虚拟化平台与存储系统结合在地震台网中的部署和应用

王 卓，张美玲，康 健，方 瑶，贾 军，郝永梅

（黑龙江省地震局，黑龙江 哈尔滨 150090）

0 引言

传统不使用虚拟化技术的服务器中，每台服务器仅能同时运行一套操作系统。在2007年建设完成的“十五”数字地震项目中，几乎每个应用服务均占用一台独立的物理服务器。地震台网使用的许多应用服务如测震的参数同步服务、EQIM(速报信息共享服务系统)服务和信息网络的NTP(Network Time Protocol，网络授时协议)服务、DNS（Domain Name System，域名系统）服务等仅需占用很少的服务器资源，而目前单机计算机的处理能力越来越强，一台常见的传统机架式服务器配置的一颗至强CPU（Central Processing Unit，中央处理器）至少也要拥有四到六个核心以上，在一台服务器中仅部署一项服务严重浪费服务器资源。如果将多个部署环境相似的应用服务合并同时部署在一台服务器中，又会存在相互干扰的隐患，且正常情况下一套操作系统无法通过多个终端进行操作。

虚拟化技术将服务器的CPU、存储空间、网络等各种实体资源予以分割和隔离，实现在一台物理服务器中同时运行多个操作系统，每个操作系统运行在一个虚拟服务器中，使用虚拟出来的CPU和存储空间运行，大大增强了服务器资源的使用率。但多套虚拟机共用一台宿主机的物理资源，无疑对宿主服务器的安全性提出了更高的要求。仅仅使用宿主服务器的raid（Redundant Arrays of Independent Disks，磁盘阵列）硬盘组存储数据，安全性并不够高。因此在实际应用中为了提高系统的数据安全性，在宿主机服务器上挂载存储系统，为虚拟服务器分配存储系统磁盘空间。

1 虚拟化平台的部署和应用

目前黑龙江省地震台网的测震与信息网络业务已充分使用服务器虚拟化技术，在裸机服务器中安装ESXI虚拟化平台。安装ESXI虚拟化平台的操作与安装其它操作系统类似，使用ESXI的引导光盘进行安装，或者制作可引导的U盘通过镜像安装。安装过程中需要设置虚拟化平台的登录密码和IP地址，在成功入网后，使用VMware vSphere Client虚拟化客户端进行管理和维护。创建虚拟机时需要在宿主机上划拨物理资源，选择对应的操作系统类型，并通过镜像安装或映射光驱的使用光盘的方式为虚拟机安装操作系统。

虚拟化客户端中可见宿主和虚拟化服务器的配置及资源使用情况，多台安装ESXI平台系统的宿主服务器可以组建群集来增加管理上的灵活性，如图1所示，3台宿主机组建群集，共计建立了20余台测震业务和信息业务的虚拟服务器。如果群集中的一台宿主机资源占用过高，可以将高负载宿主机中的一些虚拟服务器完好无损地迁移到群集中其它负载低的宿主机中，维护上更易于分配和调整各宿主机的资源使用率。除了易于维护外，当群集中配备了冗余服务器时还可设置故障主机自动转移功能，快速恢复中断的服务，避免虚拟服务器长时间停机。

图1 虚拟化群集与虚拟机应用Fig.1 The virtualization cluster and the application of virtual machine

虚拟机在关闭的状态下可以调整所划拨的资源，在使用中随着应用软件的升级或部署环境变化等动态调整资源量，做到资源物尽其用。如图2所示，日志服务器资源需求量非常低，因此只分配了非常低的资源。CPU的资源分配是以CPU内核数量为单位的，只使用1个内核的虚拟服务器大大节省了系统资源。在运行过程中若虚拟服务器的资源占用过高，如CPU使用率过高、磁盘存储空间将满等，虚拟化平台会触发警报通知维护人员及时检查系统运行情况，通过增加过调配资源使虚拟化系统保持健康的状态运行。

图2 虚拟机硬件资源配置Fig.2 The hardware resource configuration of virtual machine

在使用虚拟机的过程中，可能需要用到光盘或USB存储介质，例如有些软件正常运行需要在USB端口中插入加密锁，此时可以将宿主服务器USB接口映射到虚拟服务器中使用。本地或虚拟化平台中存储的光盘镜像也可以直接挂载到虚拟服务器的光驱。

