虚拟化技术信息化建设研究

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摘要：高职院校信息化建设中存在着服务器资源利用率较低、管理效率低下、权限分配不合理、系统业务连续性差、服务缺少备份、存在单点故障可能等一系列问题，在信息化建设中引入VMware软件对现有服务器硬件实施虚拟化，对数据中心进行升级改造，可达到提高资源利用率，降低运维成本，提升运维效率，实现服务应用的高可用性。

关键词：数据中心虚拟化；VMware；高可用

随着国家近年来对高职教育重视程度不断加深，高职院校也在不断加大对信息建设的投入力度，各部门为提高教学管理手段，广泛采用各种教学及辅助应用，由此在建设使用过程中发现了很多以前没有重视的问题，例如整个信息化服务体系的资源利用偏低、硬件投资缺乏整体规划思路等。如何将现有硬件资源充分利用并提高使用效率逐渐提上日程，而硬件虚拟化技术作为私有云服务及大数据时代的一类新兴技术，可以有效契合当前高职院校的现实需求。

一、高职院校信息建设中客观存在的问题

随着信息化建设的不断深入，为了提高工作及科研效率，更好地为师生服务，各部门都提出了各类新的应用系统，并随着学校管理水平的提高不断增加。根据以往服务中心建设规划，各类新增应用应尽量采用单应用单系统方式进行安装配置，以避免各类应用间的互相干扰，这样就对服务器的硬件资金投入提出了很高要求，而通过政采渠道进行服务器的采购，要通过购买服务器方案申报、财政审批、政采招投标、硬件设备安装等一系列复杂过程，每次所需时间都长达半年甚至一年，延长了部署新应用所需时间，影响了资源的合理调配。几十种应用及服务网站分散部署在对应数量的物理服务器上，一旦单台服务器发生宕机，服务就会中断，导致服务系统稳定性差，业务连续性不高。有时各部门自行维护的服务器由于缺少适合的运维人员，故障处理时间也不好科学把控，一旦出现复杂故障，需要花费较长时间寻找故障点，宕机时间过长，用户意见很大。而且，采用原有的单服务器单应用方式，单台服务器的资源占用一般只有10－20％，资源利用率较低，大量硬件资源闲置无法得到充分利用。因此，信息中心作为整个学校的信息化建设及服务部门，应充分考虑各个部门提出的实际需求，从提高现有硬件的使用率入手，通过虚拟化软件将新旧硬件资源进行整合，从而降低现有教学服务应用的故障中断时间，提高学院信息化建设的整体效率。

