基于虚拟化技术构建武汉商学院绿色数据中心的探索与实践

林浩

摘要：本文以武汉商学院为例，采用虚拟化技术作为数据中心整合中产生聚合效应的关键技术。虚拟化技术的使用使我校提高了基础架构的利用率、节约了成本、降低了资源消耗，实现对绿色节能的支持，并带来更高效的管理方法，构建了我校的绿色数据中心。

关键词：虚拟化；容灾；架构；绿色数据中心

中图分类号：TP3 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）030-000-02

随着我校教育信息化的不断向前发展，越来越多的业务系统依赖于数据中心的支撑——包括学校门户网站、一卡通系统、办公自动化系统、教务管理系统、财务管理系统、迎新综合管理系统等27个业务系统。各种业务系统不断建设和更新，我校校园网核心机房的服务器也在相应增加，其硬件利用率过低、管理非常复杂、运行投入越来越大等问题正逐渐显现。传统的应用模式是简单的通过增加处理器、内存和服务器数量等方式来解决，而随着服务器数量的增长，偶发性的宕机时间、次数的增加，数据备份和系统恢复变得越来越困难和复杂。同时随着服务器增加所带来的能源消耗和废气排放也不符合绿色节能环保的科学发展观的要求。

我校核心机房现有服务器41台，共运行有多个消耗不同硬件资源的业务系统，但其运行的效率不够充分：中央处理器消耗率一般在10%到30%之间、内存消耗率一般在在20%到50%之间、硬盘空间的平均利用率不足30%。大部分服务器的硬件资源存在相当程度上的资源浪费情况。多个应用系统运行时，对硬件资源的消耗是不一样，随着应用系统负载的加大，硬件资源的消耗也会相应的提升。但现有的机房硬件部署方式还是采用传统的一个应用对应一台或多台服务器的配置模式，无法根据应用负载的增加或减少，动态调配相应的硬件资源，造成硬件资源的利用不平衡，导致高负载的应用系统配置的硬件资源不足，低负载的应用系统硬件资源过剩，且由于应用的不可中断性，无法实时在线调整。硬件资源无法根据业务的负载情况来实时调整资源的分配及多余资源的回收，造成资源利用的不合理。以我校迎新综合管理系统为例，此应用系统只在迎新时期访问量才会凸显，达到几千次每天，但是在非招生迎新期间，此应用系统访问量几乎为零。无法根据其应用特征来灵活分配相应的资源。目前我校核心机房的供电功率已经达到额定功率，已经无法满足对新增服务器的能耗需求，如果大量增加物理服务器，那必须要对现有的供电设施进行改造；同时服务器数量增多，核心机房温度必然升高，为了确保服务器能够正常运转，制冷系统就需要进行改造。校园网核心机房服务器设备、网络设备较多，现有监控系统无法对各种设备、系统、环境、应用进行统一的监控管理。对设备的巡检需要逐一登录到每台设备上进行，缺乏统一的告警机制，无法及时准确的获知相关故障设备的信息，增加了业务恢复的时间。一旦某些应用所依赖的服务器软硬件或应用本身出现问题就会导致服务中断，很大程度上增加了设备运维的复杂度、困难度。各应用系统的数据备份都是单独手工操作，有些还是本地备份，这样数据安全就存在较大隐患。

针对以上情况，可以采用服务器虚拟化技术予以解决，所使用的虚拟化平台需要能够创建多台虚拟机，并且虚拟机的部署可以通过向导和模板进行，虚拟机需要能支持目前主流的操作系统。现有的应用系统部署在不同的VLAN内，所属的IP地址段也不同，为保证现有的系统在从物理机向虚拟机迁移后不用改变IP等配置，就要求虚拟化平台可以使得同一台物理机上的虚拟机能够属于不同的VLAN，配置不同的IP地址。虚拟机要具有自动迁移的功能 ，在进行计划内服务器维护和跨服务器的虚拟机实时迁移时，不需要将应用停机，避免服务中断。当虚拟化平台下的某一台物理机发生故障时，在该物理机上运行的虚拟机能够在极短的时间内使用其他物理机上的资源自动的重新启动。虚拟化平台需要能够对服务器资源进行动态的负载平衡，根据业务的优先级向提供正确的资源。当虚拟化平台下某台服务器资源利用较低时，可将此台服务器上运行着的应用系统迁移至其它的服务器上，该服务器自动下线，在保障业务的同时，降低了能耗。虚拟化平台需要可以實现从物理机向虚拟机的迁移，并具备在迁移过程中对磁盘空间进行重新分配，安装相应辅助工具，在目标机器上控制windows的服务进程，不同平台之间的应用相互转换等能力。虚拟化平台可进行全生命周期的管理监控，对基础软硬件进行状态和性能监控、对虚拟化运营策略进行管理，对基础软硬件异常情况出发告警，对基础软硬件资源进行长期的数据统计分析，对虚拟机进行配置和管理等。虚拟化平台要具有统一实施备份和容灾的机制，确保其能够承载业务的高可用。

