服務(wù)器虛擬化在校園網(wǎng)中的應(yīng)用

趙伸軍

（西北工業(yè)學(xué)校 陜西 興平 713100）

1 引言

隨著信息建設(shè)的不斷深入，為提升辦公教學(xué)信息化，學(xué)校陸續(xù)部署了大量的服務(wù)器以滿足信息化建設(shè)需求，但隨著服務(wù)器數(shù)量的急劇增長，服務(wù)器利用率低、整體效率不高、維護(hù)管理成本加大、穩(wěn)定性低等問題也隨之而來。根據(jù)存在的問題現(xiàn)狀，本文探析了服務(wù)器虛擬化技術(shù)在服務(wù)器管理中的應(yīng)用，服務(wù)器虛擬化的部署方案，運用服務(wù)器虛擬化技術(shù)有效解決這些問題，使學(xué)校的信息化工作高效、安全、穩(wěn)定運行。

2 虛擬化概述及構(gòu)架原理

虛擬化技術(shù)指計算機元件在虛擬的基礎(chǔ)上運行[1]，虛擬化技術(shù)是從邏輯上對硬件資源進(jìn)行整合，通過虛擬技術(shù)，可以把一個應(yīng)用系統(tǒng)按照需求虛擬化成多個虛擬服務(wù)器，且各虛擬服務(wù)器相互對立，根據(jù)硬件性能，操作系統(tǒng)的實際負(fù)載情況統(tǒng)一分配、回收物理資源，這種方法提高了服務(wù)器物理資源的利用率。

服務(wù)器虛擬化（Server Virtualization）[2]就是使多個虛擬操作系統(tǒng)可以在同一臺主機上同時運行，通過虛擬化技術(shù)可以充分發(fā)揮計算機的硬件性能。服務(wù)器虛擬機分為兩大類：寄生架構(gòu)（基于操作系統(tǒng)的虛擬化），原生架構(gòu)（基于硬件的虛擬化）。

寄生架構(gòu)，是在一個已存在的操作系統(tǒng)上安裝虛擬化軟件，然后利用虛擬機軟件創(chuàng)建和管理虛擬機。它的優(yōu)點是宿主操作系統(tǒng)可以提供對硬件設(shè)備的必要支持，兼容性較好，操作系統(tǒng)虛擬化可有效地解決硬件不兼容現(xiàn)象。缺點是宿主操作系統(tǒng)消耗CPU、內(nèi)存和其他硬件IT資源，用戶調(diào)用需要穿越多個層次，整體運行性能較低。

原生架構(gòu)，也就是基于硬件的虛擬化，其硬件資源管理層可直接接管硬件資源并提供給客戶虛擬機使用[3]，虛擬服務(wù)器和硬件的交互省去了中間環(huán)節(jié)——宿主操作系統(tǒng)，所以其虛擬化一般更高效。缺點是硬件設(shè)備的兼容性較差，虛擬化層直接與主機硬件進(jìn)行交流，要求所有相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動和支撐軟件都要和虛擬機管理程序兼容。

3 服務(wù)器虛擬化應(yīng)用設(shè)計

學(xué)校在原中心機房進(jìn)行了多次小規(guī)模的升級改造，陸續(xù)增加了多臺服務(wù)器，但由于缺乏整體規(guī)劃、項目資金緊張等原因，導(dǎo)致中心機房的服務(wù)器品牌五花八門，在這些服務(wù)器上部署的操作系統(tǒng)也不盡相同。硬件品牌與操作系統(tǒng)的多樣化極大地增加了管理的難度，使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性大大降低，如當(dāng)承載某項服務(wù)的服務(wù)器宕機，由于沒有與這臺服務(wù)器同配置的服務(wù)替代，最終導(dǎo)致這項服務(wù)提供終止。

為解決此問題，需要高配置的服務(wù)器支撐，用高配置服務(wù)器虛擬出多臺邏輯服務(wù)器，各應(yīng)用程序相互獨立互不影響[4]，當(dāng)某臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時，其他相同配置與應(yīng)用的虛擬服務(wù)器會直接接管故障服務(wù)器的所有任務(wù)，繼續(xù)進(jìn)行服務(wù)，從而大大提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性。在做虛擬服務(wù)器時，虛擬化產(chǎn)品選擇至關(guān)重要，經(jīng)過多方考察和調(diào)研，確定使用Vmware公司產(chǎn)品來部署虛擬化平臺，該產(chǎn)品部署的虛擬服務(wù)器具有運行穩(wěn)定，服務(wù)可靠且系統(tǒng)安全性高等特點[5]，并且在后期的長時間使用中，除產(chǎn)品版本升級或更新外，VMware ESX可以一直穩(wěn)定運行。

SAN是一個集中式管理的高速存儲網(wǎng)絡(luò)，可被用來繞過傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，它支持服務(wù)器與存儲設(shè)備之間的直接高速數(shù)據(jù)傳輸[6]。為了數(shù)據(jù)的安全與高效傳輸，在設(shè)計虛擬化服務(wù)器時，往往會把數(shù)據(jù)和應(yīng)用相分離，本地硬盤不保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)全部在安全性極高的共享存儲上保存，這樣即使虛擬服務(wù)器出現(xiàn)故障，其所承載的數(shù)據(jù)資料仍然完全安全。

