基于VMware的高校云計算數據中心設計與實現

◆許玉煥

（西北師范大學研究生院 甘肅 730070）

基于VMware的高校云計算數據中心設計與實現

◆許玉煥

（西北師范大學研究生院 甘肅 730070）

隨著高校信息化業務的增多，數據中心的管理與維護問題日益突出，本文定義了高校數據中心的職能、羅列了存在的具體問題、分析了云計算的優點，提出云計算數據中心建設方案并基于VMware實現該方案，部署出高可靠性、高利用率、高維護性能耗、低成本的云計算機數據中心。

云計算；VMware；高可靠性；高維護性

0 引言

數據中心是衡量高校信息化建設程度的重要指標。隨著信息化的不斷發展，目前高校都有各自獨立的服務器及存儲系統或數據中心，數據中心的管理問題日益突出。本文基于VMware設計與實現高校云計算數據中心，提高數據中心的可維護性和高可靠性。

1 高校數據中心職能與問題

1.1 職能

高校數據中心職能即包括服務器、存儲、網絡等硬件設備的管理與維護，又包括操作系統、數據庫、各業務系統等軟件的部署、管理與維護，為各類業務系統提供堅實、可靠、高效、安全工作的保障。在校園信息化平臺上需要搭建各類業務應用，如門戶網站系統、教務系統、學生管理系統、辦公自動化系統、人力資源管理系統、招生就業系統、數字化圖書館、數字化博物館、一卡通系統、多媒體管理系統、網絡教學平臺系統、資產管理系統、科研管理系統等數多個信息系統，保證他們可靠、高效、獨立、安全地工作。

1.2 問題

（1）軟硬件資源分配不均，服務器利用率低

以前通常一個業務應用就需要購置一套相應設備，導致設備資金的投入很大，而大部分設備的利用率卻很低，造成了巨大的資源浪費。隨著信息化建設的不斷發展與深入，如何在保證數據中心穩定、安全的基礎上提高效率并降低投入成本，是擺在信息工作者面前的難題。

（2）能源消耗大幅增長，建設和運營成本高

業務迅速發展給IT帶來很大壓力，服務器需求不斷增多，機房空間、電力成為瓶頸，導致應用所需服務器資源緊張。部署時間長，導致應用上線時間長，無法做到及時響應，靈活性差。系統管理人員工作繁重、需求巨大。單點故障多，服務保障水平差。

2 云計算的優點及關鍵技術

云計算可以節省投資、需求快速部署、按需使用，提高資源利用率，降低能耗，節約成本，加速系統及應用的部署，簡化管理，提高管理效率，高可用性。

2.1 資源池技術

云計算通過資源池技術，實現應用服務器和硬件服務器隔離，使硬件資源切片使用，提供邏輯虛擬服務器為應用提供服務，這樣不但使物理資源得到充分利用，而且機房壓力減少，整體投資下降。

2.2 虛擬化技術

虛擬化技術把虛擬服務器保存成文件，通過復制文件為快速部署提供可能。虛擬化技術的核心思想就是，通過軟件或硬件設備構成一個虛擬化層并對其進行管理，把各類物理資源映射為統一的虛擬資源。[1]由虛擬化軟件為每個虛擬機分配一套虛擬的硬件資源，這些硬件資源各自獨立，包括、內存、硬盤、網卡、顯卡、光驅等硬件設備，各個虛擬機之間相互獨立，互不干擾。通過隔離，把多組織、多客戶的隔離需求進行部署，即使物理資源在一臺硬件服務器上，也可以從底層協議進行隔離，達到安全隔離目的。

2.3 生命周期功能

通過生命周期功能，把資源使用限制在約定的期限內，到期自動釋放資源，使得資源可以重復利用。通過運行分析平臺，把資源使用、運行狀況進行記錄，可以為客戶提供直觀的使用記錄和運行狀況分析。

2.4 服務器虛擬化

服務器虛擬化就是將服務器物理資源抽象成邏輯資源， 讓一臺服務器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務器，或者讓幾臺服務器變成一臺服務器來用，使得應用系統不再受限于物理上的界限，而是讓 CPU、內存、磁盤、 I/O 等硬件變成可以動態管理的 “資源池”，從而提高資源的利用率，簡化系統管理，實現服務器整合。

