服务器虚拟化在高职院校数据中心的应用研究

朱正国

(安徽城市管理职业学院，安徽 合肥 231202)

0 引 言

随着互联网+时代的到来和云计算产业的不断发展，以及各行业信息化建设的推动，随之相关的业务数量呈爆发式增长.目前很多高职院校数据中心机房还都是传统的数据中心建设方案，从硬件设施、数据中心负载、应用部署管理、故障维护以及数据安全备份等都是通过人工静态的方式来进行，整个IT架构扩展性相对较差，各项业务系统无法交换和互通，形成信息孤岛，面对不断扩展的应用，传统的数据中心和管理方式面临着诸多问题.

云计算和虚拟化技术的引入，能很好地用来改造和完善数据中心机房建设，来形成以云计算、虚拟化为主体的基础支撑平台，将数字化校园信息平台、电子政务平台、教务、学工管理等系统整体迁移至平台中，加快新业务上线周期，形成灵活的自我修复、管理体系，达成敏捷响应交付的能力，形成敏捷的资源体系.

1 高职院校数据中心现状及不足的分析

目前很多高职院校数据中心机房都还是原来传统的建设框架，从硬件设施、应用部署、故障维护以及数据安全备份等方面都是通过人工静态方式进行.机房设备大都采用双机Cluster模式构建，基本没有设备冗余，且很多设备陈旧面临更新换代，新的业务系统又需要重走招标采购流程，负责度高.整个IT架构扩展性相对较差，各业务系统之间相互脱节形成一个个信息孤岛，无法与其他业务系统进行数据交换.面对用户不断提高的应用需求，传统的数据中心无论是系统建设还是运维管理都面临着诸多问题.主要表现在以下几个方面：

1.1 服务器资源利用率低，不均衡

学校业务系统繁多，如网站系统，办公系统、教务系统，学工管理系统等几十项业务系统，需要大量的服务器等基础硬件设备.不同业务系统耗掉的硬件资源却不一样，例如数据库服务对磁盘要求比较高，FTP对容量要求比较高，计算型业务对CPU和内存空间要求比较高，部署不好会致使各种数据资源使用不均衡[2].另外，由于各项业务系统面对的对象不同，使用频率相差很大，诸如办公系统，在工作时间常常满负荷运行，下班后却使用很少；到了招生季，网站系统会爆发大批量的访问，如系统并发处理能力不够，极易造成服务中断，后果非常严重，甚至会影响学校的生命线.很多业务系统都在相应的周期内存在访问高峰，而其他很多时间却常常在空闲的状态，导致数据中心很多服务器硬件资源使用率仅在15%～30%左右.

此外，很多高校数据中心为了保证核心重要数据的安全，常常采用双机热备，这样虽然保障了数据的安全可靠，却造成备机资源的巨大浪费，硬件资源没有得到完全利用，服务器硬件资源使用效率不高.

1.2 管理维护困难，兼容性冲突

网站、教务、学工、后勤管理等业务系统都存放在相互独立的几十台硬件服务器上，只要任何一台服务器有故障，存放在该服务器上的业务就会中断，频发的单点故障让后期维护起来非常困难[3].另外重要的业务系统都安装在一台服务器上，各服务器相互之间都是独立的，随着数字化校园建设的需要，数据中心的硬件服务器越来越多，这又会造成服务器的资源碎片化分散，不能集中管理，后期的升级和维护的难度也非常大[4].出于硬件成本的考虑，数据中心管理者常常会将多个非核心应用安装在一台硬件服务器上.因为业务性质的不同，很多业务系统会由于品牌和软件版本的不一样，造成兼容性存在很多问题，使得业务系统不稳定

表1 某高职院校的服务器及运行系统分布

1.3 硬件设备老化，硬件维护需中断业务

由于高职院校前期投入不足等原因，服务器等硬件设备随着使用年限的不断增长老化严重，由于业务系统的不断更新，很多服务器已不能很好地满足学校现有业务系统的正常运行，常常造成设备的宕机，业务中断.由于是物理服务器的独立运行，硬件设备的升级和维护都需要关闭该物理服务器，自然造成该业务的中断.如果是在重要时间节点上，核心业务的硬件服务器的故障维护造成用户访问的中断带来的影响将是无法挽回的，诸如学校主网站，招生数据系统等.

1.4 新应用部署周期长，临时环境搭建耗时耗力

伴随着学校信息化发展步伐的不断加快，学校会增加很多新的业务系统诸如贫困生档案管理、教学资源库、专家资源库等系统，而且这些业务系统的安装调试往往时间非常紧，需要在有限的时间内完成系统上线.而这些按照原来传统的方式都需要部署新的硬件服务器，随着省财政对硬件设备采购招标的硬性要求，采购周期将会非常长，再加上业务软件的安装，整个业务系统完成时间将会非常长.

由于高职院校的自身特点和教师的一些个性化需求，需要搭建一些临时应用环境，如要搭建一教科研数据平台，数据中心不但要给其提供相应的硬件设备，还需要给其安装好相应的操作系统及软件环境，除此之外，环境搭建好后，后续的维护管理也需要数据中心来承担，将会耗费大量人力资源.

综上所述，当前，如何提高服务器硬件资源的均衡性、兼容性、业务连续性、可扩展性资源使用效率，是各高校数据中心建设中面临的一个重大课题，而服务器虚拟化技术的出现，正是解决这个问题的重要途径.

