浙江大學(xué)利用虛擬技術(shù)提升數(shù)據(jù)中心效率

文/張華 丁宇波 江肖強(qiáng)

虛擬化技術(shù)是將底層物理設(shè)備與上層操作系統(tǒng)、軟件分離的一種“去耦合”技術(shù)。利用虛擬化技術(shù)可以將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等IT基礎(chǔ)資源整合起來，形成共享的虛擬資源池，把邏輯資源按實(shí)際需求同時(shí)提供給各個(gè)應(yīng)用。

浙江大學(xué)的早期數(shù)據(jù)中心為傳統(tǒng)的物理數(shù)據(jù)中心，功能較為單一，僅保障校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維必須的關(guān)鍵性業(yè)務(wù)，包括DNS、代理服務(wù)器、郵件系統(tǒng)、校園卡系統(tǒng)、浙大門戶網(wǎng)站等。除部分業(yè)務(wù)配備多機(jī)集群、小型機(jī)及大型存儲(chǔ)陣列之外，大部分應(yīng)用仍以獨(dú)立服務(wù)器運(yùn)行為主。校內(nèi)部門、院系的信息化系統(tǒng)主要由各單位自行建設(shè)、維護(hù)，數(shù)據(jù)各自獨(dú)立。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心也為校內(nèi)小型信息發(fā)布網(wǎng)站提供虛擬主機(jī)服務(wù)，獨(dú)立服務(wù)器提供主機(jī)托管業(yè)務(wù)，解決了一部分條件有限的院系、部門的信息化發(fā)展問題。

隨著高校信息化的不斷發(fā)展，信息化建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的物理數(shù)據(jù)中心運(yùn)作模式逐漸暴露出各種缺點(diǎn)：大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在單點(diǎn)故障，容錯(cuò)率低，維護(hù)壓力大，管理人員長期被動(dòng)響應(yīng)各種突發(fā)性故障；整體硬件資源利用率低，重復(fù)投資建設(shè)、資源浪費(fèi)情況嚴(yán)重；各業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理人員水平不統(tǒng)一，安全、備份問題成盲點(diǎn)。

高校信息化建設(shè)需求的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)中心的職能也不斷發(fā)生改變。2005年浙江大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心更名為網(wǎng)絡(luò)與信息中心，2009年改名為信息中心，承擔(dān)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)信息化服務(wù)平臺(tái)，積極推進(jìn)校園網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、信息化建設(shè)與應(yīng)用任務(wù)。目前數(shù)據(jù)中心經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，已形成一套較為完備的校內(nèi)教學(xué)、科研信息化需求支撐服務(wù)體系，面向校內(nèi)單位提供多方位的信息化支持。

機(jī)房環(huán)境建設(shè)情況

信息中心自2007年建設(shè)完成紫金港IDC中心，為數(shù)據(jù)中心、校內(nèi)部門、院系重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供高可靠性、高安全性的環(huán)境保障。IDC中心配置56個(gè)19英寸標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)柜，提供雙路300Kw市電電源供電與2x200Kva愛默生不間斷供電系統(tǒng)(UPS)，后備電池可支持全負(fù)荷2小時(shí)供電。每列配置電源列頭柜獨(dú)立供電，每組列頭柜雙路供電保護(hù)。配置3臺(tái)40Kw雙模塊菲尼克斯專業(yè)空調(diào)，提供機(jī)房整體上下循環(huán)送風(fēng)系統(tǒng)，配置雙重消防實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。機(jī)房接入層、匯聚層采用H3C千兆、萬兆交換機(jī)，配備Juniper硬件防火墻，IDP硬件防火檢測系統(tǒng)。配置7×24小時(shí)錄像監(jiān)控系統(tǒng)，有專業(yè)人員機(jī)房7×8小時(shí)巡視、值守。

部署虛擬化建設(shè)的優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)是將底層物理設(shè)備與上層操作系統(tǒng)、軟件分離的一種“去耦合”技術(shù)。利用虛擬化技術(shù)可以將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等IT基礎(chǔ)資源整合起來，形成共享的虛擬資源池，把邏輯資源按實(shí)際需求同時(shí)提供給各個(gè)應(yīng)用。當(dāng)前虛擬化主要包括服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

信息中心較早就開始嘗試虛擬化技術(shù)，早期就部署了數(shù)臺(tái)機(jī)架式服務(wù)器用于測試。2008年IDC中心投入使用后，采購IBM高性能刀片服務(wù)器、EMC高性能存儲(chǔ)、SAN交換機(jī)等設(shè)備，安裝VMware虛擬化操作系統(tǒng)、搭建高性能存儲(chǔ)SAN網(wǎng)絡(luò)，大規(guī)模應(yīng)用虛擬化。目前數(shù)據(jù)中心虛擬化集群已開設(shè)200余臺(tái)虛擬化服務(wù)器，既包括中小型的網(wǎng)站，還包括大型的數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)。