新購具備HBA卡的服務(wù)器，使用光交換機把原SAN網(wǎng)絡(luò)存儲與虛擬化服務(wù)器連接，共享之前的存儲空間，實現(xiàn)虛擬服務(wù)器與SAN網(wǎng)絡(luò)存儲的資源整合[7]。

4 服務(wù)器現(xiàn)狀及需求

學(xué)校中心機房原提供的服務(wù)有Web、FTP、電子圖書、DHCP、系統(tǒng)認(rèn)證等應(yīng)用服務(wù)，這些服務(wù)每項占用一臺物理服務(wù)器與部分存儲容量。截至2015年學(xué)校已有服務(wù)器8臺，但由于服務(wù)器老舊，大多服役年限已近9年。雖然部分服務(wù)器能正常運行，可由于性能太低，其所承載的服務(wù)不是無法運行就是服務(wù)質(zhì)量較低，本次校園網(wǎng)改造升級，根據(jù)校園網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)需求，在保證前期應(yīng)用服務(wù)存在的前提下，還需再增加課件視頻點播服務(wù)和辦公軟件考試系統(tǒng)。按傳統(tǒng)方式，為滿足要求需更換先前的8臺服務(wù)器，再新購置兩臺高性能服務(wù)器，總計新購10臺服務(wù)器用于本次服務(wù)器改造升級。表1為原有服務(wù)器軟硬件情況表。

表1 原有服務(wù)器軟硬件情況表

5 服務(wù)器虛擬化方案設(shè)計

采用虛擬化軟件Vmware，在學(xué)校新購置的兩臺高性能服務(wù)器上進(jìn)行虛擬部署，具體部署方案為：采用兩臺高配置服務(wù)器，一套IP SAN網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備，一套虛擬化管理系統(tǒng)[8]。詳細(xì)任務(wù)：先虛擬部署先前的Web、FTP、電子圖書、DHCP、系統(tǒng)認(rèn)證等8項應(yīng)用服務(wù)，再虛擬部署后期新增的課件視頻點播服務(wù)和辦公軟件考試系統(tǒng)2項服務(wù)，總計虛擬出10臺虛擬服務(wù)器，具體策略以各項服務(wù)的配置與系統(tǒng)開銷進(jìn)行部署，進(jìn)一步達(dá)到各項系統(tǒng)服務(wù)的負(fù)載均衡，使數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性和可靠性得到有力保障。HP DL165G7服務(wù)器性能參數(shù)見表2。

表2 HP DL165G7服務(wù)器性能參數(shù)

6 虛擬化服務(wù)器部署

結(jié)合虛擬化架構(gòu)，采用VMware虛擬化軟件實施部署基礎(chǔ)平臺。首先把VMware ESX Server虛擬主機系統(tǒng)軟件部署在新購的兩臺服務(wù)器底層硬件上，把部署了ESX系統(tǒng)的兩臺服務(wù)器連接到網(wǎng)絡(luò)存儲LUN上，兩臺服務(wù)器通過交互式地址解析建立虛擬化集群。然后，通過部署VMware vCenter[9]管理應(yīng)用軟件對虛擬化集群做統(tǒng)一的管理，配置對應(yīng)的資源池對資源實施合理分配。最后，配置虛擬服務(wù)器，設(shè)定虛擬服務(wù)器的詳細(xì)參數(shù)配置及網(wǎng)絡(luò)類型等，利用Virtua Center管理平臺部署多種服務(wù)器應(yīng)用系統(tǒng)，使應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性等大大提高。

經(jīng)過虛擬化服務(wù)器部署后，學(xué)校新的應(yīng)用服務(wù)部署情況見表3。

表3 學(xué)校應(yīng)用服務(wù)部署情況

7 服務(wù)器虛擬化效果

服務(wù)器的虛擬化整合，把學(xué)校中心機房原有和新購總計10臺應(yīng)用服務(wù)器，經(jīng)過虛擬化平臺整合到2臺服務(wù)器和1套IP SAN網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備上，充分發(fā)揮了ESX的優(yōu)勢，服務(wù)器的均使用率由原來的10%左右上升到70%左右[10]，使服務(wù)器硬件資源得到了充分的利用。從此項目費用開支上看，按傳統(tǒng)方式，實現(xiàn)這些校園服務(wù)需購置至少10臺服務(wù)器來完成，而運用虛擬化技術(shù)，只需購置兩臺高性能服務(wù)器就可以出色完成任務(wù)，由此可見，利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)一方面節(jié)約了大量設(shè)備費用開支，另一方面節(jié)約了設(shè)備部署空間，為后期服務(wù)器拓展留下了充足的部署空間。此外，伴隨實體服務(wù)器減少，中心機房功耗也隨之大大降低，機房設(shè)備散熱量減少，空調(diào)制冷負(fù)擔(dān)減輕，最終為學(xué)校的電費支出省出了一大筆費用。