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[摘 要]高校数据中心业务的快速增长和系统升级总是要求IT基础设施不断扩展,在陆续增加服务器设备以支持新应用的同时,也导致数据中心面临系统管理复杂、资源利用率低、灵活性和可靠性降低等问题。利用虚拟化技术可将多种应用进行整合,“按需规划”数据中心的虚拟化环境,不仅可以提高服务器的使用效率,降低运行成本,而且可以简化服务器管理模式,提高数据中心的管理与服务保障水平。
[关键词]VMware;数据中心;虚拟化
doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.16.021
[中图分类号]TP3[文献标识码]A[文章编号]1673-0194(2009)16-0065-02
1 问题的提出
信息技术的高速发展,使得高校信息化建设取得了长足的进步。国内大部分高校均已部署了一定规模的网络应用,初步建立了网络办公、网络教学、网络通信、综合教务、科研信息、设备资产和综合信息服务等应用管理系统。高校的信息化建设水平,对教学质量和科研质量的影响越来越大。
但伴随着高校网络规模的日益扩大和应用的增多,高校数据中心在管理上也暴露出很多的局限和困惑。例如,服务器和存储的数量越来越大,多数应用对应着一台物理服务器,有相当部分应用服务器运行负荷较轻,没有得到充分利用。高校数据中心在管理和维护大量服务器时,面临系统管理复杂、资源利用率低、安全控制与数据备份困难等问题。如何解决上述问题成为高校数据中心建设与运行管理中重点考虑的因素。将虚拟化技术应用到高校数据中心建设中,可较好地解决当前数据中心面临的一系列问题。
2 当前高校数据中心管理现状
(1)维护量增大,管理水平偏低
快速增长的应用使得数据中心服务器的数目不断上升,机房中堆满了不同时期采购的不同的基础设施。系统状况越来越复杂,很难实现统一自动化管理。目前主要以手工管理为主,维护的工作量逐步加大。
(2)故障率偏高,服务保障水平较低
由于缺乏系统的规划,各种应用大都采用独立服务器的方式进行部署,故障点比较多,一旦服务器出现问题就会导致应用瘫痪。管理员疲于安装服务器应用平台、更换硬件、系统升级、病毒查杀、系统漏洞扫描等这些维护操作,并且硬件设备的多样性导致系统恢复需要较长时间。较低的服务保障水平严重影响了学校教学、科研工作的正常开展。
(3)资源分配不合理,利用率较低
由于资源利用率不高,使得快速发展的高校数字化校园的网络资源十分紧张。各种应用如教学课件、教务系统、教务系统、邮件系统、财务系统、科技管理系统、后勤管理系统、各种开发环境下的部门网站、各种基本的网络功能应用等均对现有硬件资源产生了巨大的压力。但同时很多独立服务器的利用率不高,平均在20%左右。为避免冲突,这些利用率很低的独立服务器又无法投入到其他应用,造成资源闲置浪费,不仅占据了机房空间,而且增加了电力供应和制冷的能源消耗。
(4)安全控制与数据备份困难
应用环境复杂,不同的硬件平台与操作系统给系统备份与快速恢复带来了困难。管理员难以对不同的系统进行统一的数据备份,不能快速恢复软件系统。
3 基于VMware的数据中心虚拟化管理
3.1 虚拟化技术
虚拟化是一种从逻辑角度出发的资源配置技术,是物理实际的逻辑抽象。一台计算机,使用虚拟技术,可以看做是多台计算机,每台都有其各自的
CPU、内存、硬盘等物理资源。虚拟化技术实现了软件跟硬件的分离,让资源的使用方式更具效率。用户不需要考虑后台的具体硬件实现,而只需在虚拟层环境上运行自己的系统和软件,而这些系统和软件在运行时,也似乎跟后台的物理平台无关。
3.2 虚拟化软件平台
目前成熟的数据中心虚拟化方案有VMWARE公司的VMware Infrastructure 3,它主要由ESX Server和Virtual Center以及Vmware Infrastructure Client三个部分组成。
