服务器虚拟化技术在数据中心中的应用

2018-03-06刘志波

网络安全技术与应用 2018年10期

◆刘志波徐莉

服务器虚拟化技术在数据中心中的应用

◆刘志波徐莉

(武警河北总队综合信息保障中心河北 050000)

服务器虚拟化技术的不断成熟，给传统数据中的运维模式带来新的解决方案，本文对传统数据中心存在的问题进行了分析，根据数据中心的实际情况提出服务器虚拟化方案，采用VMware服务器虚拟化技术构建虚拟化平台，提高了传统数据中心资源利用率、应用程序的可用性和部署效率，降低了运维成本。

数据中心；服务器虚拟化；应用

0 前言

随着信息化建设的不断发展，武警部队支队（团）以上单位均建设了相对独立的数据中心，数据中心为应用系统、数据平台以及集成平台等提供稳定的运行环境，为部队遂行多样化任务提供了有力的信息支撑。随着业务不断拓展，信息存储量不断加大，数据中心的空间、电源、网络、数据存储以及管理等各方面的压力越来越大，而虚拟化技术的不断成熟，为解决这些问题提供了可行性途径。

1 传统数据中心存在问题

近年来，武警部队信息化水平不断提高，各种新的需求、新应用对数据中心基础设施提出更高要求，特别是随着指挥专网和基于影像地图指挥信息系统的部署应用，使数据中心面临的问题更加凸显。

（1）资源利用率低

目前，各级数据中心的数据应用系统基本上都是以单独的服务器形式运行，据调查在典型的 x86 服务器部署中，物理服务器的内存和CPU平均利用率只有10% 到 15%，特别是一些高性能服务器的利用率更低，大部分闲置的设备资源不仅没有得到充分利用，反而仍在耗费大量的资源。

（2）缺乏灵活性

各级数据中心缺乏统一的平台支持，没有自服务和自动部署能力。新的服务器上线之前要做复杂的硬件平台测试，旧服务器的升级过程中，由于系统部署时间不一，设备型号不同，使得应用系统迁移到新硬件平台时无法完美兼容，无法对新业务系统上线与旧系统迁移做出灵活快速的响应。

（3）运营成本高

随着服务器数量增多，计算环境日益复杂，机房空间紧张，使得数据中心在电源布线、服务器电力、冷却系统、运营维护等方面成本越来越高。同时，中心运维管理所需的专业能力也随之提高，且在组织服务器维护任务中需要投入更多的人员、时间和资源。

（4）可靠性差

据统计，各级数据中心现有80%以上的服务器使用年限超过6年，老服务器配置低、性能差、故障率高、配件购买困难。不同的硬件平台与操作系统使得应用环境变得复杂，业务数据备份与灾难恢复困难，管理员无法对不同的系统进行统一的数据备份，当服务器或核心业务升级时不得不停机，业务连续性得不到保障。

2 虚拟化技术

（1）虚拟化技术定义

虚拟化技术是指使用特定的程序对计算机资源进行特定的表示，是一种资源管理技术，通过虚拟化技术可以使资源合理的利用且不受物理限制的约束，实现对资源访问和管理的简化[1]。虚拟化广义理解为服务器、桌面、网络、存储、应用等虚拟化；狭义理解为虚拟机，虚拟机通过在计算机软件中引入虚拟层，屏蔽硬件平台的异构性、分布性和动态性，为每个用户或应用提供独立、隔离的计算环境或运行环境，支持硬件资源的复用和共享，同时提供硬件、软件资源的集中管理[2]。

（2）服务器虚拟化

服务器虚拟化技术是通过虚拟化软件将传统物理主机的硬件资源整合成统一的逻辑资源池，再将资源池按需分配到多个虚拟机[3]。虚拟化可以支持不同的业务应用，多个操作系统可以同时运行在同一台物理主机上，这样能够充分利用物理主机资源，从而提高服务器利用率，并减少需要管理和维护的服务器数量。当增加应用需求时，可随时创建更多虚拟机，而无需增加物理服务器，而且，利用虚拟技术，可以动态迁移正在运行的虚拟机，即可灵活地满足业务多变的需求，又同时保持服务器持续可用。

（3）服务器虚拟化平台

x86平台上的主要虚拟化产品有三种：VMware(威睿)的vSphere、Citrix(思杰)的XenServer和Microsoft(微软)的Hyper-V。

vSphere是VMware推出的一套服务器虚拟化解决方案，vSphere直接运行在服务器裸机上，是基于硬件之上的架构，可以将应用程序和操作系统从底层硬件分离出来，用同一台服务器底层硬件，划分出若干虚拟机，集中管理，很方便地做集群，负载均衡，热迁移等功能。

XenServer是Citrix推出的基于Xen Hypervisor之上的一种全面而易于管理的服务器虚拟化平台，可在同一界面管理多台的XenServer服务器，能够高效管理Windows和Linux虚拟服务器，可提供经济高效的服务器整合和业务连续性。

