服務(wù)器虛擬化技術(shù)在設(shè)計(jì)院信息化建設(shè)管理中的應(yīng)用實(shí)踐

張運(yùn)濤

摘 要 本文從技術(shù)引入、部署實(shí)施、IT管理創(chuàng)新等方面，論述了服務(wù)器虛擬化技術(shù)的基本原理和架構(gòu)，在某設(shè)計(jì)院信息化建設(shè)管理中的設(shè)計(jì)思路，實(shí)施效果和重要價(jià)值。

關(guān)鍵詞 服務(wù)器；虛擬化；云計(jì)算；信息化；管理；應(yīng)用

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）211-0147-02

某設(shè)計(jì)院信息化基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)為傳統(tǒng)形式，包括星型以太網(wǎng)，路由交換設(shè)備，服務(wù)器群，NAS存儲(chǔ)，安全設(shè)備群等組成部分，是典型的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。目前，隨著公司業(yè)務(wù)發(fā)展，應(yīng)用服務(wù)數(shù)量及量級(jí)持續(xù)增長(zhǎng)，舊有IT基礎(chǔ)設(shè)施頻繁出現(xiàn)持續(xù)高負(fù)荷狀態(tài)，可靠性下降。考慮公司信息化建設(shè)的現(xiàn)狀和規(guī)劃，云計(jì)算等新的IT建設(shè)管理服務(wù)模式逐漸成熟，傳統(tǒng)IT架構(gòu)和管理模式已不適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，亟待進(jìn)行改造升級(jí)，以保障信息系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)科研業(yè)務(wù)有序開(kāi)展。

1 服務(wù)器虛擬化技術(shù)引入

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是云服務(wù)架構(gòu)中計(jì)算能力的典型表現(xiàn)方式，通過(guò)將物理硬件資源抽象為邏輯資源，將差異化的硬件封裝，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用與硬件隔離。從而極大提高資源利用率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理，整合計(jì)算力，使IT基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)業(yè)務(wù)的變化更具適應(yīng)力。

考慮某設(shè)計(jì)院的軍工背景和企業(yè)性質(zhì)，IT基礎(chǔ)設(shè)施改造以建設(shè)注重?cái)?shù)據(jù)安全性的私有云服務(wù)模式為總體思路。私有云模式要求企業(yè)自行建設(shè)IT基礎(chǔ)設(shè)施，由于總體投資巨大，因此按照循序漸進(jìn)，先易后難，分步投資的原則，首先進(jìn)行服務(wù)器虛擬化改造。

2 服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，一方面考慮設(shè)計(jì)院的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，使服務(wù)器虛擬化技術(shù)和核四院現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，發(fā)揮獨(dú)有優(yōu)勢(shì)和價(jià)值；另一方面，初步搭建云計(jì)算運(yùn)行管理模式，為未來(lái)私有云建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)連接

硬件服務(wù)器，vShpere虛擬化管理平臺(tái)（包括ESXi Server，vCenter，HA，vMotion，DRS等組件），虛擬化專用FC-SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，作為邏輯整體接入原服務(wù)器網(wǎng)段，多物理網(wǎng)卡綁定以擴(kuò)展宿主服務(wù)器與核心交換機(jī)之間的帶寬。

2.2 設(shè)備選型

設(shè)計(jì)院行業(yè)主要以日常辦公、三維圖形、科研計(jì)算為主要應(yīng)用，在服務(wù)器配置方面應(yīng)在預(yù)算允許的情況下，提高單臺(tái)服務(wù)器配置，以提供更好的峰值性能。

2.3 規(guī)劃容量設(shè)計(jì)

計(jì)劃遷移至虛擬服務(wù)器的固定應(yīng)用主要分為系統(tǒng)管理，安全防護(hù)，通用服務(wù)，專業(yè)軟件等幾類共約30個(gè)左右，按照平均每個(gè)虛擬機(jī)50GB的預(yù)分配容量，并保留1.5倍冗余，使用約3TB的SAN存儲(chǔ)分區(qū)。采用Thin Provision磁盤(pán)置備方式以更靈活地利用磁盤(pán)資源。SAN存儲(chǔ)上劃分獨(dú)立區(qū)域作為VDP虛擬機(jī)專用備份區(qū)。

