浅谈虚拟化技术在高校数据中心服务器中应用

刘艳超 冷红凡 王维虎

[摘    要] 随着高校智慧校园的推进和信息化的发展，传统的服务器管理模式无法满足高校发展的需求。文章首先简要地介绍了湖北工程学院数据中心目前存在的问题并深入分析和总结，其次对服务器虚拟化在数据中心应用存在的优势进行阐述，再次提出了基于VMware vSphere虚拟集群和数据存储的虚拟化架构方案，提高了数据中心服务器部署、管理和维护工作的效率，最后进行了总结。

[关键词] 服务器;数据中心;虚拟化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 17. 069

[中图分类号] TP311;G647    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2020）17- 0160- 03

1      虚拟化技术的应用

虚拟化技术和云技术的快速发展，VMware VSphere虚拟化平台有效地解决了如何充分利用服务器资源，满足服务与应用需求，加快应用部署的速度，提供高可靠性、高可用性的应用服务问题。给数据中心核心机房提供了一个先进、安全、可靠、灵活、弹性的IT基础架构解决方案，为用户提供高可靠性、高可用性、开放性、可动态扩展、易于管理和维护的优质服务。

2      数据中心存在的问题

近年，我校核心数据中心机房承担主要信息化业务系统，拥有70余台服务器，数量增长快，其中75%设备已过保质期，无法得到厂家技术支持，品牌杂乱、老化严重、型号各异、新旧不同和配置不一，传统的“一应用一机器”模式已不能满足学校持续性发展需要。随着业务的发展，设备的堆砌，造成数据中心复杂程度不断提高，问题日益凸出。主要有以下几个方面。

2.1   架构不合理，环境资源紧张

学校信息化建设快速发展，当初建设数据中心规模和模式时，由于各自为阵，未对服务器、应用系统和存储等资源进行统一规划，简单堆砌，形成了“烟囱式”架构。在这种架构中，单点故障多，出现故障就会导致应用瘫痪，很难尽快恢复，同时导致机房和机柜的空间、电量负载、新风、消防、温湿度以及网络设备的端口等资源紧张，已不能满足安全条件的需要。

2.2   资源利用率低，成本大，扩展性差

一方面，为了保障业务正常运行，服务器会按照该业务占用资源的峰值进行配置，如迎新、离校和教务系统选课等系统，软硬件资源很容易形成“高峰期资源不够用，低峰值资源闲置”现象;另一方面，为保证系统安全性和可靠性，核心应用通常采用双机热备的方式，虽然提高了安全性和可靠性，但备机系统资源很少被利用，不均衡的部署方式导致资源利用率不均衡，造成了系统资源的隐形浪费;与此同时，核心机房服务器电源更多采用2+1冗余设计，每个电源功率750W，一年365天运行，电费开销大;此外，为了新添设备达到正常运行条件，需要投入大量经费购置配套的交换机、电源、线路和机柜等资源做基础环境支撑，且占用物理空间。最后，由于品牌复杂多样和更新换代快，服务器配件采购成本较大，同时比较困难。

2.3   系统可用性较低，应用不稳定

一方面，我校数据中心应用系统采用“一应用一机器”的部署方式承载学校主要业务，服务器故障、业务高峰期以及网络堵塞，会导致宕机事件，需要较长时间维护并影响提供对外服务，应用持续性服务差;另一方面，对于传统方式，临时需要增添的业务应用，需要硬件设施做支撑，但是采购周期和搭建周期长，耗时耗力，影响业务及时上线;与此同时，服务器故障维护、升级或者扩容时，需要停机进行操作，影响正常业务提供服务，例如门户网站和信息门户等;之外，设备存在折旧和使用年限增加，旧服务器性能下降，运行环境不稳定，已无法保障学校业务系统不间断运行。

2.4   管理性和安全性差

一方面，由于数据中心服务器数量众多、位置分散、品牌杂乱、新旧不一和配置不一，需要登录每台设备，对每台服务器的资源管理很难做到全面、高效和统一的管理并且工作量和重复性大;另一方面，要求技术人员具有软件、硬件和网络等技术能力，对所有品牌的设备都要熟悉，人员变动对管理影响大;与此同时，随着业务数据的增量，内存、硬盘、CPU的使用容易达到瓶颈，很难对已设置好的模式进行更改和扩展;此外，服务器出现故障，很容易导致系统、应用和数据的丢失，安全性差，同时无法有效地集中对系统数据备份、升级和维护。

综上所述，如何提高服务器资源的使用率、降低设备采购成本、提高业务的连续性以及为将来新应用系统建设提供一个灵活的资源使用平台，是高校数据中心信息化建设中面临的一个重大课题，而云计算及服务器虚拟化技术的出现，正是解决这个问题的重要途径。

