服务器虚拟化在神东信息化建设中的应用

2016-02-05赵志坤

网络安全技术与应用 2016年7期

关键词：神东虚拟化服务器

◆赵志坤

（神华神东煤炭集团信息管理中心陕西 719315）

服务器虚拟化在神东信息化建设中的应用

◆赵志坤

（神华神东煤炭集团信息管理中心陕西 719315）

服务器的虚拟化建设是神东信息化建设的一个新的发展阶段。通过采用VMware的虚拟化技术和产品，构建服务器集群，使用Virtual Center管理服务器集中管理，采用VMware Converter完成服务器由物理机到虚拟机的转化，降低了信息化成本，提高了工作效率和安全性。目前，神东已实现将大部分现有系统的应用服务器虚拟化的工作，并且为神东自主研发的系统提供应用服务器，在很大程度上解决了由于服务器数量不断增长带来的各种问题。

虚拟化；信息化；应用

0 引言

当今社会是信息化的时代，每个企业都有着自己的信息化建设。在这个信息化飞速发展的大环境下，神东的信息化也在快速的发展建设中，并且经过多年的累积，信息化建设已初具规模。随之而来的，作为信息化建设的重要设备和工作平台的服务器，在数量上也不断增长。如何科学合理地部署这些服务器，使之能够达到降低信息化建设成本和提高工作效率，成为了目前企业面临的亟待解决的问题之一。虚拟化技术的出现，成为了解决这个问题的利刃。

1 虚拟化技术

虚拟化是眼下企业IT界一个相当热门的话题。可以这么说，每家企业都在开展某种虚拟化项目。

1.1 虚拟化技术

虚拟化技术的实现形式是在系统中加入一个虚拟化层，将下层的资源抽象成另一形式的资源，提供给上层使用。本质上，虚拟化就是由位于下层的软件模块，通过向上一层软件模块提供一个与它原先所期待的运行环境完全一致的接口的方法，抽象出一个虚拟的软件或硬件接口，使得上层软件可以直接运行在虚拟环境上。通过空间上的分割、时间上的分时以及模拟，虚拟化可将一份资源抽象成多份，亦可将多份资源抽象成一份。

简而言之，虚拟化技术实现的原理就是对物理资源如CPU、内存、存储、网络等经过一系列的虚拟化过程，进行逻辑统一，使各个服务器不受物理限制约束，成为一个统一的资源库，进而进行资源的再分配和管理的过程。简而言之，虚拟化就是一个资源的整合、逻辑统一和再分配的过程。

1.2 服务器虚拟化

将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，我们不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力——这就是服务器的虚拟化。

服务器虚拟化的核心就是虚拟机管理程序，该软件位于硬件之上（直接作为"裸机"或位于操作系统之上），把硬件分成多个虚拟机，管理硬件与虚拟机之间的交互。

针对在服务器方面的虚拟化，主要有两个方向：一变多和多变一。一变多是指将一个物理服务器划分为多个虚拟服务器，这是典型的服务器整合模式；多变一是指将多台服务器虚拟化成一台虚拟机，并将它们作为一个资源池，这其中包括云计算、分布式计算和网格计算等。

1.3 宿主和客户

虚拟化中有两个重要的名词：宿主和客户。宿主机是指将一个物理机器虚拟成多个虚拟机器，那么这个物理机就叫做宿主机。客户机是指在宿主机上独立运行的虚拟机。

虚拟机（Virtual Machine）是由虚拟化层提供的高效、独立的虚拟计算机系统，其皆拥有自己的虚拟硬件（CPU，内存，I/O设备）。通过虚拟化层的模拟，虚拟机在上层软件看来，它就是一个真实的机器。

虚拟机完全兼容标准的操作系统，以及在这些操作系统之上建立的硬件驱动和应用；每一个虚拟机都与同在一个服务器上的其他虚拟机相隔离；虚拟机将整个系统，包括硬件配置、操作系统以及应用等封装在文件里；可以在其他服务器上不加修改的运行虚拟机。

