西安电子科技大学数据中心服务器虚拟化建设实践

尚 进，张玉振

（西安电子科技大学，陕西 西安710071）

一、虚拟化技术及服务器虚拟化

在计算机技术中，虚拟化（Virtualization）是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个简化管理、优化资源的解决方案。虚拟化技术将物理资源如服务器、网络、内存及存储等予以抽象、转换后呈现出来，使用户可以用比原本的组态更好的方式来应用这些资源。这些资源的新虚拟部分不受现有资源的架设方式、地域或物理组态限制。虚拟化技术把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率。

然而，虚拟化技术与多任务以及超线程技术又是完全不同的。多任务技术是指在一个操作系统中多个程序同时并列运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。

通过虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。服务器的虚拟化是虚拟化技术的又一个典型应用。

服务器虚拟化技术主要是一种对服务器资源进行有效整合的专项技术。通过服务器的虚拟化，将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，使用户不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高了对物理服务器的利用率，减少了用户对服务器的投资，为用户降低了成本，简化了系统管理，实现了服务器整合。

本文以西安电子科技大学数据中心服务器虚拟化建设为例，简要说明数据中心服务器虚拟化建设过程。

二、数据中心服务器虚拟化建设的原因

随着西安电子科技大学数字校园建设的不断发展，信息化平台已成为全校教学、科研、管理和服务的重要支撑平台。然而，数字化进程的快速发展，使现有基础资源如服务器、网络端口、存储空间在容量、性能、可用性、业务连续性、备份安全保护、系统管理等方面逐步凸现出一些不足。

一方面，为满足持续增长的服务与应用的需求,常常需要不断增加新的服务器,导致投资大、故障点多、维护难。不断增加的服务器使中心机房的空间、电力等各种资源日益紧张，造成机房建设和运营成本持续增高。与此同时，单独服务器部署模式下，一旦服务器出现问题就会导致应用瘫痪，无法避免宕机时间的不断加长。严重影响了学校日常工作的正常开展。

另一方面，不同的应用系统构建各自独立的物理子网；服务器资源无法横向共享；CPU、内存等计算资源无法整合，不能合理分配利用。在校园网建设过程中,服务器和应用系统的部署时间长,管理维护工作量大，并且各种系统常常都是由不同的平台开发,环境复杂,很难实现统一自动化管理。同时，存在大量利用率很低的独立服务器无法投入其他应用，造成了资源闲置浪费。这种各自独立的状态，也为安全控制、数据备份和灾难恢复设置了巨大的障碍。

学校数据中心需要合理有效地减少运营成本，降低管理复杂度和管理维护人员的工作量，软硬件资源得到合理分配，提升软硬件兼容性，使服务安全性和数据稳定性得到有效提升。因此，需要将虚拟化技术应用于服务器，保障按需交付、易于扩展、资源与使用者合理匹配，使资源无障碍地被获取。

服务器虚拟化后，改变了原来物理服务器不能兼容某些软件的问题，可以兼容多种软件，提高了服务器的兼容性。同时，通过区分资源的优先次序可随时随地将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理、提高效率，从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源，降低闲置率，提升核心业务的资源保障。针对不同部门与用户差别服务，使院系不再关心建设维护IT系统，而是关心业务能否得到IT系统的支撑保障。

三、数据中心服务器虚拟化建设的实施

根据学校的实际情况，数据中心服务器虚拟化的实现主要是在利用现有硬件设备的基础上，适当增设新的设备，利用VMware vSphere5.0对物理资源和系统资源作统筹调整。数据中心虚拟化部署如图1所示。

图1 西安电子科技大学虚拟化平台逻辑结构

虚拟化的第一步是统一存储，因为要把所有的模板和应用资源放在同一个地方才能方便迁移和快速部署。对于存储其实也有自己的虚拟化技术，就是把不同品牌、不同类型的存储设备虚拟成一个面向用户统一的存储。存储虚拟化，为物理存储设备提供一个抽象逻辑视图，用户通过这个统一的逻辑接口来访问被整合的存储资源。能够支持的存储一般有NAS、SAN、IPSAN。