目前，主流的服务器虚拟化平台有VMware vSphere和Microsoft Hyper-V，由于VMware vSphere支持绝大多数主流的操作系统，具有非常齐全的管理工具，并且得到了服务器硬件厂商的广泛支持。VMware vSphere是业界领先的云计算操作系统，使用虚拟化技术将数据中心转换成为可扩展的聚合计算基础架构。云计算是一种构建在虚拟化高效资源池技术之上的计算方法，用于创建按需、弹性、实现自我管理且可以作为服务来进行动态分配的虚拟基础架构。虚拟化使应用程序和信息从基础硬件架构的复杂性中解脱出来。虚拟化不仅是云计算的基础技术，而且还提供强大的灵活性和更高效的成本控制。通过整合多台服务器以虚拟机的形式进行合并，使得一台物理服务器可以承担多台的工作。另外虚拟化数据中心可以简化管理、创建动态且灵活的数据中心，可以在缩短停机时间，减少运营费用。X86架构下的计算机硬件被设计为只能运行单个操作系统，即使安装了大量的应用程序，大多数计算机任然无法得到高效充分的利用。通过使用虚拟化技术在单台物理机上运行多个虚拟机，虚拟机可在多种环境下共享该物理机的资源。在同一物理机上不同的虚拟机可以相互独立，运行着不同的操作系统和应用程序。VMware vSphere 可以构建整个虚拟基础架构，其规模可达到数千台物理计算机和存储设备，能够动态的迁移资源，无需单独向每个应用程序永久的分配服务器、存储或网络带宽。虚拟基础架构是云计算的基础，云计算是依赖于可扩展的弹性模型来提供信息服务的，而该模型本身是依赖于虚拟化才可以正常工作，而VMware vSphere 即可提供该虚拟化方案。

根据我校的实际情況，通过相关的调研和测试，我校使用VMware vSphere的虚拟化解决方案。通过使用此虚拟化技术，构建相应的应用资源池、计算资源池、存储资源池、网络资源池、安全资源池、以此来提高数据中心的资源利用率和能效，降低总体运营费用，搭建属于我校的云服务平台，打造绿色数据中心。

我校采用三台高端服务器，其中二台服务器分别配置有8颗8核的中央处理器和256GB的内存，另一台服务器配置有4颗8核中央处理器和128GB内存，三台服务器做为一个集群后，所包含的计算资源池共有160个vCPU和内存640GB，虚拟机硬盘将根据原有物理机硬盘按照1：1的比例来规划存储空间。所有虚拟主机都与宿主机自动进行时间同步，而宿主机自身的时间将和活动目录域控制器自动同步。所以我们只需将域控制器的时间与世界标准时钟进行同步即可。我们使用硬件形式的USB Server和配套的客户端软件，该系统对国内绝大部分的USB加密狗提供完善的支持，具有很好的兼容性。提供专业软件ukey共享、虚拟环境识别解决方案，支持远程识别usb服务、远程虚拟专用网连接，支持snmp协议，可以实现usb设备的资源共享，在虚拟服务器上可以满足对usb 虚拟化的需求。我们使用VMware vSphere Data Protection套件作为磁盘的备份和恢复的解决方案，与虚拟化控制中心完全集成在一起，可以对备份恢复作业进行有效的集中式管理，针对所有的虚拟机提供快速有效的数据保护，甚至可以保护那些已关闭或是在物理主机之间移动的虚拟机。在所有备份上都可使用智能重复数据消除，从而极大地减少备份数据所消耗的磁盘存储空间。通过使用更改数据块跟踪和虚拟机快照技术，可以降低备份虚拟机的成本，最大程度的缩短了备份窗口。其可轻松实现备份，无需在每个虚拟机上安装第三方代理软件。在虚拟化部署过程中，使用VMware vSphere with Operations Management套件让网络管理人员从整体上了解基础架构的运营情况，从而提高性能和可用性。通过了解系统健康信息和工作负载容量可以提高利用率和整合比率，节约硬件成本。利用vCenter Site Recovery Manager套件实现站点级别的容灾备份，确保当某一站点出现瘫痪，另一个站点能更够快速的接管业务，确保业务的高可用性，实现无中断、自动化并且可以根据需求随时执行，确保快速且高度可预测的和恢复时间目标的恢复点目标。

我校通过虚拟化方案的实施，应用和硬件的可靠率越来越高，故障率也越来越低，运行管理越来越方便，基于此来构建我校的绿色数据中心。

参考文献：

[1]鲁浩，李丽莉.利用虚拟化资源池构建灾备中心高可用环境的应用研究.2013电力行业信息化年会论文集，2013.

[2]刘伟.基于Vmware虚拟化的云平台运维研究.数字技术与应用，2015.