基于VMware云平台在数据中心的应用

高遵富

[摘 要] 本文论述了虚拟服务器环境建立的必要性和先进性，介绍了虚拟化技术的概念和基础架构，并阐述了企业区域数据中心引入VMware虚拟化技术构架对现有的硬件设备进行虚拟化及资源整合的实例和应用效果，为虚拟化技术的进一步应用，提供了理论依据和实践经验。

[关键词] 云平台；服务器虚拟化；VMware

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 12. 059

[中图分类号] TP368.5 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）12- 0094- 03

石油企业信息化起步较早，发展较快，为油田利用信息技术改造传统管理模式，提升油田经济效益发挥了较大的作用。但是，由于石油企业信息化工作起步较早，在长期的生产实践过程中，企业先后建立了为数较多的、规模较小的，为企业用户提供IT服务的企业机房。随着信息技术的发展，为了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信息技术资源，构建协同一体化的、表单交付式的信息化应用环境，已成为企业发展的必然需求。

企业区域数据中心通过采用先进的 VMware虚拟化技术构架构建高可用性集群，可以有效地实现服务器的集中和系统的整合，提高信息系统的可用性、可靠性，以及硬件资源的利用率，降低企业成本。

1 数据中心服务器虚拟化的提出

一般情况下，数据中心在发展和运行过程中，常会存在如下问题：

（1）服务器硬件资源的利用率。通常情况下，服务器硬件的采购往往会超过应用系统对服务器硬件的需求水平，同时，单一应用系统又很难充分地利用服务器硬件系统资源，从而造成服务器硬件资源的浪费。

（2）应用系统的安全冗余度。当硬件系统开展故障维护、系统升级或者扩容时，常常需要进行停机操作，从而造成应用系统的中断，影响业务应用系统的正常使用及业务工作的开展。

（3）服务器的传统部署模式。在传统方式下，服务器的上线部署周期长、架构复杂并相互独立，不能实现服务器资源在不同企业应用之间的分配。

（4）机房的物理条件。随着企业信息化建设的发展，机房的物理条件将会面临巨大挑战，电源容量、制冷、布线等诸多环境设施要求不能满足实际需要的压力会越来越大。

VMware虚拟化技术的发展使上述问题得以较好的解决。VMware虚拟化技术能够把服务器等硬件资源集中起来形成资源池，根据实际应用需求动态地为各个用户分配和调整所需的资源。这种虚拟化管理既可以使IT基础架构得以简化，又使得IT系统的安全性、稳定性达到更高；既可以提高服务器资源的使用率，同时又降低数据中心在设备更新、扩增、维护，以及能源消耗和机房空间占用等方面的成本。

2 VMware虚拟化架构及功能

VMware虚拟化技术[1]是将一个完整的X86服务器（包括驱动程序、操作系统、应用程序及配置）封装成虚拟机，移植到VMware ESXi server平台上，VMware ESXi服务器传输物理系统到逻辑资源池，虚拟构架提供负载隔离，系统和应用程序被分离在包含多虚拟机的单一物理服务器上。系统资源按需动态地分配到任何操作系统上，提供大型机的性能和服务器资源控制。 VMware ESXi服务器通过在安全便捷的虚拟机上执行分区和分割服务器资源来简化服务器的基础构架，确保服务器资源能被远程管理，自动预制和标准化，实现在一台物理服务器上独立运行多个操作系统和应用的功能。

2.1 VMware虚拟化架构

VMware高可用性集群不间断地监控资源池中的所有服务器并检测服务器故障，确保资源池中始终有充足的资源，以便于出现服务器故障时在不同的物理服务器上重启虚拟机。虚拟机的群集文件系统为ESXiServer实例提供了对同一组虚拟机文件的并行读写访问能力，也使虚拟机的重启成为可能。通过VCenter可以方便地为资源池配置VMware高可用性集群。VMware的高可用性集群系统架构[2-3]如图1所示。

VMware的高可用性集群系统架构主要包括：

（1）VMware ESXi Server，用于虚拟化服务器、存储和网络的平台；

（2）VMware VMFS，用于存储虚拟化的高性能群集文件系统；

（3）VMware Virtual SMP，为虚拟机提供多处理器支持；

（4）VMware Virtual Center，为IT基础架构提供集中化管理、操作自动化和优化；

（5）VMware HA，为虚拟机提供经济高效的高可用性；

（6）VMware DRS，为虚拟机提供动态平衡和资源分配；

（7）VMware VMotion，实现虚拟机实时迁移且服务不中断；

（8）VMware Consolidated Backup，用于虚拟机的集中式备份软件。

2.2 VMware功能

2.2.1 系统动态迁移

虚拟机通过VMware ESXi server运行在各个服务器上，借助VMotion可以在不中断业务的情况下，将运行中的虚拟机（包括驱动程序、操作系统、应用程序及配置）从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上，从而实现更高效的资源分配。VMotion通过移动虚拟机，实现零宕机时间的维护行为，使企业无需调配停机时间或中断业务操作，就可以完成对内部硬件和存储的维护。