3      虚拟化技术在数据中心建设中优势

3.1   架构稳定，降低安全风险

虚拟架构分层明确和稳定，下层支持不同品牌服务器，上层支持不同操作系统，增强了系统与硬件间协作性;虚拟化技术的物理隔离和集群化管理技术使系统间互相逻辑隔离，同时利用虚拟技术中的“系统备份/恢复”“快照”“自动重启”“故障预警”等多项安全应急措施和容灾备份体系，实现快速、简单且完整的数据保护，增强了系统、应用和数據的安全性;通过虚拟技术的整合，服务器数量减少，减少机柜和机房的物理空间、电力系统、网络系统、温湿度环境以及机房承重的压力，为核心机房提供一个安全适宜的环境。

3.2   提高利用率，降低成本

服务器虚拟化通过整合服务器资源，把软硬件资源形成逻辑的“资源池”，按需调配和动态划分CPU、存储空间、内存和网络等资源，不仅将服务器的资源利用率从15%～35%提升至70%～90%，而且延长硬件使用周期;从服务器硬件、数据中心空间成本、用电成本、管理人员成本和集成服务技术等多个方面整体降低了信息中心运营成本，数据中心服务器和业务规模越大，运营时间越长，所节省的成本就越高;对于临时新增业务，通过调用“资源池”中资源，快速搭建环境，不仅提高资源利用率，而且减少服务器数量，降低采购成本和后续扩建成本。

3.3   简化管理，方便维护

服务器虚拟化将上层系统和应用与底层物理硬件逻辑分离，快速对CPU、存储和网络等资源动态分配，简化资源和虚拟架构的全面监控和管理;运维人员利用虚拟化的集中化管理平台对所有的虚拟服务器进行远程管理，将服务器的运维将从终端机器转移到虚拟平台，无需现场维护，服务器之间的切换极其简单便利，给技术人员提供便捷的运维方式，如资源统计、克隆、快照、负载均衡、容灾备份、安全管控和调整资源等功能，简化服务器部署配置，降低管理和技术难度，减少维护时间和工作量。虚拟化技术为服务器管理提供了自动化、动态的、高可用性、可维护性和可靠性等手段和方法。

3.4   扩展性强，业务连续性

虚拟化集群采用标准化和开放化的架构，支持硬件设备可无限扩容以及异构操作系统的整合，更新换代不影响虚拟服务器重业务的运行，弹性扩展和兼容性强，适应业务不断增长的需求，消除传统的“一台服务器一个应用程序”模式;在发生故障情况下，利用虚拟技术的动态迁移、高可用性、稳定性和负载均衡等自动化的服务方式，有效保证了终端业务访问的连续性和服务平台运行的稳定性;在不停机和中断用户使用情况下，对系统进行更新升级。

4      基于虚拟化技术的服务器架构

虚拟化是一个抽象层，它打破了底层物理硬件和上层系统应用间的硬性链接;服务器虚拟化是指将服务器的物理资源抽象成逻辑资源;虚拟集群是将许多完整的服务器整系统融合成一个更大的系统，以实现单个服务器承受范围外的进一步性能提升，可而最大限度地利用资源和节约成本。虚拟化主要包含服务器虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化等方面，但是对于高校核心机房建设虚拟化主要有服务器虚拟化、存储虚拟化。当前虚拟技术已发展成熟，思杰、华为、锐捷、VMware和微软公司等公司已具备实施能力。本文给出基于VMware vSphere的服務器虚拟化架构。如图1。

图1，存储层使用存储器形成存储资源池，通过光纤交换机连接为服务器主机层提供存储资源;ESX Server安装在裸机服务器上，并允许多个未经修改的操作系统及其应用程序在共享物理资源的虚拟机中运行，虚拟机中设备驱动与ESX内核里的物理设备驱动直接相互连接。根据业务的需要，在虚拟主机层进行创建虚拟服务器，部署相关业务，用户层使用者通过校园网网络交换机、路由器等设备接入相关业务服务。考虑到数据库服务器的稳定性和安全性，未迁入虚拟主机层。

5      总    结

本文主要根据我校数据中心现状，对传统模式的“烟囱式”架构进行深入分析和总结，提出基于虚拟化的服务器架构并对其优势进行阐述，采用VMware vSphere对重要系统进行虚拟化，降低成本、提高资源利用率和简化管理等。随着智慧校园的推进，校园信息化程度会越来越高，集中化和自动化地对信息化设备进行管理已成为必然要求，虚拟化服务器技术也会普及高校，促进高校信息化全面发展。

主要参考文献

[1]祝忠方. 基于VMware VSphere平台的服务器虚拟化技术在高校信息化建设中的应用[J]. 数字技术与应用， 2018，36（12）：110-111.

[2]刘远飞， 侯伟斌， 白文静. 基于VMware vSphere技术的集群化管理系统搭建构想[J]. 有线电视技术，2015（5）：89-91.

[3]冯文健，李雄，韦涛. 基于VMware服务器虚拟化技术在校园网建设中的应用[J]. 科技信息，2012（26）：262.