铁路局级数据处理中心服务器设备虚拟化技术的应用研究

王保全

（郑州铁路局 信息技术所，郑州 450052）

铁路局数据处理中心在资源配置和信息系统运行方面具有核心地位，其设备越来越多，数据中心普遍存在负荷重、能耗高、投资大、效率低、安全隐患多等问题。而服务器设备，在全局调度、货票、客票、车号、确报、客户服务、门户网站等众多信息系统的安全运行中起着关键作用。本文对小型机虚拟化平台和PC服务器虚拟化平台的研究与实现进行了探讨。

1 数据中心存在问题分析

（1）投资较大。每个系统都要购买服务器、存储、网络等硬件设备以及相关软件，投入比较大。

（2）主机设备数量越来越多。分项目、分系统建设造成一个系统一套主机，主机设备随着应用系统的增多逐年增加。

（3）主机利用率低下。分系统建设的项目，都配置了双机系统，正常情况下主机的利用率只有40%左右，造成了较大的资源浪费。

（4）难以保障安全。分系统建设采用微机服务器作为主机的项目大都采用单机模式，设备一旦发生故障，系统就陷入瘫痪状态。

（5）设备更新、系统迁移时难以保证应用业务的连续性。设备更新、迁移都需要很长时间的准备，需要“要点”停机维护，无法保证某些特殊需求应用系统的连续性。

因此，采取虚拟化技术构建铁路局级数据处理中心，是解决这些问题的有效途径。

2 数据中心虚拟平台体系架构及技术实现

2.1 小型机虚拟平台

小型机虚拟平台主要提供数据库服务。利用PowerVM虚拟化技术，将原有的应用系统以逻辑分区的形式部署到POWER小型机中，每一台主机都能被分成多个动态逻辑分区，每个逻辑分区都可以使用专用或共享的CPU、内存、硬盘、IO板卡等硬件资源和独立的操作系统，一个单个分区可以作为一个完全隔离的AIX操作环境，相当于一台独立的主机。利用GPFS并行文件系统与两台XIV组成高可用集群，把数据分成2份分别保存在2台XIV存储中；同时每台XIV存储在本地也保存2份，整套存储系统中一共4份数据，这样极大的提高了整体数据的高可用性与高可靠性，保证了数据安全与故障发生时的I/O快速切换。同时使用GPFS文件系统对要求大数据吞吐量的数据库服务提供了更好的I/O平衡,减少了热点导致的等待延迟。

小型机虚拟平台体系结构如图1所示。

图1 小型机虚拟平台体系结构图

2.2 微机服务器虚拟平台

微机服务器虚拟平台主要提供应用服务。构建一个虚拟群集用于运行虚拟化管理软件VMware vCenter虚拟机及所需的AD与DNS虚拟机，实现vCenter虚拟机和其它应用软件虚拟机的分离，保证出现问题不影响应用系统的运行并能及时监控、恢复虚拟机。搭建虚拟平台后，利用vCenter Converter软件将原有物理服务器转换成虚拟机并依据其应用与网段纳入合适的虚拟平台。

观察组临床总有效率为93.55%,较对照组的79.03%明显上升,两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。

微机服务器虚拟平台体系结构如图2所示。

2.3 网络结构

数据中心虚拟化平台主要部署在铁路综合IT网和外网中。小型机虚拟化平台只部署在铁路局级，微机服务器虚拟化平台铁路局和站段都部署，组成涵盖铁路局、站段两级的数据中心。外网只部署基于微机服务器的虚拟化平台。

2.4 数据中心总体架构

数据中心由铁路局虚拟平台和基层站段虚拟平台构成，其中铁路局虚拟平台由小型机虚拟平台和微机服务器虚拟平台构成，站段虚拟平台由微机服务器虚拟平台构成。铁路局虚拟平台和站段虚拟平台通过铁路局与站段的广域网相连接，铁路局虚拟平台通过局域网连接，总体架构如图3所示。

3 实现的主要功能

（1）高可用性，即虚拟化群集功能，确保物理服务器故障时服务快速转移，保证系统的安全。

虚拟化平台提供群集功能，可由两台或两台以上物理服务器和若干存储搭建虚拟化群集。所有的虚拟操作系统运行在虚拟群集中，若某一台物理服务器出现故障，虚拟操作系统会自动迁移到另外正常运行的物理服务器上，保证系统的安全。

