基于虛擬化架構(gòu)的智慧數(shù)據(jù)中心應(yīng)用

文/徐金生

1 引言

高速更新迭代的信息技術(shù)，推動(dòng)著虛擬化技術(shù)不斷延伸到各種領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，尤其在提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的數(shù)據(jù)中心環(huán)境中更是廣泛應(yīng)用。無(wú)論在規(guī)模龐大的企業(yè)、高校、科研單位，還是在中小型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的公司、實(shí)驗(yàn)室、中小學(xué)，虛擬化數(shù)據(jù)中心都在穩(wěn)定地運(yùn)行著，或作為第一選項(xiàng)正在準(zhǔn)備中，已然成為當(dāng)前主流的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)模式。虛擬化數(shù)據(jù)中心不但解決了傳統(tǒng)物理架構(gòu)數(shù)據(jù)中心帶來(lái)的各種問(wèn)題，更是跨越性地開(kāi)創(chuàng)一個(gè)全新的工作思路和模式，創(chuàng)造了智慧性的管理價(jià)值。相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者都對(duì)虛擬化的理念、思想、技術(shù)、應(yīng)用等做了深入而全面的研究，文章從實(shí)際的案例研究出發(fā)，在已有的研究成果基礎(chǔ)上，提煉出客觀、真實(shí)的應(yīng)用實(shí)效，并以此來(lái)證實(shí)智慧校園中虛擬化數(shù)據(jù)中心的實(shí)際價(jià)值。

2 虛擬化數(shù)據(jù)中心的智慧性

某中等專業(yè)學(xué)校在智慧校園建設(shè)工作中，通過(guò)引入虛擬化技術(shù)服務(wù)，對(duì)學(xué)校的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了全新的改造。在對(duì)傳統(tǒng)的基于物理服務(wù)器架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行資源整合時(shí)，學(xué)校選擇7臺(tái)（4臺(tái)Dell R730應(yīng)用服務(wù)器和3臺(tái)Dell Storage PS4210存儲(chǔ)服務(wù)器）性能優(yōu)越的設(shè)備部署虛擬化環(huán)境，現(xiàn)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了虛擬化數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)方案，且實(shí)際運(yùn)行狀況一直達(dá)到了預(yù)期效果。相比較于傳統(tǒng)的物理架構(gòu)模式而言，虛擬化環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心管理在實(shí)際應(yīng)用中不斷展示出優(yōu)越的智慧性。

2.1 硬件建設(shè)

提到數(shù)據(jù)中心，給人的第一感覺(jué)就是有很多的硬件設(shè)備堆積在一排排的機(jī)柜中，且隨著應(yīng)用需求而持續(xù)不斷地增加。硬件設(shè)備的持續(xù)堆疊、物理空間的有限使用、資金預(yù)算的重重困難，使得虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中成為首選解決方案。

如表1所示，該中等專業(yè)學(xué)校的數(shù)據(jù)中心硬件建設(shè)數(shù)據(jù)表客觀、真實(shí)地展示出虛擬化數(shù)據(jù)中心在硬件建設(shè)方面的絕對(duì)優(yōu)越性。

2.2 資源性能

如圖1所示，傳統(tǒng)物理架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心完全依賴于相互獨(dú)立的硬件設(shè)備，且各設(shè)備的硬件資源始終都是獨(dú)享的“專款專用”模式。這種架構(gòu)模式的數(shù)據(jù)中心一直都存在著不可解決的幾個(gè)主要問(wèn)題，如穩(wěn)定性無(wú)法得到保障，硬件資源無(wú)法共享使用，不具備彈性擴(kuò)展能力。

虛擬化架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心通過(guò)虛擬化系統(tǒng)軟件將服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件資源虛擬化成抽象的、可動(dòng)態(tài)管理的邏輯資源，以軟件定義的方式重組成一個(gè)可彈性擴(kuò)展、靈活調(diào)配、互通共享的資源池，使得上層的系統(tǒng)軟件、應(yīng)用程序獨(dú)立于底層的硬件設(shè)備。在這個(gè)邏輯資源池中的各種硬件資源，可以被靈活、及時(shí)地分配給所有不同需求級(jí)別的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，徹底消除傳統(tǒng)模式下資源閑置浪費(fèi)或緊缺不夠用的現(xiàn)象。虛擬化技術(shù)本身的DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式資源調(diào)度）、HA（High Availability，高可用性）、vMotion（實(shí)時(shí)遷移或熱遷移）、FT（Fault tolerance，容錯(cuò)）等成熟的技術(shù)也讓虛擬化數(shù)據(jù)中心可以安全、穩(wěn)定、高效地提供計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)。

2.3 維護(hù)管理

傳統(tǒng)物理架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心由于存在設(shè)備型號(hào)不同、管理界面多樣、操作方式不同、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，管理員需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間復(fù)雜的配置、調(diào)試，在不同設(shè)備之間來(lái)回切換，管理工作低效、不安全。虛擬化數(shù)據(jù)中心基于SaaS（Softwareas-a-Service，軟件即服務(wù)）模式，完全依托統(tǒng)一的管理中心如VMware的vCenter server、Hyper-V的SCVMM實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的、智慧的、高效的維護(hù)管理工作。無(wú)論是資源調(diào)配、系統(tǒng)新增，還是安全防護(hù)、數(shù)據(jù)備份，甚至是實(shí)時(shí)監(jiān)控，管理員都可以以更加智慧性的方式在一個(gè)WEB界面完成所有操作，這種操作不僅可以在遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)中心的辦公室里完成，還可以在舒適寬松的家庭里完成，甚至還可以在旅途中、高鐵上、咖啡館等環(huán)境中完成。

