服务器虚拟化技术在消防信息中心的应用

●于 淼

(天津市消防总队,天津 300090)

0 引言

公安消防信息系统是一套较大且十分重要的信息系统,随着系统的逐步完善,需要不断引入应用服务器来满足日益增长的各种需求,从而导致服务器数量急剧膨胀,随之而来的就是繁琐的软、硬件管理维护工作,服务器管理面临的主要问题表现为：(1)维护管理水平低、成本高。由服务器数量增加而引起的运营和维护成本不断攀升,其中包括硬件设备的购买与组建,功耗及制冷需求,日常监控与检修等。应用环境十分复杂,各种应用常常由不同的平台开发,需要投入大量的人力、物力进行维护,一旦服务器出现问题就会导致应用瘫痪。此外,系统升级时也需要停机运行,同样也会造成应用的中断。(2)资源利用率不高。当前部署的各服务器往往只承载单一的服务,而大多数的服务器利用率只有20%左右,这些服务器占用了大量的数据中心空间和运行支撑资源,使得硬件配置很高的服务器无法体现出其优越性[1]。(3)兼容性差。由于支撑应用的服务器数量逐年增加,如何对原有旧设备进行充分利用即保护原有投资就显得越来越重要。然而原有的应用平台安装的通常是版本较老的操作系统,很多新引进的硬件设备已不再提供对这些操作系统的支持,怎样在新旧设备之间对应用服务进行迁移就成了困扰 IT维护人员的难题。

针对上述问题,充分提高硬件服务器的利用率而非耗费大量资金购买新的服务器是一个较为理想的解决办法。将虚拟化技术引入到服务器的管理中,可以整合各种服务器资源,节省不必要的开支,同时提供高可靠性的应用服务。

1 服务器虚拟化技术

1.1 概念与起源

在计算机方面,虚拟化通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术源于大型机,早在 20世纪 60年代,IBM公司就发明了一种操作系统虚拟机技术,允许多个操作系统在同一台主机上运行,使得用户能够充分利用昂贵的大型机资源。随着技术的发展和市场竞争的日益激烈,大型机上的技术开始向小型机或 UNIX服务器上移植,IBM、HP和 SUN后来都将虚拟化技术引入各自的高端 RISC服务器系统中[2]。

随着 X86处理器性能的提升和应用普及,人们也开始在 PC和服务器领域运用这种虚拟方案。服务器虚拟化(Server Virtualization)[3]是指多个操作系统在同一时间运行在同一台主机上。通过这种技术,在一台机器上可以支持 Windows、Linux、UNIX等操作系统同时运行,而不需要重启机器以切换操作系统。简单地讲,就是将物理机器、操作系统及其应用程序整合起来形成一个虚拟机(Virtual Machine,VM)。这种虚拟化技术能够提高服务器的使用强度,将物理资源效益最大化,从而在最大化硬件投资收益的同时,也能够极大的降低系统管理的复杂度和日常维护的成本。

1.2 主流服务器虚拟化技术

当前主流的虚拟机技术主要有虚拟硬件模式、虚拟操作系统模式和半虚拟化技术三类。虚拟硬件模式是在计算机、存储和网络硬件间建立一个抽象的虚拟化平台,使得所有的硬件被整合到一个虚拟化层中,而虚拟操作系统模型是在基于虚拟机运行的主机操作系统上,动态复制软件运行环境,以此来创建多个虚拟系统。

在信息中心的建设方案中利用 Citrix XenServer来完成物理服务器的虚拟化工作,Citrix XenServer是半虚拟化技术的代表,它是一款经实践检验的、完全支持服务器虚拟化的引擎,其核心是开源的 Xen系统管理程序。Xen服务器虚拟化解决方案将直接在硬件或裸机上安装一个瘦软件层(即 Xen hypervisor),插入到服务器硬件和操作系统之间,提供一个抽象层,让每台物理服务器可运行一台或多台虚拟服务器,将操作系统及其应用从底层物理服务器有效分离出来。Xen的超虚拟化(Para-Virtulization)技术是业界公认的最快速、最安全的虚拟化方案,同时,Xen hypervisor极为精简,从而可为客户机提供极低的开销和媲美本地的性能。