2 虚拟化产品

目前服务器虚拟机管理程序主要有三种选择：微软Hyper-V、VMware（ESX和vSphere）以及Xen（思杰支持的开源虚拟机管理程序）。

Vmware作为是全球虚拟化解决方案的领导厂商，其虚拟化产品也有着广泛的应用。VMware公司主攻虚拟化领域已有十多年，可以提供可靠的虚拟机管理程序和可扩展的管理工具。

从某种角度来说，虚拟化就是VMware的天下。无论是存储区域网（SAN）厂商、服务器厂商还是网络厂商，它们都与VMware有着某种联系。

神东的服务器虚拟化建设，采用的就是VMware的虚拟化产品。

ESXi（现在叫做VMware vSphere Hypervisor）是一款裸机虚拟化管理程序，可直接安装在物理服务器上，从而能够将服务器划分为多个称为“虚拟机”的逻辑服务器，进而可以实现将应用整合到较少的硬件上。ESXi专为运行虚拟机、最大限度降低配置要求和简化部署而设计，只需几分钟时间，便可完成从安装到运行虚拟机的全过程。

VMware vCenter Server 用于提供一个用于管理 VMware vSphere 环境的集中式平台，可用来监视和管理多个ESX或GSX服务器。可以实现包括集中管理、虚拟机实时迁移、自动负载平衡、业务连续性、电源管理，以及针对虚拟机的备份和恢复等功能。

VMware vCenter Converter 可将物理机转换为虚拟机。借助这种免费的 P2V 转换软件，将一台物理的服务器制作为虚拟机映像，从而创造出一个从物理机到虚拟机的重现。它用虚拟的驱动文件代替了实际的驱动文件，并且在VMware的数据存储中创建出机器空间。

VMware VMotion将服务器、存储和网络设备完全虚拟化，使得正在运行的整个虚拟机能够在瞬间从一台服务器移到另一台服务器上。虚拟机的全部状态由存储在共享存储器上的一组文件进行封装，而 VMware 的群集文件系统允许源和目标VMware ESX 同时访问这些虚拟机文件。然后，虚拟机的活动内存和精确的执行状态可通过高速网络迅速传输。由于网络也被VMware ESX 虚拟化，因此，虚拟机保留其网络标识和连接，从而确保实现无缝迁移。

3 虚拟化在神东的部署

神东的信息化是随着信息市场的发展一步一步建设起来的，不可避免地，在每一个发展阶段引进一些对应时期的信息化技术，建设一些应用系统。对应每一个系统，采购相应的服务器设备，导致在进行服务器虚拟化建设之前，有一批数量可观的服务器硬件设备摆在机房，它们的品牌、型号、配置情况参差不齐，管理和维护难度大。

3.1 出现的问题

经过分析发现，这样的发展带来了以下的问题：（1）是服务器的蔓延，服务器数量的不断增加，导致机房空间严重不足，而且服务器利用率低，运维成本大；（2）冷却容量不足的问题，由于服务器数量不断攀升导致冷却容量不足的问题凸显，尤其在夏天，经常出现服务器过热宕机的现象；（3）陈旧废弃硬件堆积，IT设备的发展日新月异，一些陈旧的服务器，硬件设备损坏时购买困难，维保过期等情况时有发生；（4）单套服务器的数据备份工作繁琐，备份安全性低。

3.2 解决方案

针对以上出现的问题，神东采用了当今比较流行的服务器虚拟化解决方案。

神东的服务器虚拟化建设主要是使用了VMWare的虚拟化产品，包括ESXi Server，VMware vCenter Server，VMware vCenter Converter等。

依托核心存储，神东的虚拟计算中心的拓扑结构图如下：

图1 神东的虚拟计算中心拓扑结构

神东服务器虚拟化项目的实施，采用的是在IBM X3850服务器上安装VMware ESXi系统，每台服务器使用光纤卡（HBA卡）通过存储交换机与神东的核心存储相连。这些服务器通过虚拟机管理软件VMware vCenter Server分别组成三个服务器集群。

