服务器虚拟化技术在哈尔滨市防震减灾技术中心资源整合中的应用

谭 佳，朱振生，丁爱礼，段莉莉，曲 希

（1.哈尔滨市防震减灾技术中心，黑龙江 哈尔滨 150021；2.黑龙江省信息中心，黑龙江 哈尔滨 150030）

0 引言

随着信息化建设的深入开展，新业务的部署，业务可靠性要求不断提高，哈尔滨市防震减灾技术中心现有的服务器配备少、机房面积小、制冷不足、布线困难等诸多环境设施方面配备不足的压力越来越大。因此，打破以往各应用系统相对独立的部署格局，更加合理高效地利用有限的资源，构建一体化的信息化应用环境，已成为哈尔滨市防震减灾技术中心迫在眉睫的任务。一机多用、一机多能，充分发挥服务器的性能，提高服务器利用率是最直接解决矛盾与问题的思路［1］。2011年6月，哈尔滨市防震减灾技术中心引入了先进的VMware虚拟化技术架构，对现有的硬件设备进行虚拟化及资源整合，将一台服务器虚拟成多台计算机，同时运行不同的操作系统，这使得服务器整合技术得以实现。

1 虚拟化

1.1 虚拟化的定义

虚拟化（Virtualization）是一个广义的术语，简单来说，是指计算机相关模块在虚拟的基础上而不是真实的独立的物理硬件基础上运行，这种把有限的固定资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率，从而实现简化管理，优化资源等目的的解决方案，就叫做虚拟化技术。

VMware虚拟化打破了传统的 “一台服务器上只运行一个应用”的服务器部署方法，将一台服务器划分为多个安全、可移植的虚拟机［2］，每个虚拟机都是一个具有处理器、内存、网络、存储器的完整主机（图1）。VMware ESXi主机通过在虚拟机上分区和分割服务器资源来简化服务器的基础构架，实现在一台物理服务器上独立运行多个操作系统和应用。

图1 x86物理体系结构与虚拟体系结构比较Fig.1 Comparison between x86 physical structure and virtual structure

1.2 VMware虚拟化功能特点

1.2.1 整合服务器

服务器虚拟化技术主要是对服务器的物理硬件进行抽象，为虚拟机操作系统呈现和物理硬件相同或相近的硬件抽象层，无论实际采用了什么物理硬件组件，操作系统都将它们视为一组标准化的硬件。由于每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件（例如：CPU、内存、硬盘、

图2 服务器整合前拓扑图Fig.2 The topology before server consolidation

1.2.2 实时迁移

VMware VMotion支持虚拟机在主机之间的实时迁移。作为动态、自动化并自我优化的数据中心的一个关键启动组件，VMware VMotion支持在物理服务器之间实时迁移运行中的虚拟机，同时又可以避免宕机、确保连续的服务供应以及处理过程的完整性。借助虚拟机实时迁移技术，在执行硬件维护时就无需安排宕机和中断业务操作。VMotion还可以使资源池内的网卡等），因此虚拟机操作系统的行为和在物理平台上没有什么区别。服务器虚拟化技术使得物理硬件与操作系统分开，允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理服务器上独立并行运行，从而有效地减少服务器数量、提高服务器的资源利用率，进而实现服务器集中管理（图2、 图3）。虚拟机持续进行自动优化，最大程度地提高硬件的利用率、灵活性和可用性。

图3 服务器整合后拓扑图Fig.3 The topology after server consolidation

1.2.3 VMware DRS功能

VMware DRS（Distributed Resource Scheduler）可以在虚拟基础架构中不断自动平衡同一群集中各虚拟机的工作负载。在群集中首次启动某个虚拟机时，VMware DRS会自动找出具有足够资源的ESXi主机来运行该虚拟机。如果所选主机的情况发生变化，例如，其他虚拟机的活动增加，使该虚拟机无法实现最低资源分配保障，VMware DRS将会群集上搜索能够满足该虚拟机资源分配需求的备用 ESXi主机。然后，VMware DRS使用 VMotion自动将虚拟机迁移到新主机上，用户操作和应用程序均不会受到任何影响。这样，在虚拟基础架构中，所有服务器工作负载便可实现持续平衡。

1.2.4 VMware HA功能

VMware HA（High Availability）为虚拟机中运行的应用程序提供了易于使用、经济高效的高可用性功能。VMware HA群集一般包括两台或者两台以上的ESXi主机，每一台ESXi主机配有一个HA代理，持续不断地检测群集中其他服务器的 “心跳”信号。假如某台ESXi主机发生了故障或者与网络的连接出现了问题，导致“心跳”信号丢失，HA会在群集中的其他ESXi主机上为故障主机上的虚拟机重新分配资源并重新启动这些虚拟机（图4）。HA在整个虚拟化环境中提供始终如一的高可用，不会局限于某一操作系统或特定的应用程序故障切换。

图4 HA确保系统高可用Fig.4 High availability system ensured by HA

2 系统设计

2.1 现状分析

现有6台服务器的详细情况如表1所示。根据哈尔滨市防震减灾技术中心实际应用需求，需要维持现有的港震测震系统、 “十五”前兆数据管理系统、数据库服务、FTP服务等多个应用的同时，新部署JOPNES测震系统。由于JOPNES测震系统要求安装在Suse Linux操作系统上，需要购置新服务器来满足应用。但由于诸多环境设施方面的限制，以及考虑到未来新业务的部署也会面临同样问题，所以引入了服务器虚拟化技术。