Citrix XenServer 5是 Citrix Systems最新发布的下一代服务器虚拟化产品系列,它克服了第一代解决方案的局限性和复杂性,拥有强大的新型管理功能及前所未有的易用性,使各种规模客户的数据中心更加高效。Citrix XenServer 5的特点主要有以下四个方面[4]：(1)随时随地实现每台服务器的虚拟化。通过加速应用交付、增强可用性及提高 IT资源的利用率,Citrix XenServer服务器虚拟化技术让数据中心变得更加灵活、更加高效。利用独特的应用储备技术,XenServer可通过虚拟或物理服务器快速交付工作负载,成为企业每台服务器的理想虚拟化平台。(2)独一无二的开放性。XenServer是基于开源 Xen系统管理程序创建的,作为一种精益化技术,Xen系统管理程序降低了总开销,并提供了接近于本地的性能。XenServer充分利用 Intel VT平台和AMD虚拟化(AMD-V)平台进行硬件辅助虚拟化,提供了更快速、更高效的虚拟化计算能力。与其他基于封闭式专用系统构建的虚拟化产品不同,Xen-Server的开放 API让客户可以通过现有的服务器和存储硬件来访问和控制先进的功能。(3)操作简单。Citrix Systems在虚拟机中引入了物理服务器的全新配置向导、直观的界面和简单的点击转换功能,建立了简易操作的新标准。尽管大型数据中心的虚拟机数量增长极快,但 XenServer让管理员可以轻松掌握虚拟机的动态。通过 XenServer的性能监控、报告和提示界面,IT人员可以轻松查看很长时间以内虚拟机的实时和历史信息,以及物理主机性能,同时不会产生存储或性能开销。(4)功能强大。在具备大量经实践检验的企业级功能的基础上,最新的 Xen-Server版本新增了 100多种增强型虚拟化功能,包括高可用性(HA)和灾难恢复能力的提升。这些功能还包括业界最先进的 HA、自动重启和故障转移技术,这些技术可以无缝升级为适用于大多数关键业务应用的完全容错技术。

2 服务器虚拟化技术在消防信息中心的应用

以天津市消防信息中心外网(互联网)的服务器系统建设为例。该系统包括消防监督系统、邮件管理系统、文件存储系统、办公自动化应用、部门网站发布系统等,要求使用服务器虚拟化技术,合理地对现有硬件资源进行整合,构建一个统一的虚拟化平台完成业务系统的建设。

2.1 虚拟化方案

信息中心互联网服务器系统采用了 2台高性能的曙光 A950r-F服务器作为应用服务器,组成资源池,利用 Citrix XenServer软件进行虚拟化建设,使得各种硬件服务器都可以接入到虚拟化平台,通过虚拟化平台综合管理所有的硬件资源,与此同时各种应用都可以假设在虚拟化平台所规划出的标准虚拟服务器上。

具体策略是：第一步,完成资源数据库的转移,根据虚拟化架构,配置物理服务器,搭建集群平台;第二步,完成对虚拟机的配置工作,根据实际需要部署应用。信息中心互联网服务器系统虚拟化平台的构造示意图如图 1所示。

2.2 应用效果

图1 信息中心互联网服务器系统虚拟化平台构造示意图

通过采用虚拟化平台作为整个应用系统硬件资源的统一调度,天津市消防信息系统主要具有以下优势：(1)硬件资源得到充分利用。通过服务器虚拟化平台,将两台服务器分割成多台虚拟服务器,每台虚拟服务器之间保持独立关系,分别安装不同的操作系统以承载不同的应用。(2)减少运营消耗。经过虚拟化平台的整合,带来的显著节约效果体现在服务器电能消耗、机架空间消耗、机房空调电能消耗等多层面上;同时物理服务器数量下降,使得整个硬件系统的维护和运营难度都下降了很多。(3)系统灵活性高。根据应用系统的不同需要,虚拟化服务器平台允许管理员随时调整虚拟服务器的资源状况;同时虚拟化服务器可以设立统一的服务器模板,从模板中划分并且架设一台虚拟服务器的工作十分简单,这就使得信息中心进行系统升级时的工作变得非常便捷。(4)提高系统整体安全性。在不增加硬件投资的情况下,虚拟化平台可以为每种应用都搭建负载均衡或双机热备等应用模式,从而将所有应用系统的安全性和连续性提高到前所未有的高度。(5)减少停机时间。虚拟化平台支持虚拟服务器的动态迁移,虚拟服务器最快可以在几秒内完成物理服务器之间的迁移,而应用不会出现间断。虚拟化平台的优势在于与物理硬件无关性,无论服务器损坏或者停机维护,运行在上面的虚拟服务器都可以动态的实现移动,从而保障了应用的连续性。

3 结语

服务器虚拟化技术在公安消防信息中心的应用证明,它能较好地解决物理服务器资源利用率低、管理困难和维护成本高等问题,同时将多种应用整合到少量企业级服务器上,从而实现了高可靠性和灵活性,保证了业务系统能够连续稳定地运行。

[1]黄伟敏.基于服务器虚拟化技术的数字图书馆建设研究[J].电子技术,2010,(23).

[2]BORT J.Server Virtualization：Controlling Server Spraul[J].IEEE Communications Magazine,2003.41(2)：126-133.

[3]GEMIKONAKLI O,EVER.E,GEMIKONAKLI E.Performance modelling of virtualized servers[C].12thUKSim International Conference on Modelling and Simulation,UKSim,2010：434-438.

[4]http：//www.stone-tcs.com/stongnews/News_View.asp?NewsID=132.