基于虚拟化架构的智慧数据中心应用

文/徐金生

1 引言

高速更新迭代的信息技术，推动着虚拟化技术不断延伸到各种领域的实际应用场景中，尤其在提供网络服务的数据中心环境中更是广泛应用。无论在规模庞大的企业、高校、科研单位，还是在中小型网络环境的公司、实验室、中小学，虚拟化数据中心都在稳定地运行着，或作为第一选项正在准备中，已然成为当前主流的数据中心架构模式。虚拟化数据中心不但解决了传统物理架构数据中心带来的各种问题，更是跨越性地开创一个全新的工作思路和模式，创造了智慧性的管理价值。相关领域内的专家学者都对虚拟化的理念、思想、技术、应用等做了深入而全面的研究，文章从实际的案例研究出发，在已有的研究成果基础上，提炼出客观、真实的应用实效，并以此来证实智慧校园中虚拟化数据中心的实际价值。

2 虚拟化数据中心的智慧性

某中等专业学校在智慧校园建设工作中，通过引入虚拟化技术服务，对学校的数据中心进行了全新的改造。在对传统的基于物理服务器架构的数据中心进行资源整合时，学校选择7台（4台Dell R730应用服务器和3台Dell Storage PS4210存储服务器）性能优越的设备部署虚拟化环境，现已经完全实现了虚拟化数据中心的架构方案，且实际运行状况一直达到了预期效果。相比较于传统的物理架构模式而言，虚拟化环境下的数据中心管理在实际应用中不断展示出优越的智慧性。

2.1 硬件建设

提到数据中心，给人的第一感觉就是有很多的硬件设备堆积在一排排的机柜中，且随着应用需求而持续不断地增加。硬件设备的持续堆叠、物理空间的有限使用、资金预算的重重困难，使得虚拟化技术在数据中心建设中成为首选解决方案。

如表1所示，该中等专业学校的数据中心硬件建设数据表客观、真实地展示出虚拟化数据中心在硬件建设方面的绝对优越性。

2.2 资源性能

如图1所示，传统物理架构的数据中心完全依赖于相互独立的硬件设备，且各设备的硬件资源始终都是独享的“专款专用”模式。这种架构模式的数据中心一直都存在着不可解决的几个主要问题，如稳定性无法得到保障，硬件资源无法共享使用，不具备弹性扩展能力。

虚拟化架构的数据中心通过虚拟化系统软件将服务器的CPU、内存、磁盘、I/O等硬件资源虚拟化成抽象的、可动态管理的逻辑资源，以软件定义的方式重组成一个可弹性扩展、灵活调配、互通共享的资源池，使得上层的系统软件、应用程序独立于底层的硬件设备。在这个逻辑资源池中的各种硬件资源，可以被灵活、及时地分配给所有不同需求级别的业务系统，彻底消除传统模式下资源闲置浪费或紧缺不够用的现象。虚拟化技术本身的DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式资源调度）、HA（High Availability，高可用性）、vMotion（实时迁移或热迁移）、FT（Fault tolerance，容错）等成熟的技术也让虚拟化数据中心可以安全、稳定、高效地提供计算和存储服务。

2.3 维护管理

传统物理架构的数据中心由于存在设备型号不同、管理界面多样、操作方式不同、网络结构复杂等问题，在系统出现故障时，管理员需要经过很长时间复杂的配置、调试，在不同设备之间来回切换，管理工作低效、不安全。虚拟化数据中心基于SaaS（Softwareas-a-Service，软件即服务）模式，完全依托统一的管理中心如VMware的vCenter server、Hyper-V的SCVMM实现网络的、智慧的、高效的维护管理工作。无论是资源调配、系统新增，还是安全防护、数据备份，甚至是实时监控，管理员都可以以更加智慧性的方式在一个WEB界面完成所有操作，这种操作不仅可以在远离数据中心的办公室里完成，还可以在舒适宽松的家庭里完成，甚至还可以在旅途中、高铁上、咖啡馆等环境中完成。