由于公司服务器虚拟化的不断使用，大量的应用系统运行在同一台物理主机上，不允许出现ESX Server的单点故障，因此，需要使用VMware的解决方案建立vmware集群。这里我们采用了vmware的管理软件VMware vCenter Server来实现。

在一台单独的物理服务器上安装vCenter Server+OEACLE 11g，配置一个服务管理器。针对每一个服务器集群，采用一个VCenter服务管理器进行管理。

通过vCenter这个管理平台，将几台ESXi服务器组建成一个集群，配置与搭建VMware的HA与VMotion。实现包括集中管理、虚拟机在主机或数据存储之间的实时迁移、自动负载平衡、业务连续性以及针对虚拟机的备份和恢复等功能。

3.3 vCenter的配置

为实现vCenter的管理功能，VMware HA与VMotion的配置与搭建是关键。

（1）进行VMware HA操作还需要满足以下两个条件：

①集群中所有主机（host）必须能够访问共同的存储器和网络，主机上运行的虚拟机存储在这些可共同访问的存储上；

②集群中的主机（host）能够通过主机名、完整的正式域名和 IP来PING通对方，在这里可以配置DNS使他们之间可以互相识别，这个操作可以在域名服务器上进行配置完成。

配置完成HA之后，可以实现当一台服务器出现故障（比如断网）时，会把这台故障虚拟主机上的所有虚拟机在另一台上接管并重新启动。这是由于所有的虚拟机文件都是存储在核心存储上，实际上在每台ESXi服务器上运行的是虚拟机的清单，虚拟机使用的是ESXi服务器的内存、CPU、网络等资源，硬盘资源是由核心存储提供的。

（2）需要在网络上的VMkernel上添加VMotion功能。

VMotion功能开启之后，可以完成虚拟机在不停机的情况下在不同主机或存储之间的迁移，在停机情况下完成虚拟机在不同的主机和存储的同时迁移。这一项功能对网络的性能要求比较高，至少是千兆网卡。

HA和VMotion配置完成之后，虚拟机可以在不停机的情况下从一台物理服务器移动到另一台物理服务器，解决服务器单点故障问题。

3.4 虚拟机的管理

在管理方面，管理员可以在自己的终端上安装VMware vSphere Client客户端软件，管理员可以通过这个客户端管理每台ESXi服务器和登录vCenter服务管理平台对整个服务器集群进行管理。也可以通过web浏览器的方式登录管理控制台对其进行管理。

3.5 物理服务器的迁移

虚拟机集群建成之后，摆在面前的任务就是如何安全的将原有的性能不一、操作系统不尽相同的数量可观的物理服务器迁移到虚拟机上去，并且不可以影响现有生产系统的运行。

为完成这项工作，我们采用了VMware提供的VMware vCenter Converter转换软件在线无缝地将物理服务器转化为虚拟机。这款工具可以完成Windows和linux两种系列主机的P2V和V2V迁移工作，对原有服务器只是一个拷贝的动作，不会造成危害，相对来说比较安全。

在这个过程中，需要进行P2V操作的服务器主要包括三大类：

第一类是服务器硬件配置低，无法满足系统运行要求的，或者服务器硬件故障报警，但是硬件设备陈旧，无法购买替换的。像定额系统等，通过P2V迁移后，可以动态添加硬件资源，保证系统正常运行。

第二类是硬件设备已经到报废期限的服务器。这些服务器需要进行报废处理，但是上面还运行着在用应用系统的，像神东MIS系统，劳资系统等。

第三类是旧信息系统，但是不能直接关机的服务器。由于技术的不断发展进步和业务需求的变化，一些老旧系统，已经不能满足现在的需求，于是这些系统被新系统替代了，但是这些旧系统还需要运行以备资料查询时使用的，如旧的OA系统、本安系统和生产管理系统等。

P2V的迁移操作很简单，只需要知道物理服务器的IP地址及用户名及密码信息，就可以将物理服务器的硬件配置、操作系统以及应用等数据封装在文件里，轻松实现物理机到虚拟机的转换，这个过程所需的时间主要受到物理服务器中硬盘数据量、虚拟机所在存储空间的大小以及网络的状况等因素影响。

