服务器虚拟化技术在高校数据中心的应用探究

叶建辉

（福建师范大学福清分校，福建福清350300）

服务器虚拟化技术在高校数据中心的应用探究

叶建辉

（福建师范大学福清分校，福建福清350300）

随着校园信息化建设的不断加深，各种数字化平台在校园中得到了应用，带给校园全新的管理模式与教育视野.同时服务应用的不断增加，高校数据中心也面临着更多的问题与挑战.本文简要阐述了服务器虚拟化技术概念及优缺点，分析了高校数据中心面临的问题，并给出了服务器虚拟化在高校数据中心应用方案设计及应用效益.

服务器虚拟化；高校数据中心；VMware

1　前言

信息技术的不断发展，校园信息化建设进程的稳步推进，使得数字化校园的理念深入到高校建设中，越来越多的信息技术被高校所应用.各种软件、管理系统在高校中得以应用，很大程度上提高了高校的工作效率和管理水平，加快了校园信息的流通，使校园信息互动更加的流畅.大量信息系统的运用，给高校数据中心提出了更高的要求.高校数据中心也面临着前所未有的挑战，在这几年的发展中各种问题也不断的凸显出来.由于目前大部分高校仍然采用一台服务器搭载一个系统应用的模式，在高校的长期发展中，服务器数量也随之不断的增多.然而服务器的使用效率并未由于量的提升，而得到质的飞越，反而造成硬件资源、空间的浪费，电能的消耗，系统管理上也变得更加繁琐复杂.这种形势下提出服务器虚拟化技术无疑是雪中送炭，服务器虚拟化技术就这些问题提供更加科学的解决方法.

2　服务器虚拟化技术简介

虚拟化技术的飞速发展，在各个领域都得到全面的应用.从应用的领域方面来划分虚拟化技术，主要分为几种类别：网络虚拟化技术、存储虚拟化技术、还有就是传统认为的虚拟化技术—服务器虚拟化技术.所谓的服务器虚拟化技术，就是在一个硬件服务器上搭建多个类硬件系统服务器，将CPU、内存等硬件资源划分给各个虚拟服务器来使用.它们彼此之间是相对独立的，而又共同依存在同一个硬件服务器上，在安装好操作系统的虚拟服务器上架设相应的应用系统，对外界提供服务与应用.服务器虚拟化技术从硬件资源调用模式划分主要分为几种类别：全虚拟化、半虚拟化、硬件辅助虚拟化.

2.1全虚拟化技术（FullVirtualization）

全虚拟化技术主要的核心技术是在虚拟机与硬件服务器之间架设了一层软件层-Hypervisor.Hypervisor是运行在虚拟机跟硬件服务器之间的，虚拟机所发出的指令，经过Hypervisor翻译后得到硬件服务器所能识别的编码，通过调用硬件资源共享给每台虚拟机使用.正因为在运行虚拟机的同时也会执行Hypervisor，所以它会消耗一部分的系统性能.全虚拟化技术最大的优点是在于它不需要对虚拟机操作系统内核做任何修改，兼容性好，运行速度快.其主要代表产品有VMware ESX Server，VMware Workstation，Virtual Box等.

2.2半虚拟化技术（ParaVirtualization）

半虚拟化技术相对于全虚拟化技术来说，它是通过对操作系统内核做相应的修改，使虚拟机操作系统自身能够与虚拟进程进行很好的协作.在虚拟机操作系统与Hypervisor配合基础上，在运行过程中无需经过Hypervisor进行重新编译，直接管理底层物理硬件资源.半虚拟化的优势在于消除了Hypervisor重新编译造成的系统性能消耗，从而提高了系统性能.但是半虚拟化技术必须修改操作系统内核，在很大程度上影响了系统兼容性和可移植性，也会造成系统后期的维护的困难.目前代表产品由剑桥大学开发的开源代码虚拟机监听器Xen.

2.3硬件辅助虚拟化技术（Hardware Assisted Virtualization）

硬件辅助虚拟化技术是在全虚拟化技术与半虚拟化技术的基础上对硬件进行优化，在硬件上嵌入优化程序，使硬件更加的贴合于虚拟化技术的实现而产生的.目前比较具有代表性的有两种产品，分别是Inter VT和AMD—V的CPU产品.其主要是在CPU上添加了root模式，让Hypervisor运行在root模式中，通过识别指令的级别，使特权指令能够在Hypervisor上自动识别执行.

3　服务器虚拟化在高校数据中心应用方案设计

3.1服务器虚拟化在高校数据中心的需求分析

计算机技术的发展，加快了数字化校园进程，推进了信息建设的步伐.校园中引进了各种应用系统平台，纵观高校主要包含了几种比较普遍的平台：站群管理平台、教务管理系统、网络教学平台、国资管理系统、财务管理系统、OA办公系统、工资查询系统、校园一卡通平台、校园门禁系统、图书馆借阅系统等等.这些平台的应用，全面增强了校园管理水平，有效提升了高校办学质量，但是随之而来的问题也不断凸显，高校数据中心主要存在以下几个问题.