2.4 绿色环保

虚拟化架构的数据中心在绿色环保方面也有着不可获取的优越性，尤其在电能源消耗、噪音污染、辐射污染等方面更是会有着显著的措施和成效。

如表2所示，虚拟化数据中心在大幅度缩硬件设备数量的同时也大幅度地降低了设备用电量。除了电能源的节约，噪音、热量、辐射等污染的有效控制也是虚拟化数据中心的又一成效。在经过对实际运行的噪音测试，16台物理服务器及其他网络设备在23℃环境下工作时的噪声已经超过65dB(A)，管理人员在此空间中已经无法正常清楚地进行交流，且已经远超过GB50118-2010 民用建筑隔声设计规范中关于学校建筑中教学用房内的噪声级相关标准。除了噪声之外，还有服务器工作时排放出的热量、辐射等污染物，在不同的季节里，降低热量所需要的制冷系统也需要持续工作。但这些排放的染污在虚拟化架构的服务器环境中，却因为设备数量的大幅度减少而得到有效的降低，以噪声为例，7台服务器工作时的噪声经过设备检测，仅有不到45dB(A)，这已经达到了使人感受听力舒服的级别。

3 虚拟化数据中心的应用瓶颈与未来发展方向

从传统的物理架构到当前的虚拟化架构，数据中心的架构模式得到全新的改变，运行质量得到跨越式的提升，运行成本持续大幅度下降，智慧性在实际应用中得到充分的展示和高度的认可。随着云计算、云存储、区块链、分布式、SDN（Soft Defined Network，软件定义网络）等新技术的不断应用，刚刚占领主流应用市场的虚拟化数据中心在其实际应用中也开始显现出一些应用瓶颈。

表1：某中等专业学校数据中心硬件建设数据表（部分）

表2：某中等专业学校服务器用电量数据表

虚拟化数据中心的数据存储采用基于SAN（Storage Area Network，存储区域网络）集中化存储架构，计算与存储分离的模式使得不断指数级增长的数据访问对存储的I/O（input/output，输入/输出）能力有着更高的要求，即使有多台存储以集群模式提供访问，但存储之间的数据迁移、数据的备份和去重、以及存储资源池的共享等应用需求却得不到更好的解决。

随 着SDN和NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）技术发展和应用，网络功能的可扩展性和网络配置的灵活性得到了极大的增强，现有网络的封闭僵化结构被打破。然后在虚拟化数据中心架构模式中，以软件形式实现的VNF（Virtualized Network Function，虚拟网络功能）已经无法满足高速率和低延时需求场景的应用需求。采用基于硬件加速机制，将数据处理任务化解到各类加速硬件中，采用软硬件协同工作的方式提升VNF的数据处理性能。这在研究和提升虚拟化数据中心的网络应用方面有着十分重要的研究意义和应用价值。

当前的数据中心已经从软件和硬件强关联的传统物理架构模式过渡到软件和硬件解耦的虚拟化架构模式，并开始朝着计算、网络、存储与软件全面融合的超融合架构（Hyper-Converged Infrastructure，HCI）模式方向发展。在技术的不断发展突破中，虚拟化架构模式中的应用瓶颈将会逐渐得到解决，但随之而来的将是新一代数据中心架构模式的革新。基于软件定义、分级存储、去重、实时数据压缩等技术的应用，超融合架构采用分布式存储、软件定义网络、去中心架构等关键技术，将会是第三代数据中心架构模式的发展和研究方向。

4 结束语

图1：物理架构与虚拟化架构的结构图

文章从实际应用出发，分析实际案例和真实数据，总结了当前主流的虚拟化数据中心在运行和维护中带来的智慧性，也进一步表明在智慧校园建设中虚拟化数据中心方案的科学性、实用性，虚拟化架构的智慧数据中心将继续保持主流趋势。技术应用在不断增长的业务需求面前总会显示出一些瓶颈和限制，而解决这些瓶颈和限制的新技术总是层出不穷，虚拟化数据中心的应用瓶颈在得到有效解决的同时，也必然会跨入一个全新的超融合架构模式中。