通过上述的操作与配置，基本完成了神东服务器虚拟化项目的实施。

4 神东虚拟化的运行现状及优势

4.1 虚拟化运行现状

神东采用了VMWare服务器虚拟化技术，实现高性能设备的多应用负载，并通过管理端的统一调度，实现“一次构建，多次部署”，以及应用在硬件设备故障时的快速切换。目前有80%的信息系统已完成应用层的虚拟化部署，还有一小部分访问量比较小的应用系统也使用的虚拟机作为数据库服务器。

现在，神东在服务器虚拟化项目的实施中使用了16台物理服务器，完成各类信息系统100余套的虚拟化建设工作，其中包括在神东信息化建设初期建设的，现在仍然在用的信息系统，由于硬件设备故障采用P2V方式迁移产生的虚拟机，如资产管理系统、生产管理系统、本质安全管理系统，网站管理系统，调度信息系统等，还有一部分是新建的系统，如协同办公平台、班组核算和神东信息中心自主研发的应用系统等。

服务器虚拟化是将多台物理服务器组建成一个集群之后作为一个资源池提供给多台虚拟机使用，这些虚拟机共享资源池中的CPU、内存、网络等资源，因此，在项目实施后，物理服务器的故障意味着可用资源的减少而不是应用的故障，这大大提高了应用系统的稳定性，大幅度减少宕机事件的发生。

VMware 提供的实时在线迁移功能确保了在出现故障时候的业务连续性。如一次中心机房的电源故障导致的机房温度过高，大部分服务器高温关机，但是虚拟机最后只剩下一台主机在运行，所有虚拟机都自动漂移在这台物理服务器上运行，停电过程中所有虚拟机没有中断运行，应用系统业务不受任何影响。

整合服务器通过将物理服务器变成虚拟服务器减少物理服务器的数量，可以在电力和冷却成本上获得巨大节省。据中心里服务器和相关硬件的数量，企业可以从减少能耗与制冷需求中获益，从而降低IT成本。

4.2 服务器虚拟化的优势

在日常维护工作中，服务器的虚拟化也体现出了它的优势：

（1）运营效率提高，节省空间。使用虚拟化技术大大节省了所占用的空间，减少了数据中心里服务器和相关硬件的数量，可以减少机架空间。在实施服务器虚拟化之前，管理员通常需要额外部署一下服务器来满足不时之需。利用服务器虚拟化，可以避免这种额外部署工作。新建服务器和加载应用程序的时间缩短至15-30分钟，服务器重新启动时间大幅度缩短。

（2）降低成本，减少硬件维护和维保需求。使用虚拟化技术大大削减了采购服务器的数量，同时相对应的占用空间和能耗都变小了。在出现物理服务器硬件损坏时，可以通过用虚拟机重建系统，导入备份数据的方式恢复系统，如DNS服务器、网站服务器等。

（3）由于服务器虚拟化项目的实施是以核心存储为依托，所有的虚拟机封装文件都是存放在神东的核心存储上，安全性较之单点备份更有保障。

（4）增强灵活性，虚拟化把操作系统和应用程序与服务器硬件分离开来，你不用关闭及拆卸物理服务器，就可以为虚拟机增加或减少资源。当有业务需求变更时，这种灵活性就便于更高效地扩展服务器环境。

（5）虚拟化为神东自助研发提供有力的服务器支撑，大大降低自主研发的成本。目前，神东信息中心的自主研发项目所需要的应用服务器90%以上是使用的虚拟机。

通过采用VMWare的虚拟化技术和产品，很大程度上解决了由于不同时期信息化建设累积产生的问题，有效地提高了员工的工作效率，节省了大量的人力、财力和物力，降低了企业信息化建设的成本。在真正体验到虚拟化技术带来的优势的同时，我们也会不断地在实际工作中总结经验，让虚拟化技术能够更好地为神东的信息化服务。