服務器虛擬化可以幫助數據中心減少物理服務器的數量，進而使企業在電源、散熱以及機房面積上節省巨大的成本。此外，它還可以減少數據中心UPS和網絡設備的費用以及所占用的空間，同時還可以大幅減少管理物理服務器的寶貴時間，提高部署服務器的效率。

3 云計算數據中心設計方案

學校在實施虛擬化的時候就準備采用多臺物理服務器建設成一個服務器群集，在群集上部署利用客戶端來實現監控、管理物理服務器和虛擬機。所有的物理服務器組成一個資源池，在虛擬機之間共享全部的物理資源。結合存儲系統，利用的高可用性（這樣即使有一臺物理服務器宕機，所影響的虛擬機也會平滑漂移至其他物理服務器重新啟動，對業務影響很小，用戶基本感覺不到，用戶體驗也比較好。同時利用的和功能來進行虛擬機的智能管理，跨聚合到邏輯資源池中的硬件資源集合來動態地分配和平衡計算容量，在物理服務器之間遷移運行中的虛擬機，無需中斷最終用戶，從而實現了這樣一套完善合理的虛擬構架。

典型的數據中心基本由虛擬化服務器、存儲器陣列、網絡、管理服務器和桌面客戶端組成，如圖1。數據中心虛擬化包括服務器虛擬化，網絡虛擬化和存儲虛擬化三部分。

圖1 數據中心虛擬化拓撲結構

4 基于VMware實現云部署

VMware vCloud Suite是VMware提供的云計算數據中心解決方案套件，實現了軟件定義數據中心體系結構，該套件可以很好地解決各類客戶數據中心所面臨的各種各樣的問題，在大大簡化IT運營的同時，為每個應用提供最佳的可用性和安全性。

4.1 vCloud Suite云計算數據中心的整體架構

vCloud Suite 集成了基礎架構平臺 （vSphere服務器虛擬化平；vCenter Site Recovery Manager的災難恢復自動化）和云計算管理平臺（vRealize Operations智能管理；vRealize Automation自助式基礎架構及應用調配；vRealize Business成本核算、使用情況計量和服務定價）。

由vCloud Suite所構建的云計算數據中心的整體概念架構如圖2所示。

圖2 VMware vCloud Suite整體概念架構圖

該架構由五大部分組成：

（1）最底層是最基礎的服務器和網絡與安全虛擬化，該層是整個云計算數據中心的基石，用來實現對物理服務器以及相關聯的網絡與安全組件的虛擬化功能，對應的vCloud Suite產品組件是vSphere。

（2）該層之上，是服務編排層，這一層可以對所支持的相關服務進行編排，可以組合操作流，協調多個系統以實現組合操作，從而避免在不同系統上執行多個單獨的操作。該層對應的產品組件是vRealize Orchestrator (vRO)，該組件目前打包在vCenter Server中。

（3）服務編排層之上是服務調配層，通過該層，客戶可以對通過自助式門戶和目錄向終端用戶提供的預定義基礎架構和桌面服務進行自動化調配，同時，它還可以調配和管理應用服務或部署用戶自己的PaaS。該層自身不具備虛擬化資源的能力，而是與底層虛擬化平臺協作，來提供調配和管理基礎架構、桌面和應用服務的能力。該層對應的產品組件是vRealize Automation (vRA)以及vRA企業版所包含的組件vRealize Automation Application Services。

（4）右側是運維管理模塊，該模塊用來對整個云計算數據中心進行性能、容量以及應用依賴關系相關的管理。 該模塊使IT 部門可以獲得更好的可見性和可操作的智能信息，從而主動確保動態虛擬環境以及整個云計算數據中心中的服務級別、資源利用率優化和配置合規性。該模塊對應的產品組件是vRealize Operations。