2.4 高可用性

采用多臺(tái)物理主機(jī)組成HA群集，vSphere HA可將虛擬機(jī)及其駐留主機(jī)集中于群集內(nèi)，為虛擬機(jī)提供高可用性，如其中一臺(tái)主機(jī)發(fā)生故障，故障主機(jī)上的虛擬機(jī)將在另外一臺(tái)主機(jī)上重新啟動(dòng)。

2.5 存儲(chǔ)

原則上虛擬服務(wù)器應(yīng)使用ESXi提供的主機(jī)級(jí)存儲(chǔ)虛擬化，即邏輯方式從虛擬機(jī)中抽象物理存儲(chǔ)器層。共享存儲(chǔ)方式使虛擬化應(yīng)用在本身并不支持的情況下自然獲得了故障轉(zhuǎn)移，負(fù)載均衡等高可用特性。

3 服務(wù)器虛擬化技術(shù)平臺(tái)，運(yùn)行環(huán)境的部署

服務(wù)器虛擬化技術(shù)平臺(tái)，主要由以下要素構(gòu)成。

3.1 硬件設(shè)施

考慮系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，首期工程使用兩臺(tái)物理服務(wù)器組成數(shù)據(jù)中心資源池，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)故障轉(zhuǎn)移群集及負(fù)載均衡，未來(lái)也可通過(guò)增加池中服務(wù)器數(shù)量來(lái)持續(xù)擴(kuò)展計(jì)算能力。虛擬化物理主機(jī)位于原服務(wù)器網(wǎng)段，綁定兩個(gè)千兆網(wǎng)口與核心交換機(jī)千兆模塊板進(jìn)行雙路連接，擴(kuò)展帶寬及增強(qiáng)可靠性。通過(guò)光纖交換機(jī)連接磁盤(pán)陣列組成FC SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

3.2 虛擬化核心軟件組件（嵌入式或服務(wù)式）

基于性能及穩(wěn)定性考慮，采用嵌入式部署ESXi系統(tǒng)，資源利用率相對(duì)較高。配備Linux核心的vCenter管理服務(wù)，VDP數(shù)據(jù)備份服務(wù)，通過(guò)Web界面，客戶端程序等多種方式可進(jìn)行虛擬化平臺(tái)的日常管理。

3.3 核心技術(shù)和邏輯架構(gòu)

服務(wù)器虛擬化的核心技術(shù)，即硬件抽象層，工作在硬件服務(wù)器上，將物理硬件（CPU，內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)，磁盤(pán)等）抽象為可靈活分配，變更，回收的計(jì)算資源。其中最底層為基礎(chǔ)物理硬件，包括高性能服務(wù)器，模塊化可擴(kuò)展的存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)交換機(jī)等，支撐服務(wù)器虛擬化整體架構(gòu)的運(yùn)行，虛擬化平臺(tái)作為硬件抽象層，提供一體化解決方案，統(tǒng)籌解決虛擬服務(wù)器信息安全，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份等管理要素。

4 服務(wù)器虛擬化技術(shù)為企業(yè)IT管理模式帶來(lái)的變革和重要價(jià)值

在不改變管理和技術(shù)架構(gòu)的情況下，傳統(tǒng)信息化基礎(chǔ)建設(shè)管理模式中長(zhǎng)期存在的多種頑疾難以徹底根除。例如由于業(yè)務(wù)發(fā)展，信息系統(tǒng)不斷增加，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模持續(xù)增大，多種類型軟硬件設(shè)備之間的耦合，導(dǎo)致了系統(tǒng)集成的高復(fù)雜度，進(jìn)而引發(fā)了部署實(shí)施成本高，管理運(yùn)維成本高，故障率高，解決難度高，靈活性差，業(yè)務(wù)應(yīng)用故障恢復(fù)不及時(shí)等一系列問(wèn)題，傳統(tǒng)的用于提高可靠性的如多節(jié)點(diǎn)故障轉(zhuǎn)移群集等技術(shù)手段部署和管理成本亦居高不下，后期運(yùn)維管理也需要由專業(yè)IT運(yùn)維管理團(tuán)隊(duì)來(lái)進(jìn)行，IT總擁有成本已成為企業(yè)的沉重負(fù)擔(dān)。

服務(wù)器虛擬化作啟動(dòng)了企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理運(yùn)維變革，管理對(duì)象從數(shù)量確定，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)固定的有形實(shí)體設(shè)備，變?yōu)榱藬?shù)量，性能，配置，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不確定，而完全由管理者進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計(jì)，即時(shí)變更調(diào)整的計(jì)算資源。

