暨南大學：服務器虛擬化解應用之困

文/陳少涌 李哲夫 陳國良

服務器虛擬化不只切合當前綠色低碳的環保理念，也是節約成本、提升效能的利器，更是構建高校“云計算”平臺的基礎。

信息技術發展日新月異，各種新技術的不斷涌現，為人們提供了豐富的I T解決方案，其中云計算、虛擬化和IPv6已成為近年來最為熱門的技術詞匯，同時也是應對數據中心規模不斷擴大的理想解決方案。

虛擬化技術應用與產品選擇

暨南大學網絡與教育技術中心面向全校提供網絡和信息化的基礎平臺服務，除了提供網絡接入，還通過數據中心提供服務器平臺和各類應用，以滿足學校以及下屬各教學、科研和行政機構的信息化需求。

目前數據中心已擁有近2 0 0臺服務器，類型包括P C機架式服務器和小型機。同時，還有近4 0 T B的存儲空間，形式有FCSAN、NAS和iSCISISAN等。

在虛擬化產品的選擇方面，主要考慮的因素包括：1）費用，包括商業許可的費用等；2）易用性，包括支持遠程圖形界面、管理維護便捷等；3）性能，包括全虛擬化還是半虛擬化、硬件性能損失是否嚴重等；4）高級特性的支持，包括資源動態調配、在線遷移、故障恢復、快速部署、高可用等；5）支持操作系統種類。

近年來，暨南大學測試了多款虛擬化產品，通過綜合分析比較，目前重點應用的產品包括集中在VMware的ESX和Citrix Xen Server。

VMware ESX的應用實踐

暨南大學數據中心測試的版本為V Mware ESX 4.0。1.VMware應用情況

本次測試方案為采用的虛擬化平臺為E S X 4.0，硬件為兩臺DELL2950服務器，存儲系統為EMC的CX700；開啟HA和DRS構建高可用分布式自動調度資源集群系統，在此集群系統中運行了8臺虛擬機，如表1所示。

這些應用都有共同的特點，CPU使用率不高，內存需求較大，IO 使用率不高。通過vCenter Server可對ESX主機及其虛擬機實現集中管理，并能對主機及虛擬機性能（CPU、內存、磁盤、網絡接口使用情況）進行監控，圖1顯示了監控主機CPU 性能的情況。

通過網管系統對虛擬機進行監測（如圖2、3、4所示），可以看出該虛擬機性能良好，利用率顯著提升。

2.E S X應用效果分析

通過分析監測數據，虛擬機的CPU峰值為7 5%，內存使用峰值亦是7 5%，虛擬機系統負載情況良好，完全滿足應用需求，充分利用硬件資源，節約投資，提高運營效益。

在虛擬機增多時，E S X的D R S功能能很好地均衡虛擬機的負載，在多個虛擬機之間智能地分配可用資源。當虛擬機遇到負載增大時，DRS將通過在資源池中的物理服務器之間重新分布虛擬機來自動為其分配更多資源。

E S X使用虛擬機磁盤 (VMDK) 文件為虛擬機提供對自己專用數據存儲區的訪問，使管理員以功能完備、可駐留在共享存儲設備上的獨立文件形式靈活地創建、管理和遷移虛擬機存儲。在出現硬件故障或災難事故時可快速部署服務、快速遷移，減少服務中斷時間。

在使用EMC的CX700作為存儲系統之前，測試過使用NFS作為共享存儲服務，由于NFS的傳輸及性能限制，使得虛擬機I O讀寫性能低下，影響整體性能。所以當使用集群方案時必須進行存儲系統投入，使得運營成本有所提高。

XenServer應用實踐

Citrix于2009年6月發布了免費和不限制生產配置版本的企業級XenServer5.5平臺，其核心功能是將一臺物理服務器虛擬為多臺虛擬服務器。配合管理工具XenCenter和實時遷移功能XenMotion，可實現多節點集中管理、嵌入式存儲和完全實時遷移等功能。目前此版本依靠完備的功能和穩定的特點，被廣泛使用。

1. XenServer 部署

以XenServer 5.5為虛擬化平臺，暨南大學網絡與教育技術中心投入三臺Dell2950進行虛擬化前期測試，其配置情況如表2所示。測試目的是結合高校應用的需求對XenServer 5.5的功能、性能及管理進行分析調研，并初步解決數據中心服務器數量不足的問題。