Hyper-V是微软提出的一种系统管理程序虚拟化技术，采用类似Vmware和Citrix开源Xen一样的基于Hypervisor 的技术，能够实现桌面虚拟化。可以为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。

3 数据中心服务器虚拟化实施

3.1 服务器虚拟化实施规划

本文根据单位数据中心的实际情况，通过VMware vSphere构建服务器虚拟化平台，对现有物理资源和系统资源作统筹调整，利用3台联想RD680服务器作为虚拟化硬件平台，用以创建虚拟机。用一台惠普DL380服务器安装vCenter Server软件作为管理服务器，用于管理多台VMware 服务器和虚拟机以及进行资源调配。用1台联想SureSAS112磁盘阵列作为存储。

联想RD680的主要配置为：处理器为4颗六核INTEL至强E7-4800CPU，主频1.86GHz，内存为128GB（16x8GB），4个千兆网卡，2个HBA卡。每个业务服务器（虚拟机）配置2个CPU，8G内存。以R680服务器最大CPU使用率90%，最大内存使用率80%，计算资源规划：

R680-CPU（40176MHz）×3=服务器总CPU资源量（120528 MHz）≥30台虚拟服务器CPU占用量（111600MHz）

R680-内存（104657MB/102GB）×3=服务器总内存资源量（313971 MHz/306GB）≥30台虚拟服务器CPU占用量（245760MB/240GB）

因此，3台R680服务器硬件资源虚拟化后可以支持推送30台虚拟服务器。

3.2 服务器虚拟化实施步骤

（1）物理设备安装及部署。主要是完成RD680服务器、管理服务器、客户机、交换机、磁盘阵列等硬件设备安装及网络连接，要实现磁盘阵列对物理服务器主机硬盘空间的一一映射，且各服务器主机能够实现多台虚拟服务器资源的平等共享。网络连接要实现网络流量均衡以及网络线路备份等功能。

（2）虚拟化软件平台构建。在服务器硬件上安装虚拟化软件，即在联想RD680服务器上安装VMware ESXi，将计算机的物理资源转化为逻辑资源，并在上面创建相应数量的虚拟机；在惠普DL380服务器上安装配置VMware vCenter Server软件作为管理服务器；在工作机房Pc机上安装VMware vSphere Client软件，通过客户端登录vCenter server服务器，完成数据中心、数据群集的创建以及对 VMware HA（高可用性）及 VMware DRS（分布式资源调度）等相关功能参数设置，实现对物理机和虚拟机的相关管理控制。

（3）系统迁移

系统迁移工具可使用VMware vCenter Converter软件，它可以实现物理机到虚拟机、及虚拟机到虚拟机之间的转换。通过迁移工具将物理服务器迁移到虚拟架构上的资源池中，实现从物理服务器到虚拟服务器的迁移过程。

具体迁移方法有两种，一种热迁移，即物理服务器在不停机的情况下把应用数据从物理服务器转换到虚拟服务器，然后纳入虚拟化平台的管理；另外一种是冷迁移，在物理服务器停止后，使用P2V软件方式将整台物理服务器转换为虚拟服务器，并由虚拟化平台统一管理。

冷迁移与热迁移不同的地方,一是会迁移整个系统环境，二是需要关闭物理服务器，然后通P2V软件重新引导源计算机。通过冷克隆，可以创建最一致的源计算机副本，因为在转换期间源计算机上不会发生任何更改，不留任何痕迹，且迁移后虚拟服务器数据与源服务器数据最为一致，因此在条件允许的情况下，推荐使用冷迁移方法进行系统迁移。

3.3 实施注意事项

（1）合理规划资源。规划中不要使用主机的所有CPU或内存资源，要预留一些可用资源。应用必须是多线程的，才能受益于多个vCPU,在开始创建VM时建议先配置一个vCPU，使用尽可能少的vCPU。vCPU的数量不要超过主机上物理CPU核心（或超线程）的数量。要实现虚拟机内存性能最优化，关键是在物理RAM中保留虚拟机的活动内存，应避免过量分配活动内存。应用要求应作为向虚拟机分配资源的主要指标。

（2）统一平台配置。无论选择了哪个硬件平台，都应设计一致的平台配置，特别是在虚拟化集群中。一致性包括CPU类型、内存容量和内存插槽分配、网卡和主机总线适配器类型，以及PCI插槽分配。同时，为避免管理连接问题，应向每个计算主机分配静态IP地址和主机名。为便于管理，应为DNS配置每个计算主机的主机名和IP地址。

（3）做好安全防护。要像保护物理机一样保护虚拟机的安全，要确保为虚拟基础架构中的每个虚拟机启用了病毒防治软件、入侵检测和防火墙。确保及时更新所有的安全保护措施，应用合适的最新补丁，要将虚拟机软件和应用保持在最新状态。同时，要确保数据中心有足够的电源和散热容量以避免服务中断。