按照ESXi主机尽可能选择统一品牌型号的原则，采用2台IBM X3850 M2服务器作为ESXi主机，并且将其内存添加至32G；1台IBM DS3200存储作为共享的数据存储；一台IBM X3850服务器安装VMware Virtual Center管理平台，对物理服务器和虚拟机在一个控制台里面统一管理。

表1 6台服务器情况

2.2 存储方式

采用SAN集中存储方式，选用IBM DS3200存储（1.33T），通过光纤通道与两台Esxi主机连接。这样可以将每个虚拟机的文件系统创建在共享的SAN集中存储阵列上，虚拟化VMFS虚拟机文件系统，是一种高性能的群集文件系统，允许多个ESXi主机安装同时访问同一虚拟机存储，支持通过VMotion、HA提供的基于虚拟化的分布式的基础结构服务。由于我们提供的虚拟架构系统中的虚拟机实际上是被封装成了一个档案文件和若干相关环境配置文件，通过将这些文件放在SAN存储阵列上的VMFS文件系统中，可以让不同服务器上的虚拟机都可以访问到该文件，从而消除了单点故障。

2.3 虚拟机资源分配

建立虚拟机前，还要做好虚拟服务器资源分配计划。一般的原则是分配给每台虚拟机的虚拟CPU数量、内存不要超过物理服务器相应资源的总和，硬盘空间的分配最好不要超过共享存储磁盘空间的70%。表2是9台虚拟机资源的分配情况。

表2 虚拟服务器资源分配

2.4 方案拓扑图

由以上三节分析，可实施建设方案拓扑图如图5所示。

图5 系统设计拓扑图Fig.5 Topology of system design

3 方案实施

3.1 Esxi系统，VCenter服务器的安装

从IBM服务器启动Esxi光盘进行安装，Esxi的安装和一般的Linux系统安装过程相似，只需按安装向导操作。安装完成后，对系统主机名、IP地址、登录名、密码等设置。

安装好Esxi系统后，在IBM X3850服务器上安装VMware的VCenter统一管理平台，只需按照向导操作即可完成软件安装，需要注意的是此管理平台需要安装64位Windows操作系统上。

3.2 建立虚拟服务器

通过VCenter统一管理平台，创建数据中心并将Esxi主机添加到数据中心下的群集，完成主机资源池的搭建。虚拟服务器可以通过手工建立和从现有物理服务器迁移（P2V）两种方式建立。

（1）手工建立

通过创建虚拟服务器向导，按照提示信息设置好虚拟机的各项参数，同时加载系统光盘到虚拟服务器的光驱，启动虚拟服务器，之后的操作与实际的服务器相同。

（2）P2V迁移

通过P2V迁移，就是通过VMware Converter软件，把现在正在工作中的机器直接搬迁到Esxi系统中，实现业务系统的连续工作。

3.3 虚拟网络搭建

通过VCenter网络管理搭建两个网络，一个作为生产网络（可根据实际应用可以划分多个VLAN），另一个作为虚拟机动态迁移VMotion网络。根据实际的网络环境，结合实际生产环境中的要求，将网卡分别设置在不同的网段上。利用VMware VMotion功能，可以使虚拟服务器在ESXi主机硬件环境出现问题的情况下，能够自动迁移到另一台ESXi主机上运行，不会因为硬件环境出现的问题而导致应用服务停止运作，保证了业务连续性。

3.4 VMware DRS、VMware HA配置

在完成了主机资源池的搭建和已有系统的迁移之后，考虑到整合后系统的稳定性和可靠性，需要按照系统的重要性和隔离的需求，进行DRS、HA的配置，在系统资源不足或者物理主机宕机的时候，保证应用系统的可用性和稳定性。

图6 VCenter管理界面Fig.6 The interface of VCenter management

进入群集的设置界面，分别激活VMware DRS、VMware HA功能，根据实际应用需求设置HA的相应规则。

4 结语

VMware虚拟化随着它技术越来越成熟以及它具有的各种无可比拟的优点，已经被越来越多的企事业单位使用。经过VMware服务器虚拟化整合后，哈尔滨市防震减灾技术中心虚拟服务器已经运行了一段时间，实践证明，服务器虚拟化技术的应用，提高了业务系统的可用性，提高了资源的利用效率，运行维护成本大大降低，同时也节省了机房的使用空间，达到了节能减排的目的。

［1］吴乾清.基于VMware的数字图书馆服务器虚拟化研究与应用［J］.科技情报开发与经济，2010，20（21）：47－49.

［2］韩斌，杨挺.虚拟机在新疆气象局机房服务器的初步应用［J］.沙漠与绿洲气象，2010，4（增刊 ）：53－54.

［3］李刚，周利霞，宋军，等.基于VMware Esxi软件的服务器虚拟化技术在天津地震监测网络中的应用［J］.震灾防御技术，2011，6（3），311－318.

［4］谭文辉.利用VMware实现数据中心服务器虚拟化［J］.舰船电子工程，2008，28（6）：156－159.

［5］郭玲，应胜强.服务器虚拟化技术在中小企业IT资源整合中的应用［J］.计算机与网络，2010，36（18）：68－71.