虚拟化技术在数据中心的应用

张恬

摘要：该文通过对数据中心现状的分析，指出具有人员配备、资源利用率、安全隐患和数据备份方面的问题，并分析对比了现行主流的虚拟化软件，选定VMware作为数据中心的虚拟化软件。讨论了使用VMware虚拟化技术带来的改观，不仅降低了运行维护的工作量，对服务器出现的问题响应速度也加快，提高了数据中心的资源利用率。由于VMware本身的高可用性，简化了应用系统的迁移备份，整体降低了数据中心的运行成本，提高了管理运维水平。

关键词：数据中心;VMware;虚拟化

中图分类号：TP311        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）31-0256-02

随着高校信息化建设的不断发展，数据中心内的应用系统、存储设备日益增多，数据中心机房内的机房环境改造的成本费用也水涨船高。为了使得数据中心内服务器的稳定运行，网络中心为数据中心提供了不间断电源、网络带宽和安全防护等运行支撐环境。高校应用服务具备下列共同特点：1）应用系统种类繁多，系统环境配置复杂，对操作系统和数据库功能要求各不相同;2）服务器存放在学校数据中心由信息化部门统一管理，而不同的应用系统分由各二级学院或部门管理;3）一台物理服务器只安装一个应用系统或软件;4）数据中心内服务器资源不平衡，有的服务器因为运行的应用系统占有资源小，造成了极大的浪费，而有的服务器运行的应用系统占有资源大，后期扩容又无法找到适应件而满负荷运行。这些特点导致数据中心在管理和维护服务器时面临人员配备、资源利用率、安全隐患和数据备份方面的问题。而这些问题的解决成为数据中心建设的首要考虑因素，虚拟化技术的应用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。

1 数据中心服务器管理面临的问题

1）人员配备：数据中心物理服务器数目大而且服务器种类繁多，这就导致需要数据中心运维管理人员人数要足够，但现实是人数不足，而种类和数量的多样性也导致对人员的技术要求更高，系统恢复时间也相应比较长，所以物理服务器这种需要投入大量人力、物力模式的运维方式有待改进。2）资源利用率：物理服务器一般都是一台服务器对应一项应用系统，这会导致服务器的资源利用率很低，而运行服务器的空间资源和成本资源并没有降低。3）安全隐患：数据中心作为学校的核心设备存放地，数据中心的网络安全保障了校园网的平稳运行。而数据中心防病毒手段薄弱，造成了极大的安全隐患。4）数据备份：数据中心的数据备份方式比较简单，只是单一进行，并无法做到服务器宕机或者文件丢失后对数据进行恢复和实时备份。而且服务器种类和操作系统的繁多也给系统备份和快速恢复造成了很大的困难。

2 服务器虚拟化技术的研究

2.1 虚拟化技术实施考虑因素

数据中心使用虚拟化技术，并不是单纯的采购设备进行建设即可，而是需要充分评估可行性，主要影响因素有包括五种：1）应用系统的需求：采用虚拟化技术一方面是为了优化物理空间的占有，另一方面是对现有应用系统资源的整合，应用系统对设备的要求主要体现在对硬盘、CPU、内存大小的要求，而将物理服务器里面的应用系统对虚拟机的服务器进行迁移，要满足基本的设备要求，但是像视频服务器这类存储空间占有比较大的应用并不适合迁移至虚拟机，可以对现有的物理服务器整合，扩大硬盘和内存容量等。2）物理服务器数量：数据中心虚拟化也并不是一蹴而就的，具体来说并不需要将所有的物理服务器全部淘汰，虚拟化技术的使用也是对原有服务器的梳理过程，可以根据应用系统和服务器采购年限等各方面的因素考虑，将有必要的应用系统迁移至虚拟机中，对剩余的服务器运行时间过长的无使用价值老旧服务器进行资产报废，而较新的服务器进行整合，看是否可以挂载成为新的虚拟资源池增加存储空间。3）操作系统类型：原有数据中心并不是只有单一的操作系统，虚拟化技术的上线要考虑多种操作系统并存的问题。4）选择何种虚拟化技术：可以根据市场占有率和各种不同性能指标进行对比，选出最适合现行数据中心架构的虚拟化技术。5）费用：要和学校的实际情况相结合，对各种性能比对后，采用性价比最高的。

2.2 虚拟化平台比较

通过调研，虚拟化服务方面的主流供应商主要有VMware，Microsoft和Citrix，且应用最广泛的产品版本分别为VMware vSphere 5.0、Hyper-V R2和Xen Server，就相关机构对这三家的市场份额调研数据显示，VMware公司、Microsoft公司和Citrix公司的市场占有率分别为65%、27%和6%。[1，2]对三家公司的虚拟化技术性能与功能方面而言，VMware公司一般采用VMwarevSphere5.0，可以完全虚拟化，对软件和操作系统的兼容性都很高，Microsoft公司一般采用Hyper-VR2，支持半虚拟化，对软件和操作系统的兼容性低，Citrix公司一般采用XenServer，支持半虚拟化，对软件和操作系统的兼容性低。

