基于vSphere的虛擬化技術在高職院校數據中心中的應用

楊皓

摘要：隨著計算機技術的飛速發展，高校信息化建設也在不斷推進。VMware vSphere為我們實現數據中心虛擬化提供了一個可靠的工具，它可以幫助我們實現服務器、網絡、存儲和桌面的虛擬化，還能智能地控制資源平衡。本文以VMware vSphere虛擬化架構為基礎，介紹了虛擬化的概念、類型和技術優勢。

Abstract： With the rapid development of computer technology， the construction of information technology in college is also constantly advancing. VMware vSphere provides a reliable tool for our data center virtualization， which can help us to realize the virtualization of servers， networks， storage and virtual desktop， and intelligent control of the balance of resources. This paper is based on the VMware vSphere virtualization architecture， introduces the concept， types and advantages of virtualization technology.

關鍵詞：虛擬化技術；vSphere；高校

Key words： virtualization technology；vSphere；college

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0146-03

0 引言

高校的信息化建設是國家信息化建設的重要組成部分，隨著國家的大力投入建設，高校信息化建設已經具有較大規模，各種應用也層出不窮，為教學形式、教學理念和教學改革帶來了深遠的影響。云南財經職業學院從2000年初開始建設計算機實訓室至今，已陸續建設了近20間計算機實訓室以及3間數據中心機房。隨著應用需求增加，服務器也在增加，對應的機房基礎配套設施、機柜、UPS、空調和電力需求等也隨之增加，造成了機房建設運行成本高、故障率增加、防災能力弱、管理復雜化。在大量資金投入的同時，大部分的設備利用率卻很低，服務器很多時候都是閑置的，造成了巨大的資源浪費。此外，采用傳統物理架構的操作系統，直接安裝在物理硬件上，使得整個學校網絡基礎架構非常不靈活，同時由于軟硬件的故障，穩定性較差，對教師的正常上課造成影響，提高了維護人員的工作量，效果卻不甚理想。針對以上問題，筆者在滿足正常教學和工作需求的前提下，充分利用服務器閑置資源，減少浪費，降低能耗，減輕管理人員負擔，積極研究探索一個符合該校情況的合理高效的虛擬化建設方案。

1 虛擬化技術概述

虛擬化[1]的概念早在上世紀六十年代就已經誕生，經歷幾十年的發展，在各個領域的應用都在不斷深化。云計算[2]作為虛擬化技術、分布式計算技術和并行計算技術等技術的混合演化結果，是未來研究的熱門。所以說計算機虛擬化技術是一個重要的技術基石，支撐起了云計算偉大構想的實現。

虛擬化技術是一種調配計算資源的方法。它將計算機的硬件層、軟件層、數據層、網絡層和存儲層分為不同的層面。對傳統計算機來說，所有層面都是一個整體，運行模式為：先在在計算機“裸機”上安裝操作系統，裝好系統后再裝應用程序，最后在顯示器上顯示程序界面。在這種情況下，改動一層將影響到其他層，使得改動難以實施。為了更容易地實施改動，虛擬化技術通過軟件，讓不同層面的應用分開，讓管理簡單化，讓計算機資源的使用更加靈活。

利用虛擬化技術，我們可以把各種物理硬件設備都變為虛擬設備。總的來說主要分為幾大類：①平臺虛擬化。主要指上述所說的服務器虛擬化和桌面虛擬化。服務器虛擬化又可以細分為硬件和軟件虛擬化。硬件虛擬化指平臺直接運行在物理硬件上，如VMware vSphere平臺[3]；軟件虛擬化指平臺運行在操作系統上，如VMware Workstation。②網絡虛擬化。利用虛擬交換機和虛擬網卡，可以組建一個虛擬網絡，在虛擬機內部進行通信，也可以與外部的物理網絡進行連接。③存儲虛擬化。利用存儲網絡，可以把磁盤空間連接到服務器硬盤上，用戶使用時感覺不到磁盤資源和在本地有什么區別。④應用虛擬化。把操作系統中的應用程序分離出來，讓用戶可以遠程使用服務器上的應用資源，跟操作系統相對獨立。

2 虛擬化平臺概述

云計算的實現依賴于虛擬化平臺，利用虛擬化平臺軟件，我們可以把傳統的物理服務器、交換機等物理資源轉化為虛擬資源，構建“資源池”，協調統一的管理數據中心。從國際市場占有率看，這一領域的提供商以VMware、Microsoft和Citrix為主流[4]，占據了x86平臺的90%以上市場份額。其中又以VMware為主導，占據了系統虛擬化85%以上份額，旗下的vSphere平臺是目前最先進的企業級服務器虛擬化解決方案。

