基于Hyper-V技术的数据中心虚拟化平台设计与实现

张绍成，贾路路

(辽宁大学 信息化中心，辽宁 沈阳 110036)

0 引言

云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的发展和延续，是这些科学概念的商业化实现[1].虚拟化是云计算中IaaS层重要的实现方式，它是一个广义的术语，是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机.在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，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.虚拟化使用软件的方法重新定义划分IT资源，可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高IT资源利用率，使IT资源能够真正成为社会基础设施，服务于各行各业灵活多变的应用需求.随着虚拟化技术的不断发展，越来越多的应用可以长期稳定地运行在虚拟化环境里[2].由于数据中心前期投入大、更新快、技术要求高，为了使投入得到最大化使用，寻求可持续的技术成为了建设者们的目标，而虚拟化技术的发展为数据中心的可持续运行提供了有力支持[3].

虚拟化软件是实现服务器虚拟化的主要手段[4].在虚拟化软件方面，目前主要的软件产品有：XenServer、VMware、微软虚拟化技术(Hyper-V)等[5].对以上3种产品进行比较发现，XenServer只能提供具有有限功能的免费的虚拟化产品，而VMware的企业级虚拟化产品成本很高[6].与前述2个虚拟化产品相比，Hyper-V的优势在于它的便利性和价格[7].Hyper-V技术是基于Windows Server服务器操作系统的虚拟化解决方案[8]，并在硬件层次上把各种服务器硬件资源通过底层Hyper-V微内核抽象成虚拟机中的逻辑硬件资源[9].此外，Hyper-V可以用来实现虚拟化底层架构的部署，创建一个虚拟化的服务器环境来支持虚拟机，在一台物理计算机上运行多个操作系统[10]，其数据中心虚拟化软件还具有实时迁移(Live migration)功能[11].Hyper-V虚拟机包括与物理计算机相同的基本部件，例如内存、处理器、存储器和网络，可以通过不同的配置方式来满足不同的需求[12].本文搭建了一个基于Hyper-V技术的数据中心虚拟化平台，来满足数据中心日益增长的应用和生产业务云化对x86资源的需求，以及提高CPU、内存和存储等数据中心计算资源的使用率和机房空间的使用效率.

1 架构设计

本文需要搭建基于Hyper-V技术的数据中心虚拟化平台，首先进行架构设计工作，其中包括设备选定、网络设计以及存储设计.

1.1 设备选定

本文搭建的虚拟化平台中包括“管理控制”x86服务器4台，“计算节点”x86服务器10台，每台x86服务器包含资源为：CPU，4×8核；内存，128 G；硬盘，2×300 G(RAID 1模式)；4块两口网卡(网速10 Gb/s)；2块单口HBA卡；2台48口万兆交换机；2台24口SAN交换机和1台SAN存储设备.

1.2 网络设计

基于Hyper-V技术需要通过3个网段来建立平台的通信，分别为“public”(用于管理平台)网段、“cluster”(用于平台中集群内部通信)网段、“private”(用于业务通信)网段，因此要对虚拟化平台x86服务器(“管理控制”或“计算节点”)的4块网卡分别进行双网口绑定，如表1所示.

表1 网卡双网口绑定顺序

在表1标记0.1、0.3、3.1、3.2、4.1、4.2中的前面数字代表PCIE槽位，后面数字代表在本槽位中的网口顺序(从左至右)，之所以按照表1所示进行网口绑定是为了保障网络的健壮以及稳定性，当“管理控制”或“计算节点”x86服务器其中1块网卡损坏时也不会造成本节点甚至整个虚拟化平台的网络故障.

虚拟化平台整体网络设计如表2所示.表2中的VMM和DC分别承载虚拟化平台“管理控制”的页面以及数据库业务，NODE表示虚拟化平台的“计算节点”，port-channel表示万兆交换机中两个网络口聚合.

表2 虚拟化平台整体网络设计

1.3 存储设计

按照Hyper-V技术对于存储的要求，搭建平台需要两个集群共享(对于平台所有节点均可访问)存储卷，其中一个用于集群节点仲裁，判断节点是否为可用状态；另一个用于存放虚拟机文件，文件中包含虚拟机配置、操作系统以及硬盘数据信息.根据以上要求，需要首先在SAN存储创建两个LUN(逻辑单元)，然后在SAN交换机上将SAN存储LUN与“管理控制”以及“计算节点”集群中每台x86服务器的WWN(全球唯一名字)码进行MAPPING(关联映射)，最后在虚拟化平台上创建集群共享存储卷.

2 实现结果

根据以上架构设计中的设备选定、网络设计以及存储设计，搭建基于Hyper-V技术的数据中心虚拟化平台.图1为虚拟化平台搭建完成后的拓扑，其中平台网络交换机和链路、SAN交换机和链路、“管理控制”节点以及“计算节点”均为冗余设计.

在图1中虚拟化平台“计算节点”计划按照N-1(当平台损坏一台“计算节点”时不影响整体运行)来提供资源，再剔除每台“计算节点”虚拟化软件所预占的CPU和内存资源，该平台总计可提供280核CPU、1 120 G内存、以及15 T资源用于数据中心新建虚拟机，存储资源可按需求进行扩容，扩容方式可参考1.3节存储设计的方法.

图1 虚拟化平台搭建完成后的拓扑

3 结语

在数据中心的建设当中，虚拟化使用软件的方法重新定义划分IT资源，可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高IT资源利用率，使IT资源能够真正成为社会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求.本文基于Hyper-V技术搭建数据中心虚拟化平台，该平台建成后可满足日益增长的应用和生产业务云化对于x86资源的需求，提高计算资源的使用率和机房空间使用效率，为后续数据中心虚拟化平台建设提供参考.