通过上述数据对比可以看出VMware公司的虚拟化技术更符合数据中心目前架构，它的这种高可用性和适应性对数据中心以后设备的扩充可以无缝对接。

2.3 VMwareServer虚拟机软件

VMwarevSphere将应用程序和操作系统从底层硬件中分离出来，可以使得应用程序看到专有资源，而服务器则可以在资源池内进行管理，根据业务的不同，分配不同的服务，在虚拟服务平台上对服务器、存储等进行虚拟化，利用虚拟技术进行服务器的新建、备份和迁移等操作[3，4]。

VMware vSphere系统架构主要包括VMware vCenterServer管理中心、应用程序服务、基础架构服务和云服务。1）VMware vCenterServer管理中心相当于整个系统架构的总控中心，通过管理硬件服务器可以同时管理虚拟机服务器，有两种方式可以完成管理，一种是通过Web端，另一种是通过客户端，都可以实现虚拟服务器的开关机、故障监控、日常维护等操作，独立出来的虚拟机就相当于原来的物理服务器，虚拟机之间相互独立运行，每个虚拟机内的应用系统不同，而用户体验和物理服务器体验一样。2）VMware vSphere应用程序服务包括在线迁移、高可用性和安全可扩展的功能优势。所有虚拟机在运行过程中，如果发生资源紧张或需要调整虚拟机时，VMwareDRS会根据对存储系统的动态管理，实现虚拟机的在线迁移，迁移的实现是用VMwareVMotion控件实现的，可以避免数据流量过大产生死机的现象。VMware vSphere应用程序服务实现了对虚拟机本身和其存储的动态迁移，保障了服务连续性和数据一致性。3）VMware vSphere包含了三个基础功能架构分别是：vCompute（计算资源）、 vStorage（存储资源）和vNetwork（网络资源）[3，5，6]。通过这三大功能组件VMware vSphere才能将原来的硬件资源虚拟化后，用来服务应用系统。4）云服务，即有公有云、私有云和混合云。云服务可以通过系统内获得和系统外获得，具体来说系统内获得即为学校自己的数据中心的资源，系统外获得即为第三方的云资源，例如阿里云、百度云等。

3 虚拟化数据中心建设的主要内容

数据中心采用高性能的服务器机箱，内含14把刀片服务器，同时配置大容量光纤存储作为硬件平台架构基础。通过VMwarevSphere5.0企业级虚拟化软件作为硬件服务器和存储的整合管理平台，对硬件资源进行虚拟化动态管理进行资源调配。增加虚拟化后，数据中心架构拓扑如图1所示。

虚拟机管理优于传统物理服务器，传统服务器使用本地远程访问，VMware虚拟技术管理不仅可以通过客户端管理和监控虚拟机，也可以通过Web方式。通过Web端进入管理界面可以看到所建立的虚拟机，每个虚拟机的状态、置备的空间、已用空间，主机cpu、主机内存等信息都可以查看，如下图2所示。

Web端同样完成了对虚拟机的基本操作，例如新建虚拟机、导入虚拟机、给现有的虚拟机加大硬盘容量挂载硬盘、对运行中的虚拟机进行调试安装等操作。与客户端操作都相同，给不熟悉客户端操作的用户提供了便捷。VMware虚拟机平台的快照功能，可以对运行中的虚拟机进行快照操作，快照功能执行时，对整个虚拟机的运行实施实时数据备份，生成快照文件，而到虚拟机发生状况后，便可启动快照恢复，即可恢复至停机时的服务。数据中心虚拟化前后，CUP利用率在虚拟化应用前以10%以下居多，虚拟化后可达到65%，并可以继续增加;服务器的响应速度方面，虚拟化前根据服务器性能的不同而不同，虚拟化后响应速度快;服务器维护方面，虚拟化前单机维护而且工作量大，虚拟化后平台维护简单方便，对管理水平要求高;能耗方面虚拟化前能耗高，虚拟化后能耗低。

4 结论

虚拟化技术在我校数据中心的应用，是一次技术的创新，达到了减少硬件成本、提高资源利用率、降低能耗的目的。本文通过对数据中心现状的分析，对现行主流的虚拟化软件对比，选定VMware作为数据中心虚拟化软件。数据中心虚拟化的应用使得维护工作量降低，对服务器状况的响应速度加快，而应用系统的迁移、备份等都不受硬件设备限制，更有利于管理与维护。下一步打算更深一步的研究数据中心的虚拟化，加大容灾备份力度，使得机房运行状态更加完善。

参考文献：

[1] 徐英根.基于MINA的虚拟化管理平台的研究与应用[D].南昌：南昌大学，2013.

[2] 施庆.基于VMware vSphere的高校数据中心虚拟化建设研究[D].上海：复旦大学，2012.

[3] VMware Corporation.VMware white paper：virtualizationoverview

[EWOE].http：//www.vmware.corn/solutions.

[4] 武佳寧.基于VMware vSphere的数据中心服务器虚拟化解决方案[J].微型电脑应用，2016，32（9）：32-34.

[5] 黄建忠，张泸寅，裴嘉欣.网络安全虚拟仿真实验教学体系设计[J].实验室研究与探索，2016，35（10）：170-174.

[6] 刘丹.虚拟化数据中心网络研究[J].电脑知识与技术，2017，13（31）：50-52.