目前数据中心有两台存储正在使用。一台核心光纤存储IBM DS5300和一台作为数据备份介质使用的ISCSI存储H3C。核心存储DS5300目前容量使用已接近饱和，容量严重不足。另外，早期的虚拟化、应用服务器与存储链接使用单链路，单点故障成为故障隐患。因此，新购置一台EMC VNX-5600存储与原有存储整合成为一个存储资源池使用。

存储通过4个光纤通道端口与光纤交换机（博科5100、EMC 300b、博科300）链接，虚拟服务器和应用服务器能够使用光纤通道交换机连接到存储设备上。由于可以在高性能的光纤存储系统之中实现存储的条带化，所以每个连接的主机都能以非常高的性能访问共享的逻辑单元，这样消除了存储区域网络内部的数据拥堵。

数据中心新旧存储系统的拓扑图如图2、图3所示。

图2 原有存储系统拓扑图

图3 新存储系统拓扑图

存储系统采用了基于SAN的存储解决方案。在SAN存储网络上，存储网络的核心采用的是3台光纤通道交换机为磁盘阵列、应用服务器提供全交换的网络平台。应用服务器配置了两块HBA卡接入到交换机中，安装多路径软件提供存储端口的路径冗余保护功能。

对于主机及磁盘设备的连接，为了实现系统数据路径冗余，避免出现单点故障，按下述原则设计了交换机的连接：①配置双卡的主机上的单块HBA卡，必须分别接入到不同的交换机中，保证主机连接的冗余性。②配置单卡的主机，添加一个HBA卡，接入到不同的交换机中，保证主机连接的冗余性。③存储的主机接口，需要每个控制器至少两个主机接口同时接入交换机中。④为了充分利用交换机芯片内部高速缓存交换性能，相关设备应接入同一端口组区域。

虚拟化的第二步，就是在服务器裸机上部署ESXi软件。部署过ESXi的服务器就可以建立虚拟机了。在ESXi安装好以后，我们可以通过在办公室台式机上安装VMware vSphere Client来对服务器进行远程连接访问和综合调配控制，并在ESXi服务器上创建多个VM（虚拟机），再为这些虚拟机安装好Linux/Windows Server系统使之成为能提供各种网络应用服务的虚拟服务器。ESXi也是从内核级支持硬件虚拟化，运行于其中的虚拟服务器在性能与稳定性上不亚于普通的硬件服务器，而且更易于管理维护。

目前，数据中心用了8台曙光I840R-GP物理服务器提供虚拟机创建。该物理服务器的配置为：4个Intel 8核Xeon E7-4820处理器（2.0GHz,L3缓存18MB,8核心105W）；256G DDR 1600内存（支持内存纠错、镜像、内存冗余校验）；3块300GB 10K 6G 2.5 SASDP HDD内置硬盘；512M高性能SASRaid卡（支持Raid0/1/5/6/10/50）；1*10G光纤网卡(含SFP+模块。四端口1GbE多功能网卡，支持WOL/网卡绑定，远程管理)；DVD-RAW光驱；2*8Gb PCI-E接口FC光纤接口HBA卡；4块冗余热插拔电源模块；远程管理卡（支持Windows/Linux系统跨平台管理，符合IPMI2.0标准）。

虚拟化的第三步，就是部署vCenter。为了实现统一管理、快速迁移等功能，还需要一个管理平台。因此，选用一台服务器安装vCenter Server，用于管理加入虚拟化组里面的设备，包括多台ESXi的服务器、统一的存储等。

数据中心服务器虚拟平台一方面支持着全校多个业务系统的运行,这些业务系统包括数字化校园系统、人事系统、办公自动化系统、学籍管理系统、教务管理系统、财务管理系统、移动校园系统等。另一方面，该平台还为校属单位、学校院系、职能部门等提供虚拟服务器用于网站或应用系统建设。

[1]张文盛.虚拟化服务器的应用研究[J].办公自动化,2010(8).

[2]韩寓.服务器虚拟化技术研究与分析[J].电脑知识与技术,2011(3).

[3]汪文彬.高校数据中心服务器虚拟化研究及应用[J].浙江工业大学,2013.

[4]史梁,蔡豪.VMware服务器虚拟化在高校数据中心的应用[J].昆明冶金高等专科学校学报,2014(3).