（2）迁移功能，确保物理硬件升级时服务不中断。

在物理服务器或者存储硬件升级时，把虚拟机迁移到另外正常运行的物理服务器上或者存储上，期间系统服务不中断，保证服务的不间断运行。

（3）虚拟功能，将物理资源虚拟化，提高硬件利用率。

图2 微机服务器虚拟平台体系结构图

提供虚拟层后，将物理资源虚拟化，物理资源可灵活编辑，一台物理服务器可以创建多个虚拟操作系统，提高了硬件的利用率。

（4）动态资源分配功能，保证资源的合理分配。

通过对所有物理服务器资源的调配，确保虚拟机能合理分配到不同的物理服务器上，使硬件资源得以合理使用。

（5）模板技术、克隆技术、快照技术、导入导出技术等功能，提高系统的部署效率。

利用模板技术，将操作系统模板安装、配置、升级完成后，利用模板部署虚拟机，可节省大量时间、提高维护效率，实现一次部署多地应用。

利用克隆技术，将配置好的应用系统完全一样的克隆一份，快速恢复崩溃的应用系统。

利用快照技术，将配置应用系统过程分为几个阶段，分阶段部署复杂应用系统。

利用OVF模板，将部署成功的应用系统导出为OVF（开放式虚拟格式）模板，实现应用系统的快速部署。

（6）对老旧信息系统的支持功能。

支持各个版本的操作系统，以微软操作系统为例，支持从MS—DOS、Windows3.1/95/98到Window2010等所有的操作系统，保证了对基于旧操作系统的信息系统服务的延续。

（7）良好的备份、恢复技术，保证系统的快速恢复。

虚拟化技术使信息系统摆脱对物理设备的依赖，数据的备份和维护可以像普通文档一样进行复制、删除操作，而且数据都存放在存储系统，主机设备的损坏也不会造成数据丢失，有效提高了数据的安全性，也便于数据的备份与恢复。

（8）将物理机转换成虚拟机的工具，保证既有系统虚拟化。

微机服务器虚拟平台提供了converter转换软件，可以在不影响服务的情况下将既有系统虚拟化。

图3 数据中心总体架构图

4 数据中心虚拟平台管理

虚拟平台管理人员按层次分为虚拟机管理人员、虚拟群集管理人员和虚拟平台管理人员。虚拟机管理人员负责虚拟机的使用、维护、监控、开关机等。虚拟群集管理人员负责虚拟群集物理服务器、存储、网络的配置及监控、虚拟机的创建、配置、克隆、备份等，其权限包含虚拟机管理人员的权限。虚拟平台管理人员包含虚拟群集管理人员的权限，虚拟群集的创建、配置和监控，虚拟管理平台的安装配置，权限的分配等，主要是铁路局虚拟平台维护人员。

5 结束语

经过3年多的虚拟化技术探索和应用实践，郑州铁路局路局级数据中心虚拟化技术应用已经初具规模，目前在铁路局机房，内部网有微机服务器虚拟化平台3个，物理设备（不包括存储）24台，构建虚拟机145个；小型机虚拟化平台1个，物理设备3台，构建虚拟机20多个。外部网微机服务器虚拟化平台1个，物理设备4台，构建虚拟机19个。在站段有微机服务器虚拟化平台6个，物理设备34台，构建虚拟机182个。虚拟化技术应用已遍布铁路局、站段。数据中心的设备虚拟化，不仅节省了大量的设备采购投资和运营成本，也打破了应用部门、应用项目对物理资源的依赖，用户可以按照约定合理使用资源，不再受资源变更和管理的影响；技术人员可以通过对设备资源状况的检测、监控，实时、灵活地调整资源分配，有效地提高了资源应用效率，为今后提高信息资源共享、消除信息孤岛、提高灾备恢复能力奠定了基础。

[1]Scott Lowe.Mastering VMware vSphere 5[Z]. Sybex, 2011.

[2]Implementing IBM Power Virtualization Center in Your Data Center[Z]. IBM Redbooks, 2012.

[3]IBM PowerVM Virtualization Introduction and Configuration[Z]. IBM Redbooks, 2008.

[4]Virtual IO Server Integrated Virtualization Manager[Z].IBM Power Systems, 2008.