2 服务器虚拟化在数据中心上的优势分析

2.1 数据中心更规范、更敏捷

服务器虚拟化技术能重构机房基础环境，重新规划了网络和服务器环境，改变原有杂乱无序的局面，使数据中心管理更加规范[5].综合现有业务系统的现状及信息化发展的需求，采用虚拟化架构建设，形成以资源形式对外提供服务，加快业务部署上线，使得各项业务更敏捷.这也符合安徽省高等院校信息化建设和发展的整体需求，能很好地为高校智慧校园建设打下良好的硬件基础.

2.2 业务更连续、更可靠，数据更安全

通过基础平台虚拟化、高可用、负载均衡、动态资源调度、故障自动重启、USB资源池化等技术手段，能很好地解决软硬件问题，实现学校各项业务应用更连续、更可靠.通过双活共享存储模式，改变原有数据单机存储的局限，既实现了数据的统一存储，方便了管理，还能对核心业务数据进行备份，使得数据更安全.

2.3 构建了统一的运维、监控管理平台

通过虚拟化的运维、监控模块，填补了学院数据中心目前没有的监控管理，实现整体监控、提前预警、提前防护.同时利用虚拟化资源管理，从宏观维度统一管理整体数据中心，从硬件平台(服务器、网络、存储)、软件平台(应用)多维度实现资源的统计、管理、分析.

2.4 合理利旧、降低投资、提高资源利用率

通过虚拟化能有效地整合诸如CPU和内存等物理硬件资源，提高硬件资源使用效率，有效地减少服务器等硬件设备的采购[6]，并且从数据中心空间成本、电力成本、管理人员成本、集成服务等多个方面整体降低了中心的运营成本，也降低了投资.另外从学校长期投入规划来看，采用了利旧服务器存储的方式构建虚拟化平台以后，能合理保护原有投资，降低办学成本.

3 虚拟化在数据中心机房的应用

3.1 重构机房基础设施、构建虚拟化平台

全面整改原有业务平台的网络环境，实现内外网网络分开隔离摆放，网络与服务器、存储区域隔离摆放，解决机房原有问题.正如上面所分析的，虚拟化的优势就是可以通过整合有限数量的服务器，来达到既可降低投入，更能方便后期的管理维护[7].以安徽合肥一高职院校安徽城市管理职业学院为例，由于学校前期信息化建设经费投入有限，数据中心的硬件资源不足，需要扩容原有4台两路曙光R620服务器来构建虚拟化平台，实现资源的二次逻辑整合，达到各业务系统的按需分配、高可用，能实现资源的动态平衡.经过扩容改造以后资源仍然存在缺口，因此我们建议再扩容2台4路服务器作为计算资源来使用，满足未来2年的应用扩容需求(见图1).

图1 某高职院校虚拟化架构数据中心物理架构图

3.2 新增安全保障体系

利用虚拟化内自带的动态资源调整，将应用与底层硬件资源平台解绑，实现应用的按需分配，提高应用的稳定性.利用虚拟化内自带的高可用、负载均衡等功能，强化应用的自我修复能力、高并发情况下的业务自我处理能力，不仅仅提高了应用的安全性，同时也提高了对外服务能力.

将门户网站、电子政务OA、教务系统等统一迁移至虚拟化平台，解决原有单机故障的风险，提高了应用的连续性和安全性.

3.3 建立统一运维监管平台

利用虚拟化自带的管理平台，提供B/S、C/S两种访问架构，无需进入机房即可实现所有虚拟化平台的管理工作；利用虚拟化自带的监控、运维、管理模块，实现虚拟化平台的统一监管、预警服务，强化监控管理；利用虚拟化自带的资产统计平台，有效管理平台内所有服务器、存储、虚拟机、应用，简化机房运维管理工作，提高运维效率.(见图2)

图2 统一运维监管平台截图(Vsphere client)

3.4 构建数据备份体系

利用虚拟化的快照、克隆、管理平台自动化备份等功能，强化平台安全性.

新增备份一体机，实现整个平台内包含：业务数据、虚拟化系统、虚拟化平台、业务平台、存储平台的所有数据备份，同时为将来做异地数据备份打下基础

4 下一步规划和研究方向

随着高职院校的不断扩招和新时期信息化建设的发展需要，现有的双活数据中心弊端也越发突出，面对不断变化的应用环境和日益增长的业务需求，为了保证学校各重要业务系统的持续性，后期需要建立多个异地数据中心来实现业务的容灾[8].所以“两地三中心”是我们将要努力的方向，就是结合学校现有主机房数据中心，再新建一个异地机房，在这样工作模式下，既可以为为主数据中心提供热备和数据迁移，还可以实现数据的相互托管服务，更有让业务系统数据同时在两个数据中心运营，不会因一个数据中心系统出问题，而影响各项业务系统的应用.既不会造成资源闲置浪费，同时通过资源整合，数据中心的处理能力得到了极大的增强.

参考文献：

[1]杨厚云.服务器虚拟化技术在数据中心的应用[J].计算机光盘软件与应用，2014(1)：305.

[2]王陆.基于云计算环境的教学系统资源的高可用性的研究与实现[D].中南大学，2013.

[3]程聪，陈爱清.虚拟服务器技术在高职院校数据中心的应用[J].北京工业职业技术学院学报，2013(3)：31-33.

[4]李凌.云计算服务中数据安全的若干问题研究[D].中国科学技术大学，2013.

[5]颜亮，曾令菊.服务器虚拟化在高校数字化校园建设中的应用研究[J].桂林航天工业学院学报，2014(2)：99-103.

[6]杨戈.虚拟化技术在校园数字化建设应用研究[D].湖南大学，2014.

[7]陶松岚.云计算技术在高校实验教学中的应用研究[J].数字技术与应用，2013(10)：109.

[8]李海华.基于桌面云的高校实验教学调度管理系统设计与实现[D].华南农业大学，2016.