VMware ESX Server直接构建于硬件层之上,它将处理器、内存、存储器、网络和一些I/O设备资源抽象到多个虚拟机中。这些虚拟机之间相对独立,各自拥有虚拟的CPU、内存、存储器、网卡等资源,每个虚拟机再在这些抽象的资源上运行自己不同的操作系统和应用程序。支持Windows、Linux、Netware、Solairs等32位与64位的操作系统。VMware ESX Server是目前校园网数据中心这类中型虚拟化应用的最佳软件平台。
3.3 虚拟化管理特点
(1)改善资源分配,提高资源利用率
利用虚拟化技术,数据中心可以按照不同业务所需资源的不同,动态地对物理服务器进行虚拟分区,提供最合适的虚拟环境,极大地提高了每台服务器的利用率,也使得资源分配更加合理。VMware VMotion 还能使群集内的虚拟机与主机之间的映射进行自动的和不间断的优化,以最大程度地提高硬件的利用率、灵活度和可用性。
(2)资源整合管理,提高服务保障水平
服务器整合改变了基础设施复杂的现状,管理人员可对多台服务器进行集中管理。VMware Server提供了基于IP地址的虚拟机网络远程管理功能,系统管理员可在任何地方通过互联网对虚拟机进行BIOS级管理与监控。通过直观的Web管理界面管理员可远程开关重启动每个虚拟机,观察宿主机与每个虚拟机的运行时间,CPU、内存等使用情况,完成新建、导入虚拟机,改变虚拟机的硬件配置,调整虚拟机的BIOS参数,对运行中的虚拟机进行软件安装与调试等工作。灵活的集中管理模式使管理员从简单机械的重复操作中解脱出来,极大地降低了管理工作量。
(3)降低单点故障,增强系统可移植性
服务器合并后,减少了需要管理的物理服务器数量,降低了单点故障率。VMware VMotion可以在服务器需要维护升级时动态将虚拟机迁移到其他的物理服务器。虚拟机的实时迁移可以使数据中心在执行硬件维护时无需调配停机时间及中断业务操作,做到了停物理硬件、不停应用。当服务器恢复时,系统又会将部分虚拟机迁移回来,以实现负载均衡,确保所有应用服务全天候正常运转,从而提高了服务保障水平。
(4)节约能源,减少运行成本
网络机房一直是学校的用电大户,运用虚拟化技术将多种业务整合到一台物理服务器上后,降低了电力供应和制冷的能源消耗,为学校节约大量的用电费用。
4 虚拟化管理的实施建议
数据中心实施虚拟化技术,需要充分考虑以下几方面因素:
(1)统筹规划,分步实施
在实施虚拟化过程中, 需要对高校现有资源及资源的使用状态进行充分调研与论证,要根据高校数据中心的资源状况,制订系统的实施规划,确定纳入虚拟化管理的教学资源, 要根据系统资源的不同应用类型,制定相应的虚拟化策略及资源调度策略。
①分析各应用系统对计算机资源的需求。将一个应用系统迁移到虚拟机中,需评估应用对CPU、内存、I/O设备的需求。
②拟整合的物理服务器数量。需要平衡整合服务数量与宿主机硬件性价比之间的关系。
③虚拟机运行的操作系统类型。分析是否需要多种操作系统的虚拟机同时运行。
④采用何种虚拟化技术以及虚拟机实施的软件费用。
(2)避免盲目强行虚拟化
哪些应用需要虚拟化要根据数据中心的实际应用情况来分析。一是高性能计算就不适合采用虚拟化技术,因为高性能计算会将处理器当中的每一份潜力都压榨干净,其CPU利用率非常高。二是视频服务这类连续占用计算机资源的应用并不适合迁移到虚拟机中。三是大负载应用需要占用大量的I/O和内存资源,一般也不适合同其他应用程序共享服务器硬件。四是对于重要的应用,仍然可以通过双机备份的形式来保障应用的可靠性。
(3)技术与管理并重
在实施虚拟化管理过程中,既涉及如何将物理资源虚拟化的问题,又涉及管理虚拟环境的问题,这是虚拟化管理的两个支撑点。从技术角度而言,资源虚拟化的技术方案要具体,从管理角度考虑,虚拟化管理更要规范。因此,在高校数据中心中,既要重视物理环境的管理,更要重视虚拟环境的管理。
5 结束语
21世纪是信息爆炸的时代,高校对数据中心的管理有了更高的要求。对数据中心而言,虚拟化的魅力正在不断展现,从发展趋势看,高校数据中心应该向更加智能、更加节能的方向发展。所谓更加智能,就是要应用多种自动化的管理方案,提升数据中心的管理能力,简化数据中心的管理。而所谓更加节能,就是应用一些新的技术,采用诸如虚拟化技术和产品来整合传统的数据中心,以便降低数据中心的能耗。
主要参考文献
[1] 陈桂林,邱克,李艺.基于网络的高校资源虚拟化管理探讨[J]. 中国高教研究,2008(7).
