高速公路服务器虚拟化技术应用与探讨

潘彦

摘要：为解决高速公路收费系统中软件和硬件耦合程度高、容灾能力弱、服务器资源利用率偏低等缺点，通过虚拟化技术优化高速公路收费系统，提升系统的可用性、稳定性。通过数据备份、故障自动切换，提升容灾能力，以提升硬件资源利用率，降低管理、维护、营运成本。

关键词：收费系统；虚拟化技术；性能测试

服务器虚拟化技术作为一种新兴的网络服务方式，将传统的以桌面为核心的任务处理转变为以网络为核心的任务处理，利用非本地或远程服务器（集群）的分布式计算机，为互联网用户提供了IT基础设施服务（计算能力、存储和软硬件等服务）。这使得用户可以将资源切换到所需要的实际应用上，根据需求，访问计算机和存储系统。此外，利用虚拟化技术来实现服务器、存储资源的虚拟化管理和调度。云计算的虚拟化、负载均衡及双活中心等技术可以大大提高数据中心的资源利用率，降低维护成本，为实现数据中心高可靠性、防止发生业务中断和数据丢失等问题提供了强有力的手段。

一、高速公路数据中心建设的现状

高速公路数据中心是公路部门网络建设的重中之重。随着计算机网络技术的快速发展和公路信息化对数据中心需求的不断提升，原有数据中心的高能耗和低灵活性以及服务器和存储资源的利用率低等弊端日益显现。服务器和网络设备硬件的故障会直接导致系统宕机或服务中断，系统崩溃后的恢复时间长，数据丢失风险高。原有的数据中心缺少一个统一的设备管理、调度平台，应用系统分布在多个互相独立硬件服务器上，难于有效地集中管理。服务器虽然很多，但设备之间相互孤立，总体利用率很低。忙碌的设备不堪重负，闲置的设备资源储备过多，相互之间无法支援和共享。存储设备被分配到互相孤立的服务器上，存储资源同样得不到有效的利用，同时，还存在存储资源利用率低和资源数量不足的问题。按粗略估算，淮安公路处数据中心的运营成本中，电费占到实际运营成本的40%以上。一方面，服务器资源难以得到有效利用，另一方面，业务需求导致服务器数量不断增加，消耗了更多的电力，同时，还对空调和供电等设备提出了更高的要求，导致电力消耗迅速增长。随着公路信息化应用的不断深入，数据库、视频图像及文档资料等公路数据资源快速积累，数据量已经达T级。庞大的数据量和未来增长需求使原有数据中心场地和设备面临很大的压力。面对公路数据中心的种种困境，急需对其进行各项资源整合以提高效率。虚拟化技术是计算机技术的又一次创新，通过在计算机体系结构中划分出一个新的虚拟化层，采用动态分配的方式提高计算机硬件的利用率，为资源整合提供了新思路。

二、服务器虚拟化技术

虚拟化是一个广义的词，是为某些事物创造的虚拟（相对于真实）版本，比如操作系统、計算机系统、存储设备和网络资源等。它是指计算机元件在虚拟的基础上而不是在真实的基础上运行，是一个为了简化管理、优化资源的解决方案。服务器虚拟化是将系统虚拟化技术应用于服务器上，将一个服务器虚拟成若干个服务器。服务器虚拟化使得单一屋里服务器上可以运行多个虚拟服务器，为虚拟服务器提供了能够支持其运行的硬件资源抽象，包括虚拟BIOS、虚拟处理器、虚拟设备与I/O，并为虚拟机提供了良好的隔离性和安全性。思杰的XenServer是一款基于Xen hypervisor的开源虚拟化产品，它为客户提供了一个开放性架构，允许客户按照与自身物理和虚拟服务器环境相同的方法来进行存储管理，其管理工具CUI是其最大的亮点。同时，XenCenter是一种虚拟化图形接口管理工具，可在同一界面，管理多台的XenServer服务器。管理上，通常会先在XenCenter建立一个服务器群组（Pool），然后将位于同一机房内的XenServer服务器加入。微软的服务器虚拟化软件Hyper-V是微软提出的一种系统管理程序虚拟化技术，是微软第一个采用类似Vmware和Citrix开源Xen一样的基于hypervisor的技术。Hyper-V设计的目的是为广泛的用户提供更为熟悉以及成本效益更高的虚拟化基础设施软件，这样可以降低运作成本、提高硬件利用率、优化基础设施并提高服务器的可用性。

三、服务器虚拟化的实现

辽宁省高速公路联网数据中心虚拟化服务器基于PC服务器架构，以虚拟化技术为基础，形成应用服务器与存储资源池，采用虚拟化控制平台进行统一的管理。主要由控制平台、服务器资源池、存储资源池以及数据交换、存储网络四部分组成。第一是控制平台。主要为服务器虚拟化控制软件，具体功能如下：对整个虚拟化平台进行管理监控，是整个系统的管理端；对基础软硬件进行状态监控和性能监控；对虚拟化服务器划分等进行设置管理，包括分配CPU、内存、存储空间等；对基础软硬件异常情况触发报警，提醒用户及时维护问题设备；对基础软硬件资源进行长期的统计分析，为高层的资源调度提供决策依据。第二是服务器资源池。通过部署一批X86高性能服务器，并在每个服务器上安装虚拟化软件，将所有物理服务器上的CPU和内存等资源解放出来，汇集到一起，形成CPU、内存等资源池。主要提供对应用透明的计算资源，为应用软件提供按需配置的运行环境，整合提高物理服务器资源利用率，并保证业务应用的可靠运行。同时，实现服务器计算机资源的按需分配，将虚拟机合理均衡地分配到现有的物理服务器上。第三是存储资源池。通过部署若干存储设备，并进行池化，实现存储资源的按需分配和弹性伸缩.支撑大规模的存储聚合与数据访问。第四是数据交换、存储网络。在整个虚拟化服务器、存储组建网络中，需要将交换机接口划分为业务VLAN区和管理VLAN区，并按业务系统网络分类，将业务VLAN区划分为多个VLAN段。根据实际运营需求，将实体机与存储划分为多个业务区，并接入核心交换机相应接口。在实现虚拟资源池可管理的同时，保证各业务系统网络的互连互通。

参考文献：

[1]张扬.基于云计算的公路数据中心设计与实现[J]，企业文化，2016.

[2]李鸥.物联网的基石——云计算[J]，科技与企业，2015.