2.1 VMware vSphere概述

VMware vSphere是VMware公司推出的虛擬化平臺產品，在服務器虛擬化市場處于領導地位，也是當前最先進的企業級虛擬化平臺。從2001年的ESX到現在最新的ESXi6.0版本，功能經過不斷完善，已經可以實現搭建一整套的虛擬數據中心方案，獲得了廣大用戶的認可。

2.2 VMware vSphere組件層架構

VMware vSphere[5]是VMware公司推出的虛擬化產品系列軟件。它利用虛擬化功能將傳統的物理服務器數據中心轉換為簡化的虛擬數據中心，且具有高度的靈活性。VMware vSphere 讓物理數據中心的服務器、交換機等硬件變為虛擬架構， 成為大量的虛擬資源。

VMware vSphere 的組件層如圖1所示。

①底層：主要有虛擬計算、虛擬存儲和虛擬網絡。也可以叫做基礎設施服務，它是整個vSphere平臺架構的基石，組件名為ESX/ESXi。②應用層：具體指對程序的應用，同時也包括了程序的安全性和可擴展性。③管理層：它是平臺的數據管理中心。我們所有的操作都可以通過它來完成，包括增加刪除虛擬機，資源的動態平衡，虛擬機遷移等，組件名為vCenter Server。④客戶端：用于訪問 VMware vSphere的數據中心，工具主要有 vSphere Client 或 Web Access（通過 Web 瀏覽器）等。

2.3 VMware vSphere的主要組件

①VMware ESX和VMware ESXi 。運行在物理機上的底層架構，它將CPU、內存、 磁盤、交換機等物理設備虛擬化為邏輯資源。②VMware vCenter Server。管理整個虛擬平臺的控制中心，大部分操作都得通過登錄它來完成。③VMware vSphere Client。客戶端程序，通過它來登錄vCenter Server或 ESXi主機，然后在程序界面中完成操作。④VMware vMotion。vMotion的功能是虛擬機的遷移，在遷移 同時保持用戶的正常使用，但不遷移磁盤，這也是HA、DRS等高級功能部署的前提。vMotion遷移能在不關機的情況下將正在使用的虛擬機遷移到另一臺虛擬機上，但無法遷移到另一個數據中心，而且存儲無法移動。vMotion還有一個加強版，叫做 Storage vMotion。Storage vMotion遷移除了具有vMotion的功能外，還可以移動虛擬機的存儲器。

3 數據中心虛擬化實施

3.1 硬件環境 ①服務器。學院訓導樓數據中心共配備了4臺物理服務器，表1是服務器配置說明。②物理網絡。使用學院訓導樓數據中心機房網絡。

3.2 軟件環境說明

3.3 實現原理 在曙光I840上安裝域、DNS和證書服務，安裝SQLServer 2012數據庫。網絡內所有計算機都加入域。在2臺IBM上部署底層架構ESXi5.5，作為虛擬服務器主機，并創建一個獨立網絡vMotion。考慮到管理端配置要求不高，在配置較低的DELL服務器上安裝vCenter server，通過管理網絡內任意一臺PC機使用VMware vSphere Client客戶端程序登錄vCenter server服務器對整個網絡進行統一配置管理。

3.4 網絡拓撲結構（圖2）

3.5 安裝部署

3.5.1 準備工作 ①配置域控制器。按拓撲配置IP，DNS配置127.0.0.1指向自己；更改計算機名為dc；插入光盤，添加角色，安裝AD域服務和DNS；新建林，添加域名test.com；最后提升本機為域控制器。②把vCenter服務器和一臺客戶機（win7 64位）加入域，并按拓撲更改計算機名和IP地址。③安裝數據庫。在DC服務器上安裝SQL Server 2012數據庫。④配置DSN，連接數據庫。在vCenter服務器上安裝數據庫管理工具，運行管理工具，使用域用戶名dc.test.com登錄。在ODBC數據源程序系統DSN中創建一個新數據源，取名vsphere-db，連接服務器DC，更改默認數據庫為vsphere。配置完成測試成功。

3.5.2 環境要求 ESXi[6-7]是vSphere產品套件中最核心的部分。它負責將計算機的物力資源轉化為邏輯資源，其他的組件都是建立在它之上的。這里筆者使用的是5.5版本。最低配置要求主機CPU至少具有兩個內核；如果是AMD 平臺的系統，處理器版本至少是Opteron Rev E；如果是Intel平臺的系統，處理器必須支持Virtualization Technology（VT）技術，許多CPU雖然支持VT但默認都禁用，需要進BIOS手動啟用；需要至少2GB內存，至少一個千兆或10GB以太網控制器；至少一個控制器。如果想知道自己的計算機硬件是否滿足要求，可以登錄VMware的官方網站查詢。當然，上述要求只是最低配置要求，要想真正體驗虛擬化，這樣的配置是遠遠不夠的。