服务器的虚拟化技术不仅节省了物理服务器的资源，虚拟机的维护相较于物理机也更加便捷。虚拟化平台具备快照功能，可以将整个虚拟机的操作系统、内存和其它数据打包创建成某一个时间点的快照而只占用很少的空间。在每一个重要的维护点为配置好的应用服务虚拟机创建不同时间节点的快照可以最大程度地保证应用服务的可用性，同时快照功能非常适用于开发或需要频繁调试和配置的应用程序及操作系统。

2 存储系统与虚拟化平台的组合应用

黑龙江省地震台网使用一台华为S5500T存储系统，应用方式为IPSAN，以万兆光纤接入核心层网络。存储按照不同硬盘框和不同硬盘的规格划分仓储池，其中SAS盘划分为快盘池，主要用于为网站、OA、测震流服务器、数据库等应用程序提供快速储存磁盘空间，SATA盘划分为低速仓储池，主要为工作站等提供大容量数据存储空间，如储存每日地震波型和归档数据、为FTP用户提供存储空间等。

图3 存储系统硬盘使用情况Fig.3 The usage on the HD of storage system

存储系统在仓储池中为每个应用主机划分出不同的LUN（Logical Unit Number，逻辑单元号），应用存储的主机通过iSCSI( Internet Small Computer System Interface，互联网小型计算机系统接口)发起程序与存储系统沟通，存储系统通过主机的iqn标识识别和区分不同的主机，手动将主机绑定到存储系统中创建的用户，再将LUN与用户之间设置映射关系，从而实现磁盘空间的分配。主机端相当于多了一块新添加的硬盘，可为其分配磁盘卷号和格式化处理。

存储系统的每个仓储池做raid5的同时各预留了一块全局热备硬盘。全局热备盘会临时自动顶替存储中任意损坏的硬盘，使raid在日常使用中更加安全可靠。存储系统配备了双主控，通过双万兆光纤接入网络，拥有两个存储数据接口，在主机中运行iSCSI发起程序时可以分别输入两个存储数据接口的地址，在完成主机与LUN之间的映射关系后，主机中可以发现两个一模一样的新磁盘空间。此时可在主机中安装存储系统的驱动管理软件，软件会在主机中自动识别同一存储的iSCSI磁盘，将相同的磁盘合并为一项。当存储系统的一个主控损坏或故障时不影响存储空间的正常使用，为服务器的数据安全提供可靠的保证。存储系统还具备动态负载均衡的功能，双主控会自动分配任务，提高存储系统的整体性能。

ESXI虚拟化平台的挂载存储与一般主机类似，使用存储适配器中的iSCSI启动器与IPSAN存储进行关联。关联后的宿主机会多出一项存储设备，可基于存储系统磁盘为虚拟机创建新的虚拟硬盘。如图4所示，该虚拟化宿主机除了配备了923.5GB的本地磁盘外，还挂载了华为存储的2TB快盘与8TB的低速盘，按需为各虚拟机提供数据存储空间。在配备宿主服务器时只需要配备少量的硬盘安装虚拟化平台即可，其它全部数据均存放在存储系统中。

图4 虚拟化宿主机挂载存储系统Fig.4 The mount storage system of virtual hosting

3 讨论

由于具备优秀的易维护性和硬件资源最大化利用的优势，虚拟化结合存储系统目前已成为支撑黑龙江省地震台网技术系统重要的一项技术，多项重要的业务应用均部署在虚拟化平台上，结合存储系统所带来的数据安全方面的提升也尤为重要。整套系统容错率很高，在硬件出现故障时数据可以得到很好的保护，更换故障硬件后可以快速恢复业务运行。

虚拟化技术不仅仅为节约硬件资源而生，如果由高性能刀片服务器与配备了SSD（Solid State Drives，固态硬盘）的高端存储组建虚拟化平台，服务器仅提供高速计算功能，存储系统除提供应用数据储存外，还可由SSD为服务器提供高速缓存空间，虚拟化平台的性能将得到极大的提升。