XenServer服務器端的安裝非常簡便，服務器端主要功能為底層硬件和網絡的配置，同時也支持以命令行方式對虛擬機的配置管理。

Xen Cen ter是XenServer配置的可視化管理工具,安裝在Windows平臺下，功能齊全，操作簡便。利用Xen Center，可以同時對多個XenServer服務端進行管理，實現虛擬服務器的增加、管理、備份、刪除和資源調整等操作，此外還可以實現遠程操作、性能監控、日志查詢等日常管理功能。

圖2 虛擬機1 CPU一周監控圖

圖3 虛擬機1內存一周監控圖

圖4 虛擬機1負載一周監控圖

經過近1年的測試，目前已成功上線安裝近2 0個虛擬機，其中一臺內存和硬盤基本飽和，其虛擬機應用及資源分配情況如表3所示。

依據實踐經驗，虛擬機運行均相當穩定。實際性能消耗如圖5所示，非高峰時期，CPU資源的利用率相當低，只有4%。在某些虛擬機負載達到最高值時，其利用率可達到1 5%左右。而內存的總體使用率較高達到5 5%，在被監測的虛擬機中，使用率均較高。兩臺運行了TOMCA T的虛擬機，其負載均達到100%，但從虛擬機內部檢測可確定實際內存仍有5 0%的空閑。另外在實際管理中，根據應用的負載情況，需動態分配剩余的內存資源，例如虛擬機8在新生入學階段會較為繁忙，就業平臺在畢業階段訪問數則較多。

2. XenServer虛擬化技術應用效果分析

(1) 應用密度得到極大提高，節約了空間和電力等成本；如果數據中心新型服務器全部使用虛擬化，在能耗基本不提高的情況下，可將數據中心的應用密度提高一倍。

(2) 充分發揮了服務器性能，節省機器購置成本；利用虛擬化技術對校內提供可靠的云計算服務，得到了各單位的高度認可和贊譽。解決了每個服務器運行一套系統，資源嚴重浪費的問題。

(3) 在管理維護上，安裝系統方便，利用預先做好的系統模板，在2 0分鐘內即可完成一個應用的部署；在監控、遷移和備份上均相當方便，可節省大量人力成本。通過定期備份，并結合容災備份系統，可對生產系統提供數個版本的備份，使數據更加安全。

(4) 資源調配較靈活。依據應用的需要，提前分配好資源，令計算能力達到最高值。如心理中心在進行心理測試的階段，可臨時分配3 G內存供其使用。

3. XenServer的局限

XenServer虛擬化技術帶來了巨大的效益，但在以下方面仍有局限：

(1)雖然XenServer提供了免費的版本，但需要反復申請有效期為1年的使用許可，造成了業務上的不確定性，大規模部署受到限制。

(2)通過實踐發現，內存數量是各虛擬機的主要瓶頸，而且XenServer客戶端需損耗1 5%的內存，因此以每個虛擬機配備2 G內存的方式較為妥當。目前發現，XenServer免費版限制虛擬CPU的個數為8個，即每臺物理服務器最多可虛擬8臺的虛擬機，結合CPU的實際使用效率，在增加額外內存的情況下仍可容納多一倍的虛擬機。

(3)無法真正動態分配資源，每次分配后需要重新啟動相應的虛擬機系統。如果系統資源能實現共享，則可以最大化利用硬件資源。

表2 Dell 2950服務器硬件配置情況

表3 虛擬機資源分配與負載

圖5 通過XenCenter監測虛擬機狀態

總結及展望

虛擬化技術在暨南大學測試取得一定成果，學校還將在接下來的時間里重點針對開源版本的虛擬化技術進行深入測試，并通過橫向比較來選取最適合高校應用的解決方案，從而推動“數據中心”虛擬化進程，在可不增加投資的情況下，有效解決供需矛盾，提高信息化建設水平。

同時，服務器虛擬化不只切合當前綠色低碳的環保理念，也是節約成本、提升效能的利器，更是構建高校“云計算”平臺的基礎。相信隨著虛擬化技術的深入發展，虛擬化應用也將成為數據中心的標配和核心技術之一，為校園信息化平臺的心臟“數據中心”提供動力。