面向国土信息化部门的服务器虚拟化技术应用研究

曾勇军

摘 要：在信息化迅速发展的今天，企业的信息化应用范围快速扩大，不断增加的服务器设备虽然能较好的支撑应用，但也导致服务器系统面临管理复杂、资源利用率低、灵活性和可靠性降低等问题。利用虚拟化技术可将多种应用进行整合，不仅可以提高服务器的使用效率，降低运行成本，而且可以简化服务器管理模式，提高数据中心的管理与服务保障水平。

关键词：虚拟化；数据中心；VMware

0 引言

随着信息技术的高速发展，国有中型企业信息化建设取得了长足的进步。目前，越来越多的企业已部署了一定规模的网络应用，建立了OA系统、档案系统、PDM系统、DNC系统、车间生产管理、财务系统等管理服务、计算机辅助设计（CAD）系统，工程分析与仿真（CAE）系统、计算机辅助工艺规划（CAPP）系统以及计算机辅助制造（CAM）系统、电子设计等软硬件平台。企业信息化建设水平的不断提高，对日常办公、科研、生产的影响越来越大，同时，服务器虚拟化技术在国土信息化部门当中的作用也越来越大，要求越来越高，影响越来越深。因此，服务器虚拟化技术在国土信息化部门中的应用研究也显得尤为重要。

1 当前国土部门信息中心普遍现状

目前数据中心基本上具备以下特点：

（1）应用种类多，系统环境复杂，对操作系统和数据库的类型、版本要求各不相同，对应用技术的投入也各不相同；

（2）服务器硬件由网络中心管理，应用系统由各相关职能部门负责管理和维护，职责分工较为明确，各相关部门使用情况也不同；

（3）部分应用系统在数据中心中对应着一台物理服务器，实现了一台物理服务器管理多项应用系统；

（4）部分应用服务器运行负荷较轻，服务器资源未得到充分利用，造成了一定的资源浪费。

伴随着网络规模的日益扩大和应用的不断增多，信息化的应用需要部署大量的服务器作为硬件支撑平台。上述特点对企业目前的数据中心形成了以下问题：

（1）维护量大，管理水平偏低

因为部分应用服务器运行负荷较轻，服务器资源未得到充分利用，造成了一定的资源浪费，所以快速增长的应用使得服务器的数目不断上升，机房中堆满了不同时期采购的不同的基础设施，这样导致了硬件投入越来越大；系统状况、兼容性越来越复杂，很难实现自动化管理，对今后信息化建设带来阻碍。目前主要以手工管理为主，维护的工作量逐步加大，而且效率低下、维护困难。

（2）故障率发生率偏高，服务保障水平较低

由于部分应用系统在数据中心中对应着一台物理服务器，实现了一台物理服务器管理多项应用系统，故目前各种应用大都采用独立服务器的方式进行部署，故障点比较多，一旦服务器出现问题就会导致多项应用瘫痪。系统管理员疲于安装服务器操作系统、更换硬件、应用软件升级、病毒查杀、系统漏洞扫描等这些维护操作，系统恢复需要较长时间。有些时候严重影响了办公、设计、生产的正常运行。

（3）资源分配不合理，利用率较低

由于应用种类多，系统环境复杂，对操作系统和数据库的类型、版本要求各不相同，对应用技术的投入也各不相同，造成资源分配不合理，使得快速发展的各类应用系统网络资源十分紧张。部分应用如OA、邮件系统、PDM系统、各种基本的网络功能应用等均对现有硬件资源产生了巨大的压力。但同时一些独立服务器的利用率不高，平均在15%-20%左右。这些利用率低的服务器无法参与其他系统，造成资源闲置浪费，不仅占据了机房空间，而且增加了电力供应和制冷的能源消耗。

（4）数据备份困难

应用环境复杂，不同的硬件平台与操作系统给系统备份与快速恢复带来了困难。管理员难以对不同的系统进行统一的数据备份，不能快速恢复软件系统。

如何解决上述问题成为数据中心建设与运行中重点考虑的因素。将虚拟化技术应用到中型企业数据中心建设中，特别是国土信息化部门的信息建设中，可较好地解决当前数据中心面临的一系列问题，为数据中心服务器部署提供了一种新的解决方案。

2 基于VMware架构的数据中心虚拟化技术设计

2.1 虚拟化技术

虚拟化是一种从逻辑角度出发的资源配置技术，是物理实际的逻辑抽象。使用虚拟技术，一台计算机可以看做是多台计算机，每台都有其各自的CPU、内存、硬盘等物理资源。虚拟化技术实现了软件跟硬件的分离，让资源的使用方式更具效率。用户不需要考虑后台的具体硬件实现，而只需在虚拟层环境上运行自己的系统和软件。