二、硬件虚拟化实现对现有资源的有效利用

虚拟化技术是一种针对服务器硬件资源的管理技术，是将现有服务器上的各种实体资源抽象整合后重新分割成多个新的服务器容器以提供给使用者，从而打破服务器实体之间的物理分割，使得用户可以用更灵活高效的方式来充分利用这些服务器硬件资源。这些新组成的服务器虚拟环境不受现有硬件资源的配置高低、地理位置的限制。一般而言，可以进行虚拟化的服务器硬件包括服务器的计算能力、存储能力和网络资源。采用虚拟化软件整合现有服务器硬件及存储可以分为以下三步：1．服务器硬件虚拟化。实现服务器资源虚拟化的第一步就是对现有各类服务器不同的硬件配置进行整合。通过淘汰老旧服务器，将部分配置较低的服务器硬件合并到一台服务器上，以提高单台服务器的性能。在一台配置较高的服务器上运行多个虚拟服务系统，提高单台服务器的资源使用率。同时通过虚拟化软件，打破新旧服务器之间的分割，建立起多台服务器组成的服务器集群，动态管理，根据实际需求给予服务器所需要的内存、存储，响应通道，将现有服务器硬件“资源池化”。通过采用VMware、Hyper－V等虚拟化技术，将原有的老旧服务器和新采购的服务器在硬件上进行整合，每当有部门提出新的应用要求投入使用，信息中心即可根据该应用的实际需求为其在整合后资源池分配一台或多台虚拟服务器。每台虚拟服务器并不限定特定的硬件规模，而是根据实际需要来分配，在管理手段上也无需像以往一样必须在服务器实体上操作，而是通过虚拟机软件自带的管理器来远程管理，简化了日常管理维护的方式。如图1所示，在单台物理服务器上虚拟出多台虚拟服务器。从用户角度而言，在管理操作上使用实体服务器和使用资源池中的一台虚拟服务器并无二致，只是免除了以前那种必须在实体服务器前操作的方式。在新的虚拟化环境中，用户首先提出需求，运维人员根据需求分配相应的虚拟服务器，用户通过网页直接登录vcenter控制页面对服务器进行操作。操作根据用户提出的需求由运维人员分配服务器，运维人员可以根据不同的操作者给予不同的控制权限，避免了以前那种多个用户用一个账号登录，有了错误操作无法区分责任的问题。从运维管理者角度看，无需像以往一样每台服务器都单独安装服务器操作系统和驱动，可以在制作好一个服务器系统镜像后，通过复制方式复制出多个完全一样的服务器系统供用户使用，极大地降低了系统管理员的工作量和工作强度，也减少了其他部门对系统管理员的技术水平要求。通过信息中心的统一管理维护，用户只需考虑使用方面的问题即可。2．存储虚拟化。在信息化建设中，不同时期会采购不同品牌的多个型号的存储服务器，各个存储服务器之间并不能统一管理，形成了“有的吃的少，有的不够吃”的局面。为了对资源更好地加以利用，我们采用虚拟化软件将现有的多个物理存储系统虚拟成单一逻辑存储，避免了原来针对每个存储单独进行管理的方式，用户只面对整合后的存储系统，不必考虑数据具体存储在哪个服务器上。如图2所示，多个物理存储服务器通过虚拟变为独立的虚拟存储。在实际工作中，应用不同，应用访问量、应用产生的数据在存储上需要保留的时间、服务实时响应时间都不一样。可以根据应用的实际需求，将不同的应用存放位置安排在不同级别的存储服务器上。如一些访问量较小、响应时间要求不高的应用，可以存放在旧型号的存储上，而一些访问量高、并要求实时响应的应用，则可以存放在新的性能较好的存储服务器上。通过采用存储虚拟化，用户不用再像以前那样担心存储容量是否够用，或是存储响应时间不够快等具体问题，可以根据应用的实际需求，由运维人员实时调整存储的容量和位置，简化用户管理和维护步骤，优化现有存储的使用率，降低了用户实际使用成本。3．在数据中心实施网络虚拟化。数据中心的网络虚拟化是通过在单台虚拟服务器或虚拟集群中，使用虚拟化软件虚拟出网络交换机和虚拟网卡，使得虚拟服务器不必受限于实体服务器的网口数量限制，并可以在虚拟交换机上设定不同的VLAN号，如同真实的交换机一样进行管理。服务器不同的流量根据标记VLAN划定到相应的物理适配器端口上，并可以通过网卡绑定实现流量负载均衡和网络中断时的故障切换。这样不仅简化了对实体交换机的要求，同时可以在服务群集内部对虚拟交换机流量进行优化和控制，提高了服务的访问速度以及网络的强壮度。

