟化系统。利用虚拟化技术，可以用磁盘阵列模拟磁带库，为应用提供速度像磁盘一样快、容量却像磁带库一样大的存储资源，这就是当今应用越来越广泛的虚拟磁带库（VTL， Virtual Tape Library），在校园存储系统中扮演着越来越重要的角色。我院存储虚拟化采用了3PAR存储可以通过StoreOnce Recovery Manager Central （RMC） 实现保护用户的关键业务应用，同时不会影响性能。这款自动化、非侵入式软件结合了快照的简单性和高性能与重复数据删除备份的可靠性和经济性。

3 基于虚拟化平台的数据中心建设

3.1 虚拟化平台的系统迁移

在实际工作中学校有几十个系统需要迁移，学校业务系统基本上部署在x86服务器平台之上，而操作系统主要是Windows和Linux，当前信息系统主要面临的问题如下：

1）原有数据中心由于服务器品牌型号不同存在负载重，电力系统压力大，且稳定性不高，一旦电力系统出现问题，严重影响系统正常运行。

2）原有数据中心系统服务器多为单机单系统运行，当服务器或者其中某个硬件部件出现故障，会导致系统崩溃，严重威胁学校关键核心业务运行。

3）原有系统采用了传统的物理架构，能耗大，管理维护复杂。

4）操作系统崩溃后，数据、应用等恢复时间较长。

5）物理硬件老化，大部分服务器有不间断运行8年以上，上面运行的一些业务系统由于时间久远，缺少相关公司技术维护。

迁移过程中主要需要解决迁移系统以后进行存储、网络和虚拟化资源满足需求。

面向校园的服务器虚拟化平台采用了面向云计算的设计思想，使用“池”的概念设计整个信息系统，将云数据中心中分为四个资源池：计算池、存储池、网络池和安全池，每个池均可实现动态的资源调整，扩大或缩小。现阶段采用具有动态架构的云计算操作系统（VMware vsphere产品），保证信息化的先进性、安全性、开放性、兼容性、共享性、可升级及扩充性，可确保系统实施和日后服务的效率和弹性。

迁移过程中需要解决系统稳定性和资源扩展问题，可以采用不关机热迁移和关闭服务器通过光盘启动冷迁移，迁移完成以后需要进行必要的资源配置。

3.2 虚拟化平台的集群与高可用性建设

VMware HA（High Availability）高可用性为所有在虚拟机服务器运行的系统提供了易于使用、经济高效的高可用性。当服务器发送故障时，有影响的系统将会在集群中留有备用容量的其他主机自动重启。VMware HA群集至少包括2台虚拟化服务器，在各自服务器上面安装了ESX虚拟系统，在一个HA群集中。每一台VMware ESX服务器配有一个HA代理，不间断地检测集群中其他主机的心跳信号。ESX主机每隔一定时间就会通过服务主机的网络连接发送心跳信号。假如某台ESX主机在连续三个时间间隔后都还没有发出心跳信号，那么该主机就被默认为发生了故障或者与网络的连接出现了问题。在这种情况下，原本在该主机上运行的虚拟机就会自动被转移到群集中的其他主机上。反之，如果一台主机无法接收到来自群集的其他主机的心跳信号，那么该主机便会启动一个内部进程来检测自己跟群集中其他主机的连接是否出现了问题。如果真的出现了问题，那么就会中断在这台主机上所有正在运行的虚拟机，并启动预先设定好的备用主机。

高可用性实施过程主要有：1） 创建数据中心；2） 创建集群；3）Vmware EVC模式设置进行虚拟机交换文件位置设置，选择将交换文件存储与虚拟机相同的目录中；4） 创建主机；5）主机网卡Vmotion为开启状态；6）在集群上设置打开HA（High Avaliability）。设置完成以后可以实现在线虚拟机和存储的迁移，可以实现高可用性。

数据中心的网络I/O需求，客户业务需求通过网络访问到服务器群，服务器做虚拟化，虚拟系统在存储阵列中保存。

4 结束语

本文通过面向校园的服务器虚拟化平台搭建与应用构建了校园的数据中心，保障了学校系统的不间断稳定运转。为学校老师和学生提供了安全稳定的服务。在虚拟化平台构建完成以后学校在系统管理的多个方面完成了优化与迁移。例如：原有系统在单独的机架服务器上运行，迁移到虚拟化平台以后原有系统在计算资源，网络资源，存储资源和安全资源方面得到了大幅度的提升，更好的为学校教学提供了不间断服务。对于数字化校园建设方面起到了本质性的跨越式发展，

服务器虚拟化平台搭建完成以后主要体现在：1） 简化了多个不同系统的管理，虚拟化平台建设降低了原有大量系统维护的难度，提高了系统管理员的工作效率。2）高效复用，对于在虚拟化资源中运行的各个系统，可以实现资源复用，减少了建设成本，提高了使用效率。3）绿色环保。节能降耗，最大限度节省电力消耗。4）数据保护，随着存储虚拟化和HP 3PAR技术在数据中心的应用，数据保护得到了大幅度提升，为异地数据同步备份提供了现实依据。

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