服务器虚拟化资源池效益评估指标和方法

徐亮亮

（内蒙古自治区气象信息中心 内蒙古自治区呼和浩特市 010010）

1 引言

服务器虚拟化技术可以将计算、存储与网络资源集中，构成可以动态分配的资源池。气象行业大量业务系统建设过程中，广泛应用了服务器虚拟化技术，显著提高了数据中心的资源服务能力，同时避免了资源浪费。

随着服务器虚拟化资源池规模不断增加，气象数据中心缺少科学评估分析技术与方法的问题逐步突出：如资源池运行产生了哪些效益；哪些方面体现了集约化；资源申请响应时效如何；系统运行是否可靠，数据是否安全等。

2 资源池建设情况

2012年开始，内蒙古气象局分别采用XenServer 和OpenStack技术建设了服务器虚拟化资源池。通过持续建设，自治区气象局资源池规模达到39 台物理服务器、2 套存储系统，可提供6000 余vCPU 核、8TB 内存、185TB 本地存储的基础设施资源服务，累计为全区气象部门17 个单位分配250 余台虚拟服务器，承载全区气象部门内80%的业务系统集约入池运行。

2.1 XenServer资源池总体设计

XenServer 资源池包含2 组逻辑池，每组逻辑池采用6 台计算节点、1 套存储整列、2 台业务网交换机和2 台存储SAN 交换机的物理设计，达到基础资源池高可用、高性能、高可靠的技术要求。硬件部署架构如图1 所示。

资源池从管理模块，服务器池及存储池模块三个层次进行整体功能架构设计。

（1）资源池管理模块，通过XenCenter 软件为用户提供对底层资源的日常维护、监控、管理功能，包括宿主机、VM 虚拟机、共享存储卷、ISO 镜像池等，并支持对VM 虚拟机进行具体管理，例如在线迁移、开机、关机、挂起、添加、删除等操作。同时支持实时监控资源池宿主机、虚拟机等底层资源状态。XenCenter 管理平台功能如图2 所示。

（2）服务器资源池模块，由多台CPU 型号、指令集一致的物理服务器组成，通过服务器虚拟化技术，将高性能物理服务器的硬件资源虚拟化，形成服务器资源池，为虚拟机运行提供所需计算资源。

（3）存储资源池模块，采用VNX5300 存储阵列构建存储资源池，为服务器资源池提供共享存储，共享存储是服务器资源池具备的服务器集群、高可用、实时在线迁移、负载均衡、多链路等功能的基础保障。存储资源池用于承载关键业务和核心业务数据及系统镜像。

2.2 OpenStack资源池总体设计

OpenStack 资源池采用15 台计算节点、9 台存储节点、3 台控制网络节点、1 个监控节点、3 台万兆交换机和3 台千兆交换机的物理设计，达到基础资源池高可用、高性能、高可靠的技术要求。硬件部署架构如图3 所示。

计算节点提供计算服务和性能型存储（SSD 存储）服务，用于运行客户创建的云主机（虚拟机），同时提供高性能云硬盘的存储空间。存储节点提供容量型存储（SATA 存储）服务，用于提供容量型存储资源，具备很高的性价比。控制网络节点提供云平台所需的网络资源，包括基础网络、私有网络、虚拟路由器、负载均衡，以及其他网络功能。监控节点负责监视各种网络参数，包括CPU负荷、内存使用、磁盘使用、网络状况、端口监视、日志监视等，保证服务器系统安全运营，提供灵活的通知机制让系统管理员快速定位解决存在的问题。

资源池从物理资源层、资源管理层、组件接口层、能力提供层、门户展示层五个层次进行整体功能架构设计。功能架构设计如图4所示。

（1）物理资源池层，配置符合云计算平台功能需求的硬件和网络架构，包括服务器、交换机、存储、机柜等物理资源，为上层提供物理资源支撑。

（2）资源管理层，在虚拟化技术的技术上，实现了对计算资源、存储资源和网络资源的基本管理功能。

（3）组件接口层，由不同功能套件所构成，包括计算套件Nova、块储存套件Cinder、网络套件neutron、身份识别套件Keystone、镜像文件管理套件Glance、提供管理接口的仪表板套件Horizon，通过封装其服务为上层应用逻辑提供调用接口，组件相互之间通过消息队列进行通信。