2.4 綠色環(huán)保

虛擬化架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心在綠色環(huán)保方面也有著不可獲取的優(yōu)越性，尤其在電能源消耗、噪音污染、輻射污染等方面更是會(huì)有著顯著的措施和成效。

如表2所示，虛擬化數(shù)據(jù)中心在大幅度縮硬件設(shè)備數(shù)量的同時(shí)也大幅度地降低了設(shè)備用電量。除了電能源的節(jié)約，噪音、熱量、輻射等污染的有效控制也是虛擬化數(shù)據(jù)中心的又一成效。在經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行的噪音測(cè)試，16臺(tái)物理服務(wù)器及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在23℃環(huán)境下工作時(shí)的噪聲已經(jīng)超過(guò)65dB(A)，管理人員在此空間中已經(jīng)無(wú)法正常清楚地進(jìn)行交流，且已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)GB50118-2010 民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于學(xué)校建筑中教學(xué)用房?jī)?nèi)的噪聲級(jí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。除了噪聲之外，還有服務(wù)器工作時(shí)排放出的熱量、輻射等污染物，在不同的季節(jié)里，降低熱量所需要的制冷系統(tǒng)也需要持續(xù)工作。但這些排放的染污在虛擬化架構(gòu)的服務(wù)器環(huán)境中，卻因?yàn)樵O(shè)備數(shù)量的大幅度減少而得到有效的降低，以噪聲為例，7臺(tái)服務(wù)器工作時(shí)的噪聲經(jīng)過(guò)設(shè)備檢測(cè)，僅有不到45dB(A)，這已經(jīng)達(dá)到了使人感受聽(tīng)力舒服的級(jí)別。

3 虛擬化數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用瓶頸與未來(lái)發(fā)展方向

從傳統(tǒng)的物理架構(gòu)到當(dāng)前的虛擬化架構(gòu)，數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)模式得到全新的改變，運(yùn)行質(zhì)量得到跨越式的提升，運(yùn)行成本持續(xù)大幅度下降，智慧性在實(shí)際應(yīng)用中得到充分的展示和高度的認(rèn)可。隨著云計(jì)算、云存儲(chǔ)、區(qū)塊鏈、分布式、SDN（Soft Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）等新技術(shù)的不斷應(yīng)用，剛剛占領(lǐng)主流應(yīng)用市場(chǎng)的虛擬化數(shù)據(jù)中心在其實(shí)際應(yīng)用中也開(kāi)始顯現(xiàn)出一些應(yīng)用瓶頸。

表1：某中等專業(yè)學(xué)校數(shù)據(jù)中心硬件建設(shè)數(shù)據(jù)表（部分）

表2：某中等專業(yè)學(xué)校服務(wù)器用電量數(shù)據(jù)表

虛擬化數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用基于SAN（Storage Area Network，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）集中化存儲(chǔ)架構(gòu)，計(jì)算與存儲(chǔ)分離的模式使得不斷指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)存儲(chǔ)的I/O（input/output，輸入/輸出）能力有著更高的要求，即使有多臺(tái)存儲(chǔ)以集群模式提供訪問(wèn)，但存儲(chǔ)之間的數(shù)據(jù)遷移、數(shù)據(jù)的備份和去重、以及存儲(chǔ)資源池的共享等應(yīng)用需求卻得不到更好的解決。

隨 著SDN和NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)功能的可擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性得到了極大的增強(qiáng)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的封閉僵化結(jié)構(gòu)被打破。然后在虛擬化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)模式中，以軟件形式實(shí)現(xiàn)的VNF（Virtualized Network Function，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能）已經(jīng)無(wú)法滿足高速率和低延時(shí)需求場(chǎng)景的應(yīng)用需求。采用基于硬件加速機(jī)制，將數(shù)據(jù)處理任務(wù)化解到各類加速硬件中，采用軟硬件協(xié)同工作的方式提升VNF的數(shù)據(jù)處理性能。這在研究和提升虛擬化數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面有著十分重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)從軟件和硬件強(qiáng)關(guān)聯(lián)的傳統(tǒng)物理架構(gòu)模式過(guò)渡到軟件和硬件解耦的虛擬化架構(gòu)模式，并開(kāi)始朝著計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)與軟件全面融合的超融合架構(gòu)（Hyper-Converged Infrastructure，HCI）模式方向發(fā)展。在技術(shù)的不斷發(fā)展突破中，虛擬化架構(gòu)模式中的應(yīng)用瓶頸將會(huì)逐漸得到解決，但隨之而來(lái)的將是新一代數(shù)據(jù)中心架構(gòu)模式的革新。基于軟件定義、分級(jí)存儲(chǔ)、去重、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮等技術(shù)的應(yīng)用，超融合架構(gòu)采用分布式存儲(chǔ)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、去中心架構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，將會(huì)是第三代數(shù)據(jù)中心架構(gòu)模式的發(fā)展和研究方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖1：物理架構(gòu)與虛擬化架構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖

文章從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，分析實(shí)際案例和真實(shí)數(shù)據(jù)，總結(jié)了當(dāng)前主流的虛擬化數(shù)據(jù)中心在運(yùn)行和維護(hù)中帶來(lái)的智慧性，也進(jìn)一步表明在智慧校園建設(shè)中虛擬化數(shù)據(jù)中心方案的科學(xué)性、實(shí)用性，虛擬化架構(gòu)的智慧數(shù)據(jù)中心將繼續(xù)保持主流趨勢(shì)。技術(shù)應(yīng)用在不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求面前總會(huì)顯示出一些瓶頸和限制，而解決這些瓶頸和限制的新技術(shù)總是層出不窮，虛擬化數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用瓶頸在得到有效解決的同時(shí)，也必然會(huì)跨入一個(gè)全新的超融合架構(gòu)模式中。