首先，目前许多高校仍然采用一种应用一台服务器的模式，在投入应用服务的同时，也相应采购了服务器.日积月累，服务器的数量不断的激增，然而服务器所提供的硬件资源远远超过应用服务所需要承载的资源，服务器硬件利用率往往不到10%.服务器性能未得到应有的发挥，造成了服务器堆积，硬件老化，服务器利用率低下.

其次，高校数据中心服务器的日趋增多，随之投入成本也不断增大，服务器所需要的空间也不断扩大，如此下去再庞大的数据中心机房也会不堪重负.由于机房都是提供24*7服务的，服务器所消耗电能也不断增加，这样即增加了投入成本，也造成了极大资源浪费.

最后，由于应用服务的增加，服务器之间是相对独立的，数据备份难度大，管理难度高，维护成本高，浪费人力，财力.

3.2服务器虚拟化在高校数据中心的架构设计

根据以上提及的高校普遍应用系统，我们就以12个应用服务平台需要整合为例，若按照原有的单对单模式进行部署，那么需要至少12台服务器提供应用服务.基于VMware vSphere虚拟化平台，将这些应用服务进行资源整合，分别架设在虚拟机上提供外界服务.基于设备性能及应用服务需求等方面考量，选择三台IBM x3850 X6服务器，在三台上部署VMware ESXi server服务，建立HA集群，根据应用服务的需要，分别在每台ESXi server服务器上架设出多台虚拟机，提供应用服务.选择一台IBM x3750 M4服务提供VMware vcenter server使用,此服务器作为虚拟化平台管理中心，为虚拟化数据中心提供基本管理服务的核心服务，通过VMware vcenter server可以全局管理所有虚拟机及硬件服务器，对硬件服务器进行资源整合.根据实际需要，合理分配服务器硬件资源，提供ESXi上虚拟机使用.用户通过VMware client客服端程序远程连接到VMware vcenter server服务器上管理ESXi的单台主机或者ESXi上任何一台虚拟机.另外在VMware server上可以提供高可用服务功能，当出现ESXi一台虚拟机服务器硬件出现问题时，可以利用VMware VMotion功能，能够在非中断服务的前提下，提供不间断的虚拟服务系统自动迁移功能，保障了业务连续性.选择两台戴尔PowerVault MD3600F光纤通道存储阵列设备，一台提供共享数据存储服务，一台提供备份存储服务，做到双机热备，实现高效的虚拟机系统和数据的备份.在存储设备与服务器之间架设高速光纤交换机，提供数据高速的传送.在架设好共享存储设备后，VMware vSphere平台系统提供了高可用HA功能及高可用DRS功能，通过这些功能可对服务器硬件资源做到根据实际需求合理分配CPU及内存的资源，做到系统资源利用率达到最佳状态，并保障不间断的应用服务体系.根据以上实施方案具体架构设计如图1所示.

图1　架构设计图

4　服务器虚拟化在高校数据中心应用的效益分析

(1)减少硬件投入，降低成本.通过服务器虚拟化技术引入校园数据中心应用，全面减少服务器的数量，从原本的一服务器一应用的变为一服务器多应用，大大减少了硬件的投入成本.提高了服务器应用的可扩展性，应对未来需要更多的应用服务，只需添加虚拟机并架设应用，调整资源配置，无需再另外购买单一服务器.随着计算机应用技术的飞速发展，这方面的优势将更加明显.

(2)简化管理，易于维护.通过VMwarevcenter管理中心可以实现从原先的单台服务器性能，软硬件逐一检查到服务器集群集中管理，全局监控.便于管理，减轻管理人员工作量，全面提升了管理效率，解决了管理人员维护繁杂，工作效率低等问题.

(3)优化资源，提高利用率.在单台服务器单应用的情况下，服务器平均利用率只能达到5%～10%，通过服务器虚拟化高可用性功能，将硬件资源合理分配，动态调整应用服务所需的硬件资源，充分发挥服务器性能，全面提升服务器利用率，利用率可达到50%～70%.

(4)节约空间，降低能耗.在减少服务器数量的同时，节约校园数据中心机房空间，将有限的空间做到最佳的利用，提升空间利用率.同时服务器运行所消耗的电能也大幅降低，极大程度的减轻了能耗负载压力.

5　结束语

随着信息技术的迅猛发展，加快了校园信息化建设的步伐，未来将会有更多智能化应用服务投入到校园中，服务器虚拟化技术在高校数据中心的应用也将成为一种趋势，服务器虚拟化技术的优势也将会更加明显.随着虚拟化技术的不断完善，进一步加强服务器虚拟化技术在校园数据中心的应用研究，在数字化校园建设过程中具有重要的实践意义.

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