相對(duì)于傳統(tǒng)模式，服務(wù)器虛擬化的另外一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在硬件資源利用效率，長(zhǎng)期的IT管理實(shí)踐表明，服務(wù)器硬件安裝調(diào)整完畢后，用途基本固定，多數(shù)服務(wù)器系統(tǒng)資源占用長(zhǎng)年處于較低水平，實(shí)質(zhì)上造成了IT投資的巨大浪費(fèi)。服務(wù)器虛擬化技術(shù)帶來(lái)了系統(tǒng)資源的彈性使用。服務(wù)器虛擬化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)的物理資源和新的虛擬資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理，可從全局而非割裂地管理資源，統(tǒng)一管理與自動(dòng)化將成為IT管理的必然趨勢(shì)。

5 典型案例

ANSYS有限元分析軟件是典型的科研設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，對(duì)于CPU和內(nèi)存資源有較高需求，傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，我們會(huì)購(gòu)置高性能的，價(jià)格昂貴的服務(wù)器或工作站來(lái)運(yùn)行它。

在公司已有的運(yùn)行計(jì)算軟件的工作站中，我們了解到很多問(wèn)題，主要有以下方面。

1）全年至少70%的時(shí)間，用于計(jì)算的服務(wù)器或工作站是停止或關(guān)閉的，這部分投資未發(fā)揮任何作用。

2）根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展或不同項(xiàng)目需求，當(dāng)計(jì)算負(fù)荷提高到一定程度后，發(fā)現(xiàn)要進(jìn)行實(shí)體硬件的性能升級(jí)是復(fù)雜的，需要考慮多種兼容問(wèn)題，并且很可能帶來(lái)穩(wěn)定性的下降，而購(gòu)買(mǎi)全新硬件意味著更大程度的浪費(fèi)。

3）單臺(tái)工作站性能有限，某些情況下，希望有極高的硬件性能在較短時(shí)間內(nèi)獲得結(jié)果，但硬件本身限制了這種想法的實(shí)現(xiàn)。

ANSYS運(yùn)行在虛擬服務(wù)器之后，解決了很多傳統(tǒng)模式下的弊端。

首先，虛擬服務(wù)器性能是彈性的，ANSYS未運(yùn)行時(shí)，預(yù)分配的計(jì)算資源和所有虛擬服務(wù)器共享，閑置計(jì)算資源可以被調(diào)度用來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，也可在夜間集中起來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，完整性檢查等消耗較高的維護(hù)工作。

其次，虛擬服務(wù)器性能不能滿足需求時(shí)，可即時(shí)進(jìn)行提升，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展及變更情況，ANSYS軟件初期使用8核心處理器，24GB內(nèi)存進(jìn)行計(jì)算，本年度需求提高到20核心，64GB內(nèi)存，這個(gè)調(diào)整是即時(shí)的，對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行沒(méi)有影響，從效率和可靠性等方面是傳統(tǒng)硬件方式無(wú)法比擬的。如有必要，虛擬服務(wù)器可將自身計(jì)算能力提高到實(shí)體物理服務(wù)器的極限，帶來(lái)巨大的性能提升，完成一些非常態(tài)的，對(duì)時(shí)間要求迫切的計(jì)算任務(wù)。

6 結(jié)論

作為云計(jì)算的核心技術(shù)，服務(wù)器虛擬化極大地降低了企業(yè)IT管理成本，提高了管理效率，降低了業(yè)務(wù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，更好地保障數(shù)據(jù)安全性。服務(wù)器虛擬化項(xiàng)目的成功實(shí)施，確立了未來(lái)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的宏觀技術(shù)架構(gòu)，是今后云服務(wù)，軟件定義數(shù)據(jù)中心建設(shè)的重要支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]韓德志，李楠楠，畢坤.云環(huán)境下的虛擬化技術(shù)探析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（S1）：262-265.

[2]朱小棟，高春昌，王恒山.引入資源即服務(wù)的云計(jì)算架構(gòu)及其應(yīng)用[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（3）：289-293.

[3]方巍，文學(xué)志，潘吳斌，等.云計(jì)算：概念、技術(shù)及應(yīng)用研究綜述[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（4）：351-361.

[4]李西岳.基于服務(wù)器虛擬化技術(shù)的構(gòu)建、測(cè)試和建議[J].電力與能源，2012（5）：449-455.