与VMware Workstation之类的应用不一样，虚拟化技术从技术上是一次大的飞跃，对减少软件虚拟机的开销与支撑更广泛的操作系统具有重要作用。虚拟化技术是一套解决方案。完整的情况需要CPU、主板芯片组、BIOS和软件的支持。即使只是CPU支持虚拟化技术，在配合VMM的软件情况下，也会比完全不支持虚拟化技术的系统有更好的性能。

2.2 虚拟化软件平台

目前，服务器广泛应用的两种虚拟化技术分别是硬件层次的完全虚拟化技术和操作系统层次的虚拟化。即以EMC公司的VMware和Microsoft公司的Virtual Server为代表的完全虚拟化，和以SWsoft公司的Virutozzo和oracle公司的SolarisContainer采用了操作系统虚拟化技术。其中VMware是目前服务器完全虚拟化的主流应用技术，它利用ESX Server直接构建于硬件层之上，将处理器、内存、存储器、网络和一些I/O设备资源抽象到多个虚拟机中。这些虚拟机间相对独立，各自拥有虚拟资源，每个虚拟机再在这些抽象的资源上运行自己不同的OS和应用程序，支持不同32位与64位的OS。这不但提供软件解决方案，而且提供一定的硬件解决方案。因此，ESX Server是目前中型企业数据中心的较佳虚擬化应用平台。

2.3 虚拟化管理特点

（1） 改善资源分配，提高资源利用率

利用虚拟化技术，数据中心可以按照不同业务所需资源的不同，动态地对物理服务器进行虚拟分区，提供最合适的虚拟环境，极大地提高了每台服务器的利用率，也使得资源分配更加合理。

（2） 资源整合管理，提高服务保障水平

服务器整合改变了基础设施复杂的现状，管理人员可对多台服务器进行集中管理。灵活的集中管理模式使管理员从简单机械的重复操作中解脱出来，极大地降低了管理工作量。VMware Server提供了基于IP地址的虚拟机网络远程管理功能，系统管理员可在任何地方通过网络对虚拟机进行管理与监控。通过直观的Web管理界面管理员可远程开关重启动每个虚拟机，观察宿主机与每个虚拟机的运行时间，CPU、内存等使用情况，完成新建、导入虚拟机，改变虚拟机的硬件配置，调整虚拟机参数，对运行中的虚拟机进行软件安装与调试等工作。

（3） 降低单点故障，增强系统可移植性

服务器合并后，减少了需要管理的物理服务器数量，降低了单点故障率。VMware VMotion可以在服务器需要维护升级时动态将虚拟机迁移到其他的物理服务器。虚拟机的实时迁移可以使数据中心在执行硬件维护时无需调配停机时间及中断业务操作，做到了停物理硬件、不停应用。当服务器恢复时，系统又会将部分虚拟机迁移回来，以实现负载均衡，确保所有应用服务全天候正常运转，从而提高了服务保障水平。

（4） 节约能源，减少运行成本

绝大多数网络中心机房耗电量较大，运用虚拟化技术将多种业务整合到一台物理服务器上后，降低了电力供应和制冷的能源消耗，可以节约大量的用电费用。

3 虚拟化管理的实施建议

数据中心实施虚拟化技术，需要充分考虑以下几方面因素：

（1）顶层规划，分步实施

在实施虚拟化过程中，需要对现有资源及资源的使用状态进行充分调研与论证。要根据数据中心的资源状况，制订系统的实施规划，确定纳入虚拟化管理的应用服务资源。要根据系统资源的不同应用类型，制定相应的虚拟化策略及资源调度策略。

①分析各应用系统对服务器资源的需求。

②拟整合的物理服务器数量。

③虚拟机运行的操作系统类型。

④采用何种虚拟化技术以及实施的软件费用。

（2）制定正确的虚拟化使用范围

要根据应用系统的实际应用情况来分析。譬如以下应用就不适合使用虚拟化技术：

①高性能计算就不适合采用虚拟化技术，因为高性能计算会完全利用CPU的资源，其CPU利用率非常高。

②视频服务，如企业中的VOD系统。

③大负载应用需要占用大量的I/O和内存资源，一般也不适合同其他应用程序共享服务器硬件。

④对于重要的應用，仍然可以通过双机备份的形式来保障应用的可靠性。

（3）技术与管理并重

在实施虚拟化管理过程中，既涉及如何将物理资源虚拟化的问题，又涉及管理虚拟环境的问题，这是虚拟化管理的两个支撑点。从技术角度而言，资源虚拟化的技术方案要具体；从管理角度考虑，虚拟化管理更要规范。因此，在公司数据中心中，既要重视物理环境的管理，更要重视虚拟环境的管理。

4 结束语

国土部门数据信息中心目前正在高速发展中，结合对信息化软硬件的大量投入，企业信息化应用系统越来越多，的数据中心体系会越来越大，数据中心中应用系统能否长期、高效、健康的运行，数据资源能否合理共享，硬件资源能否充分使用，数据中心的构架和优化至关重要。因此从发展趋势看，公司对数据中心的管理应该有更高的要求，数据中心的建设应该向更加智能、更加节能的方向发展。

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