（5）左側是高可用可災難恢復模塊，該模塊可以最大程度上提升云計算數據中心的可靠性、可用性和災難恢復的能力。該方案可以在功能組件、主機服務器、存儲、數據以及站點間等多個層面提供全面的可用性保障，對數據中心常見的各種問題都提供了相應的解決方案。該模塊對應的產品組件包括vSphere的相關高可用機制如vMotion，Storage vMotion，vSphere Replication以及災難恢復解決方案vCenter Site Recovery Manager。

4.2 vCloud Suite云計算數據中心的實現過程

基于VMware vSphere 的虛擬數據中心由基本物理構建塊（如 x86虛擬化服務器、存儲器網絡和陣列、IP 網絡、管理服務器和桌面客戶端）組成，如圖3所示。

（1）安裝vSphere（服務器虛擬化）

vSphere，許多群體稱之為“ESXi”，即底層虛擬化管理程序體系結構的名稱，這是一種采用尖端技術的裸機虛擬化管理程序。

①下載鏡像文件，并刻錄成光盤。

②設置服務器光驅為第一位引導，自檢和加載完整，出現安裝界面，選擇標準安裝。

③安裝過程中除了設置密碼以外，其余全部采用默認配置，按鍵，輸入之前設置的密碼后進入配置界面，進行初始配置。

④配置網絡IP、DNS和主機名，完成整個主機的基本配置。

（2）安裝vCenter Server（虛擬化管理平臺）

vCenter Server 為數據中心提供一個單一控制點。它提供基本的數據中心服務，如訪問控制、性能監控和配置功能。它將各臺計算服務器中的資源統一在一起，使這些資源在整個數據中心中的虛擬機之間共享。其原理是：根據系統管理員設置的策略，管理虛擬機到計算服務器的分配，以及資源到給定計算服務器內虛擬機的分配。

在 vCenter Server 無法訪問（例如，網絡斷開）的情況下（這種情況極少出現），計算服務器仍能繼續工作。服務器可單獨管理，并根據上次設置的資源分配繼續運行分配給它們的虛擬機。在vCenter Server 的連接恢復后，它就能重新管理整個數據中心。

可以安裝在一臺物理服務器上，也可以安裝在一臺虛擬機上。安裝過程中，涉及和端口號，除非有特殊需求，一般建議保留系統默認值。通過輸入許可證密鑰即可將轉換到許可模式。

圖3 vSphere 數據中心的物理拓撲

（3）安裝vSphere Client（管理客戶端）

VMware vSphere 為數據中心管理和虛擬機訪問提供多種界面。這些界面包括 vSphere Client、vSphere Web Client、vSphere CLI。

（4）安裝vRealize Operations（運維管理）

vRealize Operations 可使用戶更全面地了解基礎設施所有層的情況。它可收集和分析性能數據、關聯異常現象，并可識別出構成性能問題的根本原因。它提供的容量管理可優化資源使用率，基于策略的配置管理則可確保合規性并消除數量劇增和配置偏差問題。應用發現、依賴關系映射和成本計量功能為基礎設施和運維團隊帶來了更高級別的應用感知和財務責任。

（5）vRealize Automation（自助服務系統）

可自動交付個性化基礎架構、應用和自定義 IT 服務。可以跨多供應商混合云基礎架構進行部署，為您提供靈活性。自動執行基礎架構的端到端交付和管理，加快應用部署和發布的速度。利用現有的基礎架構、工具和流程調配和管理多供應商、多云基礎架構和應用。

（6）vRealize Business（價格核算系統）

針對私有云、公有云和混合云自動執行云成本核算、云資源使用量分析和云比較。

5 結語

云計算技術在很大程度上推動了IT時代的發展。它已經逐步應用于高校數據中心的建設中，它對于提高服務器的資源利用率、降低管理人員的維護成本、減少高校信息化的投資成本以及提高信息化安全水平都有著巨大意義。在綠色節能、提升運營效率等方面也表現卓越。許多中小型企業在引入 VMware 虛擬化后，可使其x86 服務器的利用率大幅提升。基于VMware 虛擬化技術具有上述技術優勢，其在高校數據中心的建設中必將發揮越來越重要的作用。

[1]沈立強.虛擬化技術推動數據中心革命[J].中國教育網絡，2009.