2.2.2 资源动态分配

VMwareESXi将标准服务器（处理器、内存、存储以及附加网络）虚拟化，并聚合为可根据需要分配给虚拟机的逻辑资源池。 VMwareDRS（Distributed Resource Scheduler）是一种分布式服务，可跨越多个逻辑资源池，具有动态分配和平衡计算能力，并且根据业务需要和优先级的资源分配规则，在虚拟机之间以智能方式分配可用资源。

2.2.3 高可用性保障

VMware HA （High Availability）为所有在虚拟机中运行的应用程序提供便于使用、经济高效的高可用性。当服务器发生故障时，受影响的虚拟机将在留有备用容量的其他服务器上自动重启。VMware HA将停机时间和服务中断减至最低，同时不需要专门的备用硬件或安装附加软件。VMware HA不会局限于某一操作系统或特定的应用程序故障切换，在整个虚拟化环境中提供始终如一的高可用性。

2.2.4 VMware快照

VMware中的快照是对VMDK在某个时间点的“拷贝”，这个“拷贝”并不是对VMDK文件的复制，而是保持磁盘文件和系统内存在该时间点的状态，以便在出现故障后虚拟机能够恢复到该时间点。如果对某个虚拟机创建了多个快照，那么就可以有多个可恢复的时间点。

3 VMware虚拟化云计算平台在区域数据中心的应用

区域数据中心建设是一个涉及面广，技术复杂的庞大的系统工程，它以区域为中心，在充分调研机房现状和应用系统的基础上，建立基于VMware虚拟化技术的云计算平台，对机房逐步实施整合，形成统一的数据中心。

3.1 云平台架构部署

根据区域数据中心的建设目标，在对现有机房软、硬件系统现状调研和实际需求分析的基础上，区域数据中心从硬件和软件两个方面进行云计算系统的部署。区域数据中心VMware 云平台系统架构如图2所示。

在硬件方面，区域数据中心云平台采用64台服务器，服务器上安装配置VMware公司提供的VMware ESXi虚拟化软件，每8台服务器为一组搭建为一个高性能服务器群集，这样就形成8个高性能服务器群集。

同时，为了实现数据的集中存储和备份，充分利用VMware中虚拟机可动态在线地从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上的特性，区域数据中心还配置了虚拟存储设备，与冗余的光纤交换机一起组成了标准的SAN集中存储架构。通过共享的SAN存储架构，可以最大化地发挥虚拟架构的优势，实时迁移正用的虚拟机，实现动态的资源管理和基于虚拟机快照技术的集中整合备份等。

在单个物理服务器上生成多个虚拟服务器，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，等同于或超过传统的单台物理服务器；在每个虚拟服务器上安装配置基于X86架构的操作系统（如：Windows操作系统或Linux操作系统），进而再将实际应用中需要整合的服务器和系统移植到虚拟机上来，这样以前的每个物理服务器就变成多个VMware ESXi服务器上的虚拟机，从而大大提高了资源利用率，降低了资源成本，增强了系统的可用性，较好地实现了服务器的整合。

在软件方面，区域数据中心使用虚拟机作为Virtual Center服务器，Virtual Center安装在Windows Server 2008操作系统上。Virtual Center是VMware虚拟基础架构管理软件，它通过安全用户界面集中管理系统环境，能够对区域数据中心所管理的虚拟服务器提供集中控制，并简化日常 IT 操作，使虚拟机环境易于控制和管理。通过 Virtual Center，区域数据中心可以快速部署虚拟机，并监视物理服务器和虚拟机的各项性能。

3.2 服务器虚拟化应用效果

3.2.1 系统和数据安全得到保障

从安全方面来讲，服务器虚拟化的实施可以整合油田公司的系统和数据，淘汰掉大量的老旧设备，从而使因设备老化造成数据丢失或被盗的风险基本上得以消除；同时，通过构建强大的集中存储架构并利用虚拟快照技术也大大地增加了企业的容灾备份和恢复能力。

3.2.2 降低能源消耗与成本

通过虚拟技术对服务器系统进行优化整合之后，企业大大减少了设备的投入；同时借助VMware的动态系统管理功能，在系统应用空闲时可以较大程度地减少服务器的使用数量，因而可以大幅降低数据中心的能源消耗及二氧化碳的排放量，达到节能减排的目的。

3.2.3 提高资源利用率

虚拟化平台实现了服务器设备、存储设备、网络设备等多方面的资源集中整合，整合比达到1 ∶ 4，在降低设备闲置率的同时，较大地提高了设备的利用率。

3.2.4 缩短新系统的部署时间

在实际工作中，各单位和部门常常需要根据业务发展的需要，开发和部署各类应用系统来管理实际业务。过去新系统的部署一般都要经过软件开发与调试、服务器设备采购与调试、系统安装等相关流程，周期较长，影响业务的发展。而云平台的实施则可以解决这一问题，它能按需求表单快速地响应用户的需求，为企业提供快捷、稳定的系统环境。

主要参考文献

[1]韩寓.服务器虚拟化技术研究与分析[J].电脑知识和技术，2011，7（7）：1654-1655.

[2]VMware Inc. Choosing and Installing Guest Operating Systems 1998 - 2007[EB/OL].http：//www. vmware.com/support，2007 - 11 - 05.

[3]VMware Inc. The VMware Workstation Users Manual[EB/OL].http：//www. vmware. com/support，2007-11-07.