虛擬化相比傳統(tǒng)技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、提高系統(tǒng)可靠性，保障數(shù)據(jù)安全。虛擬化高可用性（HA）技術(shù)、在線遷移技術(shù)（VMotion）能保障單臺(tái)宿主機(jī)故障后，其上虛擬機(jī)能在不停機(jī)的前提下順利遷移至其他宿主機(jī)，避免單點(diǎn)故障；快照（Snapshot）技術(shù)、虛擬機(jī)備份（DataRecovery）技術(shù)能使操作系統(tǒng)崩潰、數(shù)據(jù)誤刪等災(zāi)難性事件快速得到解決；物理-虛擬轉(zhuǎn)化（Converter）技術(shù)可為獨(dú)立物理服務(wù)器制作虛擬化備份，NAS存儲(chǔ)、商用備份軟件也為獨(dú)立服務(wù)器提供了可靠的外部數(shù)據(jù)備份環(huán)境。對于信息化關(guān)鍵性業(yè)務(wù)，既可通過物理、虛擬服務(wù)器異地主備運(yùn)行的方式提高容錯(cuò)性，也可通過負(fù)載均衡設(shè)備將流量均布到多臺(tái)物理、虛擬服務(wù)器提升處理性能。目前浙大門戶網(wǎng)站、LDAP、郵件系統(tǒng)、統(tǒng)一身份認(rèn)證等重要應(yīng)用，都已實(shí)現(xiàn)虛擬化備份或全虛擬化。

2、提高硬件資源利用率，降低運(yùn)維成本。以數(shù)據(jù)中心實(shí)際運(yùn)行的一組小型虛擬化集群為例，該集群共有7臺(tái)機(jī)架式服務(wù)器，共開設(shè)47臺(tái)虛擬機(jī)。系統(tǒng)為虛擬機(jī)分配的內(nèi)存約為142G，通過虛擬化內(nèi)存共享技術(shù)、內(nèi)存回收技術(shù)，實(shí)際消耗內(nèi)存約98G，節(jié)省約30%的內(nèi)存開銷；通過存儲(chǔ)精簡置備技術(shù)，為47臺(tái)虛擬機(jī)置備4.65T磁盤空間，實(shí)際占用僅1.65T，節(jié)省65%。

實(shí)施虛擬化也有一些問題需要注意。為了確保單服務(wù)器故障后虛擬服務(wù)器能順利遷移至其他主機(jī)，集群需要預(yù)留一部分硬件資源，對于少量服務(wù)器組成的虛擬化集群這部分預(yù)留資源所占比例較高；大型集群利用率高，但需要考慮廠商產(chǎn)品的高額授權(quán)費(fèi)用；虛擬化服務(wù)器相比傳統(tǒng)服務(wù)器更為集中，設(shè)備安全、網(wǎng)絡(luò)帶寬保障、病毒防護(hù)需要更多關(guān)注。

圖1 統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)總體框架

打造共享服務(wù)平臺(tái)

高校經(jīng)過多年的信息化建設(shè)，已經(jīng)在各個(gè)業(yè)務(wù)部門和單位建成多個(gè)獨(dú)立的信息系統(tǒng)， 許多信息孤立分散的分布于這些系統(tǒng)中， 由于這些系統(tǒng)是由多家公司獨(dú)立開發(fā)， 系統(tǒng)間交互較差， 導(dǎo)致信息存儲(chǔ)位置分散、格式互異，相互之間難以訪問。

數(shù)據(jù)中心通過數(shù)據(jù)整合、身份認(rèn)證整合、應(yīng)用與服務(wù)整合幾個(gè)方面，對校內(nèi)信息資源進(jìn)行了組織再利用：數(shù)據(jù)整合對分散異構(gòu)的多數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的訪問，實(shí)時(shí)地、智能地將有價(jià)值的數(shù)據(jù)傳遞給分析系統(tǒng)或其他應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行信息的進(jìn)一步加工；身份認(rèn)證整合通過建立統(tǒng)一的用戶身份庫，整合在校員工、師生等多種身份用戶，建立統(tǒng)一的用戶管理及身份系統(tǒng)；應(yīng)用與服務(wù)整合在前二者基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的信息門戶及集成規(guī)范，集成校內(nèi)多部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“單點(diǎn)登錄、多點(diǎn)漫游”，為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的信息資源訪問平臺(tái)，如圖1所示。

自2007年以來，浙江大學(xué)已經(jīng)建成統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)總體框架，實(shí)現(xiàn)從身份認(rèn)證、用戶管理、訪問入口、系統(tǒng)授權(quán)、訪問審計(jì)，集中管理等層面實(shí)現(xiàn)用戶信息的統(tǒng)一集中和共享，實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)之間用戶和信息資源共享，全方位滿足不同類型用戶對有關(guān)信息資源的訪問要求。數(shù)據(jù)中心通過用戶身份信息庫建設(shè)，整合校內(nèi)已有用戶數(shù)據(jù)，形成學(xué)校權(quán)威用戶身份信息庫，該信息庫目前涵蓋了在校學(xué)生、在職教工在內(nèi)的10萬用戶數(shù)據(jù)；提供統(tǒng)一身份認(rèn)證單點(diǎn)登錄服務(wù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校所有應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證和單點(diǎn)登錄；建設(shè)個(gè)性化信息門戶，打造為師生提供共享服務(wù)和開放式信息服務(wù)的信息化服務(wù)平臺(tái)。

經(jīng)過數(shù)年虛擬化技術(shù)的探索和實(shí)踐，數(shù)據(jù)中心對虛擬化的實(shí)施部署、備份恢復(fù)等方面都有了充足的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。目前的虛擬化集群已較難滿足校內(nèi)日益增長的信息化需求，今后將進(jìn)一步擴(kuò)大虛擬化集群規(guī)模，提高虛擬化比例，推進(jìn)校內(nèi)云基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)建設(shè)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)校內(nèi)硬件、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理；并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合高校實(shí)際的應(yīng)用需求，以服務(wù)于師生教學(xué)、科研任務(wù)為目標(biāo)，探索符合數(shù)字化校園發(fā)展的云計(jì)算、云服務(wù)平臺(tái)建設(shè)之路。