VMware vCenter Server是vSphere產品套件中的重要組件，它負責對整個平臺的各個組件進行集中管理，是整個vSphere虛擬化平臺的中心。

vCenter[8-9]的安裝要求：可以安裝在一臺物理機上，也可以安裝在一臺虛擬機上，按照拓撲這里筆者選擇安裝在物理機上。

硬件要求：兩個64位cpu或一個64位雙核CPU，CPU主頻為2.0GHz或2.0GHz以上；內存4G，如果數據庫也裝在同一臺電腦上，則配置要求更高；4G存儲空間；千兆網絡。內存大小主要影響可控制的虛擬機臺數，小清單（主機小于100 臺或虛擬機小于1000臺）內存至少要 1G，中等清單（主機 100～400臺或虛擬機1000～4000臺）內存至少要 2G，大清單（主機超過 400臺或虛擬機超過4000臺）內存至少要 3G。筆者準備創建的虛擬機不超過 100臺，所以這次選擇小清單。

軟件要求：操作系統不支持32位，只能使用64位版本，如windows server 2008 R2；必須安裝數據庫，vCenter安裝時自帶Microsoft SQL Server 2008 R2 Express數據庫，通常我們要事先準備好一臺專用的數據庫服務器，安裝時把數據源鏈接到數據庫服務器。vCenter支持的數據庫有IBM DB2 9.5、IBM DB2 9.7、Microsoft SQL Server 2008 R2 Express、Microsoft SQL Server 2005/2008/2008 R2、Oracle 10g R2和Oracle 11g；必須安裝Microsoft .net 3.5 SP1 Framework。如果要使用自帶數據庫，還必須安裝Microsoft Windows Installer 4.5（MSI 4.5）。

3.5.3 部署流程 搭建環境準備好后就可以進行安裝部署，按照以下流程依次進行安裝：

安裝ESXi5.5→安裝vCenter及相關組件→安裝vSphere Client客戶端工具→創建虛擬機。

3.5.4 管理虛擬機 在PC機啟動Client程序，輸入vCenter Server服務器名和密碼登錄。右鍵新建虛擬機，然后根據需求配置操作系統版本、CPU、內存、網絡、存儲和SCSI控制器類型等參數，注意CPU核數不能超過物理機，網絡適配器類型默認E1000。配置完成后啟動虛擬機安裝操作系統就可使用了。

3.5.5 管理網絡 虛擬機的網絡[10]通過配置虛擬交換機來實現，通過添加標準虛擬交換機和分布式虛擬交換機，與外部物理交換機相連接進行使用，同樣是在vCenter管理平臺進行操作。為了未來管理需要，添加了一個標準虛擬交換機用于配置vMotion虛擬機遷移網絡，連接到第二塊物理網卡。

4 結語

經過服務器虛擬化改造后，服務器的利用率從之前的不到10%增加到了70%左右，1個管理員就可以輕松管理維護，虛擬數據中心的建設也完成了最重要的基礎搭建。隨著校園信息化建設的推進，新設備也會逐漸增加，經過了虛擬化改造后，我們的設備已經不再是獨立的資源，而是整合成一個“資源池”，新的設備加入，作為管理者只用在vCenter Server中對設備進行添加就可以進行管理。如果需要的服務器不夠或利用率過低，我們也可以在vCenter Server中創建虛擬服務器或整合服務器來實現靈活管理，經過測試，我們的2臺ESXi主機可以支撐近20臺單路6核、4GB內存配置的虛擬機同時運行，整合比接近1：10。虛擬化技術還有許多資源可以挖掘，值得各學院的機房管理人員進行學習和探索。

參考文獻：

[1]李喬，鄭嘯.云計算研究現狀綜述[J].計算機科學，2011，04：32-37.

[2]張耀祥.云計算和虛擬化技術[J].計算機安全，2011，05：80-82.

[3] David B. Henderson .VMware vSphere 5： building a virtual datacenter[J]. Computing reviews， 2013， 54（6）.

[4] 馬博峰.VMware Ctrix和Microsoft虛擬化技術詳解與應用實踐[M].北京：機械工業出版社，2012，11.

[5]VMware.vSphere 5文檔中心.http：//pubs.vmware.com/vsphere-50/index.jsp#com.vmware.vsphere.doc_50/GUID-553E2EBD-6D19-4873-98FD-265B3A92F1F0.html，2016.01.

[6]施慶. 基于VMware vSphere的高校數據中心虛擬化建設研究[D].復旦大學，2012.

[7]白晟，包鋒.基于VMware構建的虛擬實驗教學平臺[J].河北省科學院學報，2016，01：14-17.

[8]李永亮，鄭晨溪. 基于VMware vSphere應用的虛擬化技術[J].科技展望，2015，27：18.

[9]葉建輝.服務器虛擬化技術在高校數據中心的應用探究[J]. 赤峰學院學報（自然科學版），2016，05：30-31.

[10]柳華.服務器虛擬化在高校網絡中的應用[J]. 科技創新與生產力，2016，04：87-88.