[2] 何禹,胡宇鸿,王一波.虚拟化技术在校园网数据中心的应用[J]. 电子科技大学学报,2007(12).
[3] 鲁松.计算机虚拟化技术及应用[M]. 北京:机械工业出版社,2008.
[关键词]VMware;数据中心;虚拟化
doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.16.021
[中图分类号]TP3[文献标识码]A[文章编号]1673-0194(2009)16-0065-02
1 问题的提出
信息技术的高速发展,使得高校信息化建设取得了长足的进步。国内大部分高校均已部署了一定规模的网络应用,初步建立了网络办公、网络教学、网络通信、综合教务、科研信息、设备资产和综合信息服务等应用管理系统。高校的信息化建设水平,对教学质量和科研质量的影响越来越大。
但伴随着高校网络规模的日益扩大和应用的增多,高校数据中心在管理上也暴露出很多的局限和困惑。例如,服务器和存储的数量越来越大,多数应用对应着一台物理服务器,有相当部分应用服务器运行负荷较轻,没有得到充分利用。高校数据中心在管理和维护大量服务器时,面临系统管理复杂、资源利用率低、安全控制与数据备份困难等问题。如何解决上述问题成为高校数据中心建设与运行管理中重点考虑的因素。将虚拟化技术应用到高校数据中心建设中,可较好地解决当前数据中心面临的一系列问题。
2 当前高校数据中心管理现状
(1)维护量增大,管理水平偏低
快速增长的应用使得数据中心服务器的数目不断上升,机房中堆满了不同时期采购的不同的基础设施。系统状况越来越复杂,很难实现统一自动化管理。目前主要以手工管理为主,维护的工作量逐步加大。
(2)故障率偏高,服务保障水平较低
由于缺乏系统的规划,各种应用大都采用独立服务器的方式进行部署,故障点比较多,一旦服务器出现问题就会导致应用瘫痪。管理员疲于安装服务器应用平台、更换硬件、系统升级、病毒查杀、系统漏洞扫描等这些维护操作,并且硬件设备的多样性导致系统恢复需要较长时间。较低的服务保障水平严重影响了学校教学、科研工作的正常开展。
(3)资源分配不合理,利用率较低
由于资源利用率不高,使得快速发展的高校数字化校园的网络资源十分紧张。各种应用如教学课件、教务系统、教务系统、邮件系统、财务系统、科技管理系统、后勤管理系统、各种开发环境下的部门网站、各种基本的网络功能应用等均对现有硬件资源产生了巨大的压力。但同时很多独立服务器的利用率不高,平均在20%左右。为避免冲突,这些利用率很低的独立服务器又无法投入到其他应用,造成资源闲置浪费,不仅占据了机房空间,而且增加了电力供应和制冷的能源消耗。
(4)安全控制与数据备份困难
应用环境复杂,不同的硬件平台与操作系统给系统备份与快速恢复带来了困难。管理员难以对不同的系统进行统一的数据备份,不能快速恢复软件系统。
3 基于VMware的数据中心虚拟化管理
3.1 虚拟化技术
虚拟化是一种从逻辑角度出发的资源配置技术,是物理实际的逻辑抽象。一台计算机,使用虚拟技术,可以看做是多台计算机,每台都有其各自的
CPU、内存、硬盘等物理资源。虚拟化技术实现了软件跟硬件的分离,让资源的使用方式更具效率。用户不需要考虑后台的具体硬件实现,而只需在虚拟层环境上运行自己的系统和软件,而这些系统和软件在运行时,也似乎跟后台的物理平台无关。
3.2 虚拟化软件平台
目前成熟的数据中心虚拟化方案有VMWARE公司的VMware Infrastructure 3,它主要由ESX Server和Virtual Center以及Vmware Infrastructure Client三个部分组成。
VMware ESX Server直接构建于硬件层之上,它将处理器、内存、存储器、网络和一些I/O设备资源抽象到多个虚拟机中。这些虚拟机之间相对独立,各自拥有虚拟的CPU、内存、存储器、网卡等资源,每个虚拟机再在这些抽象的资源上运行自己不同的操作系统和应用程序。支持Windows、Linux、Netware、Solairs等32位与64位的操作系统。VMware ESX Server是目前校园网数据中心这类中型虚拟化应用的最佳软件平台。
3.3 虚拟化管理特点
