虚拟化技术在业务中的设计与应用

贾东+李鹿

摘要：近年来，在气象科技化的带动下，气象信息中服务器虚拟化保持了较快增长，服务器虚拟化也已成为气象用户IT基础架构管理的“标配”，服务器虚拟化经过多年的发展，已经演变的相对成熟起来，随着数据中心理念的提出，更加强调气象内部各类硬件的虚拟化统一调度和运维。虚拟化从单一的服务器虚拟化扩展到全IT基础架构的虚拟化融合，包括计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、安全虚拟化技术等，来构建真正意义上的全虚拟化数据中心。我局通过虚拟化资源池的建设，提高了硬件资原利用率，合理的按需分配资源，为气象现代化建设奠定了坚实的基础。

【关键词】虚拟化 共享存储 虚拟网络

1 虚拟化建设思路与原理

通过使用CAS虚拟化管理平台，可以把老旧服务器加入到资源池中，实现对现有新、旧硬件资源的统一管理与分配，对现有硬件服务器实现集群化管理。通过采用优化后的高性能集群文件系统，支持SAN/iSCSI/NFS等存储协议，可以允许不同的服务器访问同一虚拟机磁盘文件实现对硬件资源的整合与统一调度管理进一步实现对数据资源的分布存储，提高数据存储效率。并且通过备份虚拟机的建立，实现了对数据的异地备份功能，保证数据完整性。并且可以对多个业务系统进行虚拟机的建立，在某个系统出现问题时，可实现快速恢复与切换，图1为总体框架图。

2 虚拟化技术路线

2.1 软硬件设备的选择

通过CAS虚拟化平台的建立，实现对数据中心内的计算、网络和存储等硬件资源的虚拟化管理。根据业务需要，CAS虚拟化平台支持对计算资源、网络资源、存储资源进行按需分配。对计算资源的分配通过虚拟CPU和虚拟内存的资源限额与资源预留技术来实现，网络资源的分配通过虚拟交换机的QoS功能来实现，而存储资源的分配则通过虚拟机磁盘IOPS （Input and Output Per Seconds，每秒I/O次数）和吞吐量的限速功能来实现。通过这些技术来满足SLA（Service-Level Agreement，服务等级协议），确保高优先级的虚拟机具有更良好的计算、网络和存储性能，避免虚拟机之问的“临位干扰”效应。硬件设备选择上，根据我局的实际情况与业务需求，选择两台R390X系列服务器，硬件资源包括320G内存、64核CPU。

2.2 主要技术指标

平台依附于KVM架构，是Linux内核的一部分，致力于与内核本身进行深度集成，完全可以重用Linux內核中已经完善的进程调度、内存管理、I/O管理等代码。并且可以长期享受Linux内核技术不断成熟和进步的好处，优化KVM的实现。通过虚拟资源池的建立，融合计算、网络、存储、安全资源的虚拟化，形成弹性的数据中心资源池，实现资源的自动化调度，更好地为上层应用服务。虚拟化后，虚拟机之问完全隔离，具有独立的CPU、内存、磁盘I/O、网络I/O，任何一个虚拟机发生故障，同一物理机上的其他虚拟机不受影响，且不同虚拟机问操作系统可以异构。

3 虚拟资源池的搭建

3.1 服务器的虚拟化

通过CAS虚拟化软件的使用，可以将一台物理服务器虚拟成多台虚拟服务器。本次配置R390X G2服务器，每台可虚拟6-10台虚拟机。在实际业务中，根据不同平台和系统对硬件的需求，动态按需分配硬件资源，实现对CPU数量、内存、存储容量的分配，达到集约化管理的目的。另外，通过对系统的拟化，可以实现服务器备份功能，避免了实体机备份时对硬件资源的占用和浪费，可达到随时切换备份的功能，提高我局对业务系统应急备份的保障能力。

3.2 动态资源的调度

在虚拟化环境中，一旦用户将应用整合到资源较少的物理主机上，虚拟机的资源需求往往会成为瓶颈，全部资源需求很有可能超过主机的可用资源。虚拟化平台提供的动态资源调度特性引入一个自动化机制，通过持续地平衡容量，将虚拟机迁移到有更多可用资源的主机上，确保每个虚拟机在任何节点都能及时地调用相应的资源。即便大量运行SQL Server的虚拟机，只要开启了动态资源调度功能，就不必再对CPU和内存的瓶颈进行一一监测。全自动化的资源分配和负载平衡功能，也可以显著地降低数据中心的成本与运营费用。动态资源调度功能通过心跳机制，定时监测集群内主机的CPU和内存等计算资源的利用率，并根据用户自定义的规则来判断是否需要为该主机在集群内寻找有更多可用资源的主机，以将该主机上的虚拟机迁移到另外一台具有更多合适资源的服务器上，或者将该服务器上其它的虚拟机迁移出去，从而保证某个关键虚拟机的资源需求。

3.3 分布式存储系统

CAS虚拟平台融合了计算的虚拟化和存储的虚拟化，在提供虚拟计算资源的同时，服务器上的空闲磁盘空间也被虚拟化成一个统一的存储资源池，形成可横向扩展（Scale-out）的云计算基础架构。通过vStor分布式存储系统，无需购买专用的存储以及SAN网络设备，整个数据中心架构得以扁平化，大大简化了IT运维和管理，同时降低能源消耗，实现IT环境的节能减排。

3.4 虚拟池的网络结构

虚拟资源池是运行在我局业务内网中，可通过虚拟集群服务器的硬件物理网口直接连到核心交换机接入业务内网。另外，对于虚拟池中需要双网接入的服务器，需在虚拟机上修改网络设备，进行多网卡的增加，再通过接入路由器设备进行多地址的映射与路由转发设置，实现多路由的链路访问。对于多业务平台的流量限制方面，可通过虚拟平台的虚拟交换机进行配置。可配置划分出多个VLAN，使不同链路接入互相不影响。网络拓扑结构如图2。

4 结论

虚拟化技术的引入有效的支持了我局气象科技化发展，对实现我局智慧气象建设具有重要意义。通过虚拟化资源池的建设实现了对数据中心内的计算、网络和存储等硬件资源的虚拟化管理，对上层应用提供自动化服务，对气象科技化建设奠定了坚实的基础，为提高全局服务器利用率有明显作用，弥补了老化服务器存在的安全隐患，减少硬件设施投入，具有一定的经济和科技效益。

参考文献

[1]叶可江，吴朝晖，姜晓红，何钦铭.虚拟化云计算平台的能耗管理[J]，计算机学报，2012（06）.

[2]李亚琼，宋莹，黄永兵.一种面向虚拟化云计算平台的内存优化技术[J].计算机学报，2011（04）.

[3]林闯，孔祥震，周寰.增强计算系统可信赖性：融合虚拟化和SOA[J].软件学报，2009（07）.

[4]刘文志.网络虚拟化环境下资源管理关键技术研究[D].北京邮电大学，2012.

[5]杨洪波.高性能网络虚拟化技术研究[D].上海交通大学，2012.endprint