三、虚拟化在提升服务稳定度上的优势

当前高职学院IT环境的特点是，新的服务需求带来了新的应用程序，从而产生越来越多而且更加多样化的数据，用户要求也随之水涨船高，需要能够在多种设备上随时访问数据。在这种状况下，对于高职院校信息化建设而言，整个学院内的服务器系统高速恢复、避免数据丢失、可恢复验证、有效利用数据和全面透视等因素至关重要。当前高职院校普遍拥有两个甚至多个校区，传统的服务提供方式是在两个校区分别提供服务，或是其中一个校区架设服务器，同时为两个校区服务。这两种方式都会带来一系列问题，比如分别在两个校区提供服务，首先就有两处服务器数据同步的问题，一旦数据同步不成功，就有可能导致服务失败，而如果其中某一处服务器宕机，也会导致该处无法提供服务，只能等候技术人员重新调试或更换服务器，费时费力，而由此带来的服务中断也导致用户体验较差。而一个校区同时为两个校区提供服务，一旦服务器宕机，就造成单点故障，两个校区的该项服务就会产生中断，由此同样造成用户体验的降低，甚至影响到正常的教学工作进行。服务器采用VMware虚拟化技术进行整合具有两个优势：一是可以利用虚拟技术中的高可用性，当实体服务器需要维护或升级的时候可以快速切换；另一个可以利用虚拟机的容错特性，增强系统的强壮度，确保应用的访问不间断。服务器虚拟化通过在数据中心内形成了集群，而且该集群已启用了VMwareDistributedResourceScheduler（DRS）。DRS可在已聚合到逻辑资源池中的一个硬件资源集合内动态地均衡各种计算容量，持续监视各个资源池的利用率，并且根据预先定义的规则智能地在虚拟机之间分配可用的资源。虚拟机出现负载增加时，通过在资源池中的物理服务器之间重新分布虚拟机，VMwareDRS可自动分配额外的资源，从而降低系统运营成本，提高服务器的利用率，使资源利用最大化。通过采用配置为群集的多台ESXi主机，我们可以将群集内的主机分别布置在两个校区，服务器群集通过两校区间的高速互联链路连接。通过实时监控持续监测虚拟服务器运行状况，可以在单台服务器出现故障的时候快速切换服务到正常运行的服务器，从而保持服务的连贯性。同时，可以通过整合vSphereHA与vSphereDistributedResourceSched－uler（DRS即负载均衡），在群集内为服务器提供负载均衡，防止出现单台服务器访问量过高造成访问失败的故障。

四、完成虚拟化项目后的成果总结

1．降低了系统整体。TCO通过采用虚拟化技术，将原有服务器进行整合，淘汰老旧服务器，将应用转移到性能更高的虚拟服务集群，提高了单台服务器的整体资源利用率，服务器类的硬件投资可减少40－60％，操作管理投资减少65－90％。通过虚拟服务器中心的建设，降低运维成本，避免各部门在机房建设方面的重复投资，实现数据的集中管理。2．提高了运维效率。以前如有服务器需要维护，运维人员需要预先排期，避免影响实际生产教学，并尽量安排在夜间用户最少的时候进行维护。通过服务器虚拟化，现在如需进行服务器的调整或维护，变更服务器只需15－30分钟，还可以主动提前规划，快速响应新的服务应用需求。3．提高服务水平。新的系统管理模式，不需要管理人员再去各个部门部署维护，各个部门的用户只需通过网络管理自己服务器的应用，这就彻底摆脱了维护服务器硬件的烦恼。通过将学院原有分散的各类服务器调优统一管理，根据实际在整合后资源池内进行调配，不仅降低了硬件采购的成本，也减少了系统兼容、性能优化等问题。4．提升应用的可用性。通过整合减少了物理服务器数量。有些以前在性能较低服务器上运行的应用，可以通过虚拟化转移到较新的服务器集群上，并采用统一的虚拟存储对应用产生的数据进行优化备份，这不仅实现了一定程度的异地容灾，管理方式上也更加简化。未来需要实施新的应用也可以简化原有采购流程，只需向信息中心申请即可快速获得虚拟服务器，临时申请的服务器资源如果不再使用可以即时回收，形成了一种高效率的服务器管理机制。同时通过虚拟系统特有的集群功能和负载均衡的有效结合，实现了虚拟系统上搭载的各类应用的高可用性和弹性配置。

参考文献：

［1］王宇，刘小锋，王兴伟．虚拟化技术在高校信息化建设中的应用［J］．计算机科学与探索，2010（4）

［2］马博峰．VMware、Citrix和Microsoft虚拟化技术详解与应用实践［M］．机械工业出版社．

［3］崔然，张弘，林泽东，张杏莉．虚拟化技术构建新型数据中心［J］．中国教育网络，2012（7）

作者:夏骋 单位:北京劳动保障职业学院