(1)改善资源分配,提高资源利用率
利用虚拟化技术,数据中心可以按照不同业务所需资源的不同,动态地对物理服务器进行虚拟分区,提供最合适的虚拟环境,极大地提高了每台服务器的利用率,也使得资源分配更加合理。VMware VMotion 还能使群集内的虚拟机与主机之间的映射进行自动的和不间断的优化,以最大程度地提高硬件的利用率、灵活度和可用性。
(2)资源整合管理,提高服务保障水平
服务器整合改变了基础设施复杂的现状,管理人员可对多台服务器进行集中管理。VMware Server提供了基于IP地址的虚拟机网络远程管理功能,系统管理员可在任何地方通过互联网对虚拟机进行BIOS级管理与监控。通过直观的Web管理界面管理员可远程开关重启动每个虚拟机,观察宿主机与每个虚拟机的运行时间,CPU、内存等使用情况,完成新建、导入虚拟机,改变虚拟机的硬件配置,调整虚拟机的BIOS参数,对运行中的虚拟机进行软件安装与调试等工作。灵活的集中管理模式使管理员从简单机械的重复操作中解脱出来,极大地降低了管理工作量。
(3)降低单点故障,增强系统可移植性
服务器合并后,减少了需要管理的物理服务器数量,降低了单点故障率。VMware VMotion可以在服务器需要维护升级时动态将虚拟机迁移到其他的物理服务器。虚拟机的实时迁移可以使数据中心在执行硬件维护时无需调配停机时间及中断业务操作,做到了停物理硬件、不停应用。当服务器恢复时,系统又会将部分虚拟机迁移回来,以实现负载均衡,确保所有应用服务全天候正常运转,从而提高了服务保障水平。
(4)节约能源,减少运行成本
网络机房一直是学校的用电大户,运用虚拟化技术将多种业务整合到一台物理服务器上后,降低了电力供应和制冷的能源消耗,为学校节约大量的用电费用。
4 虚拟化管理的实施建议
数据中心实施虚拟化技术,需要充分考虑以下几方面因素:
(1)统筹规划,分步实施
在实施虚拟化过程中, 需要对高校现有资源及资源的使用状态进行充分调研与论证,要根据高校数据中心的资源状况,制订系统的实施规划,确定纳入虚拟化管理的教学资源, 要根据系统资源的不同应用类型,制定相应的虚拟化策略及资源调度策略。
①分析各应用系统对计算机资源的需求。将一个应用系统迁移到虚拟机中,需评估应用对CPU、内存、I/O设备的需求。
②拟整合的物理服务器数量。需要平衡整合服务数量与宿主机硬件性价比之间的关系。
③虚拟机运行的操作系统类型。分析是否需要多种操作系统的虚拟机同时运行。
④采用何种虚拟化技术以及虚拟机实施的软件费用。
(2)避免盲目强行虚拟化
哪些应用需要虚拟化要根据数据中心的实际应用情况来分析。一是高性能计算就不适合采用虚拟化技术,因为高性能计算会将处理器当中的每一份潜力都压榨干净,其CPU利用率非常高。二是视频服务这类连续占用计算机资源的应用并不适合迁移到虚拟机中。三是大负载应用需要占用大量的I/O和内存资源,一般也不适合同其他应用程序共享服务器硬件。四是对于重要的应用,仍然可以通过双机备份的形式来保障应用的可靠性。
(3)技术与管理并重
在实施虚拟化管理过程中,既涉及如何将物理资源虚拟化的问题,又涉及管理虚拟环境的问题,这是虚拟化管理的两个支撑点。从技术角度而言,资源虚拟化的技术方案要具体,从管理角度考虑,虚拟化管理更要规范。因此,在高校数据中心中,既要重视物理环境的管理,更要重视虚拟环境的管理。
5 结束语
21世纪是信息爆炸的时代,高校对数据中心的管理有了更高的要求。对数据中心而言,虚拟化的魅力正在不断展现,从发展趋势看,高校数据中心应该向更加智能、更加节能的方向发展。所谓更加智能,就是要应用多种自动化的管理方案,提升数据中心的管理能力,简化数据中心的管理。而所谓更加节能,就是应用一些新的技术,采用诸如虚拟化技术和产品来整合传统的数据中心,以便降低数据中心的能耗。
主要参考文献
[1] 陈桂林,邱克,李艺.基于网络的高校资源虚拟化管理探讨[J]. 中国高教研究,2008(7).
[2] 何禹,胡宇鸿,王一波.虚拟化技术在校园网数据中心的应用[J]. 电子科技大学学报,2007(12).
[3] 鲁松.计算机虚拟化技术及应用[M]. 北京:机械工业出版社,2008.