（4）能力提供层，提供能力封装和抽象，与底层技术堆栈之间松耦合，对上提供统一抽象的开发接口，支撑PaaS、SaaS 平滑的向应用平台过渡。

（5）门户展示层，提供统一平台入口，用户进入后可以直接根据角色的定义，获取不同的平台功能，简化登录流程，使管理更加快捷。

3 效益评估方法

本文采用量化指标计算与定性价值体现相结合的综合评估指标设计思路，建立服务器虚拟化资源池效益评估指标体系。如图5 所示。

3.1 定量评估指标

定量评估指标包括集约化比、场地环境、用电成本和资源就绪时间等4 组可量化计算的评估指标。

3.1.1 集约化

集约化比指资源池物理服务器数量与最多可承载虚拟服务器数量的比值。内蒙古气象局服务器虚拟化资源池物理服务器数量为39 台，可承载运行8C:16G 规格虚拟服务器约500 台。资源池的集约化比为39/(500)约1:13。

图1：XenServer 资源池硬件部署架构图

图2：XenCenter 管理平台功能图

3.1.2 场地环境

场地环境指资源池实际占用机柜数量与最多可承载虚机全部转换为物理机时所需机柜数量的关系。考虑整体散热，挪动空间，电力供应，上下走线空间，交换机、防火墙、显示器设备空间等因素，42U 标准机柜至多可放16 台2U 服务器或8 台4U 服务器。资源池实际占用机柜数量为6 个；资源池满载运行500 台服务器所需机柜数量约为31-62 个。因此，采用服务器虚拟化技术至少节省80%以上的机房场地空间。

3.1.3 用电成本

用电成本指采用服务器虚拟化技术每年度节约的用电量折算为用电成本。

Nvm 表示资源池当前运行虚拟服务器的数量，取值250 台；Npm 表示资源池物理服务器的数量，取值39 台；Cpower 表示每台服务器正常运行时的功率，取值常量0.4kwh；Thour 表示每年的小时数，取常量365*24，即8760；Price 表示每度电量的单价，取值0.5元。

根据上式，资源池平均每年可节约用电量为（250-39）0.4*8760约74 万度，节约用电成本约37 万元。

图3：OpenStack 资源池硬件部署架构图

图4：OpenStack 资源池功能架构设计图

图5：效益评估指标组成

3.1.4 就绪时间

资源继续时间指采用虚拟化技术能够快速响应用户对计算、存储、网络资源的需求。当业务系统满足集约入池环境条件时，系统运行所需的计算、存储、网络资源可在1 小时之内交付用户，避免了传统业务上线包括设备选型、询价、采购、验货、部署、实施等一系列繁杂流程。

3.2 定性评估指标

定性价值体现评估指标包括：弹性分配、高可用性、数据安全和简化运维等4 组定性价值体现评估指标。

3.2.1 弹性分配

资源池支持缩减冗余资源或对不足资源进行扩充，保证了计算、存储、网络资源充分、有效地利用，同时又避免了独立服务器配置升级可能产生的配件停产、采购周期长、停机升级等缺陷。

3.2.2 高可用性

虚拟化高可用性充分考虑物理服务器的冗余设计，避免了独立服务器需采购足量备件防止单点故障，甚至重要业务系统运行的服务器需要双机备份的问题。同时虚资源池宿主服务器出现无法访问或不稳定问题时，高可用性可以确保该主机上运行的虚拟机能够在其它节点重新启动。

3.2.3 数据安全

“快照”是虚拟机磁盘文件在某个时间点的复本。系统崩溃或系统异常，管理员可以通过使用恢复到快照来保持磁盘文件系统和系统存储。依托资源池的“快照”机制，可一键实现系统备份，并且支持随时还原系统至快照点状态。“快照”功能通常用于业务系统升级、变更。而传统物理服务器的系统备份需在另外单独的服务器上安装同样的软件程序，这无疑增加了备份成本、工作量和操作复杂度。

3.2.4 简化运维

物理服务器池化后，基础支撑运维工作统一管理、集中监控。系统运维时只需确保基础支撑软、硬件状态正常；而非池化状态下，需确保所有软、硬件状态正常。集约化运行简化了运维工作、提高了运维效率。

4 结论

本文采用定量指标与定性价值体现相结合的研究方法，建立了服务器虚拟化资源池效益评估指标体系，并结合内蒙古气象局服务器虚拟化资源池实际案例进行了综合效益评估。评估结果表明：内蒙古气象局服务器虚拟化资源池集约化成效显著、集约化比达1:13，机房场地空间节约80%以上，年均用电成本节约近40 万，资源准备就绪时间大幅缩短，此外资源弹性分配、高可用性、数据安全、简化运维方面均体现了明显优势。