基于虚拟化技术的信息化系统服务器部署

基于虚拟化技术的信息化系统服务器部署针对“一合服务器，一个应用程序”的传统服务器部署模式，比较主流虚拟化软件的特点，根据实际需求分析，提出基于VMwarevSphere虚拟架构软件的信息化系统服务器虚拟化部署方案。此方案提高了满足多种应用服务的服务器利用率，有效减少了在线服务器的数量，从而实现信息化系统的高可用性，以及显著降低其部署成本。随着信息化建设的不断推进，信息化系统中的硬件数量不断增加，应用软件的使用范围不断扩大，使得各级信息化机房节点在管理和维护上的人力成本面临更大压力。近年来，平台虚拟化技术成为了国内外计算机领域的研究热点。在平台基础架构方面，利用虚拟化技术实现最高的服务器整合率，通过在每个物理处理器安装多个台虚拟机，从而降低硬件要求、提高硬件利用率并提高能效。1．虚拟化技术简介虚拟化技术越来越受到学术界和IT业界的重视，在各方面的应用都十分广泛。目前，虚拟技术主要应用在以下几个方面1：服务器合并、服务器负荷调节、入侵检测、沙箱、错误隔离fFau1tIsolation)、测试质量保证、辅助系统软件的开发和调试、高精度计算(HigPerformanceComputing)、可信计算(TrustedComputing)。其中，服务器合并，即服务器虚拟化，对于各级信息化机房节点具有很多现实意义，它可以减少数量庞大的物理机，减少机房节点的占用面积、机架空间，以及减少电源、制冷、电缆、存储和网络等相关设备，有效降低日常运行的电力成本。1．1服务器虚拟化介绍服务器虚拟化就是将将操作系统和应用程序打包成虚拟机，从而让操作系统和应用具有很好的移动性。服务器虚拟化具有四个重要特性·分区功能通过虚拟化可以切分服务器资源，创建虚拟机运行的独立环境。·隔离能力运行在同一物理服务器上的多个虚拟机之间可以相互隔离，任何虚拟机的故障，包括病毒感染、黑客攻击等，都不会影响其他的虚拟机。·封装性服务器虚拟化的过程就是应用封装的过程，虚拟化封装了操作系统和应用成虚拟机。实际上，封装是虚拟机具有自由迁移能力的前提。·硬件独立性服务器虚拟化带来了虚拟机和硬件相互依赖性的剥离，为虚拟机的自由移动提供了良好的平台。1．2虚拟机虚拟机是运行操作系统和应用程序的软件计算机，与物理机相似。虚拟机包含一组规范和配置文件，由主机的物理资源支持引。每个虚拟机都有可提供与物理硬件相同的功能的虚拟设备，而且在可移植能力、可管理性和安全性方面更出色。2服务器虚拟化部署方案2．1需求分析在实际应用中，出于对安全的考虑，需要将不同的应用服务分开，从而保证一个应用服务崩溃或被攻击而不影响到另一个应用服务。同时，由于操作系统也不能保证自身的安全，所以在实际应用中，不同的服务需要运行在不同的操作系统之上。这样，一个或几个操作系统的瘫痪不会影响到所有的服务。因此，出于上述考虑，信息化系统采用资源隔离的技术手段，将不同应用服务分别部署在不同的服务器上，属于典型的“一台服务器，一个应用程序”的部署模式，利用操作系统的访问控制技术实现了资源的逻辑隔离，确保服务对象对资源的安全使用和共享。在整个信息化系统中，以处于最下层的终端网络节点为例，其提供的服务量比较少，基础架构利用率很低，典型的X86服务器部署的平均利用率仅为10％至15％。在终端网络节点中，新应用的服务系统增加了多台PC服务器和1台SUN小型机，再加上原有的服务系统中的多台服务器，对机房的电力供应和制冷都提出了更高的要求。通过对服务对象的调查分析，发现这些服务器在大多数情况下，提供很少的服务量，即使在闲置不提供服务的情况下，它们也会消耗70--80％的额定功耗。服务器的主要硬件性能指标如表1所示，服务器的软件配置如表2所示。由表1和2可以看出，8台服务器的实际工作负载都不重，其中服务器G、H已经非常老旧，但是电力消耗还很高，建议淘汰，运行在其之上的服务软件迁移到新购入的服务器上；服务器A、B、c、E都使用OraclelOg作为后台数据库系统，鉴于Oracle10g强大的服务能力，完全有能力将这四台服务器上的数据库整合在一台功能较为强大、运行稳定的服务器上。点击图片查看大图表1服务器性能指标点击图片查看大图表2服务器软件配置2．2虚拟化产品选择目前，服务器虚拟化市场的主要提供商是VMware、微软和Citrix。这三家提供商的产品开发方向都是使IT资源更加集中到数据中心内。在决定服务器虚拟化部署方案之前，首先需要确定选择何种虚拟化产品软件。表3为上述三家提供商产品的性能比较。点击图片查看大图点击图片查看大图表3VMware、微软和Citrix虚拟化产品性能比较表根据表3中的各项指标的比较来看，VMware公司的VMwarevSphere虚拟化套件较之其它公司的虚拟化产品功能更强大，支持客户端系统更丰富，技术更加成熟。因此，在实际应用中，确定VMware公司的VMwarevSphere虚拟化套件作为服务器虚拟化的基础软件。根据VMware公司官方资料显示，VMwarevSphere可以按需要随时将资源、应用程序甚至服务器分配到相应的位置。VMware客户通过使用VMwarevSphere整合其资源池和实现计算机的高可用性，通常可以节省50％到70％的IT总成本。VMwarevSphere的主要优势如下：·可以在单个计算机上运行多个操作系统，包括Windows、Linux等等。·将多个虚拟机能够整合到一个物理设备中，可显著减少要管理的物理机数量，大幅提高处理资源和存储资源的利用率，并在降低能源成本的同时减少占用的数据中心空间。·虚拟机没有和底层硬件绑定，能够在不干扰用户的情况下移动虚拟机，显著提高环境的可靠性。·利用高级工具实现工作负载平衡、容量规划、虚拟机实时迁移和自动化部署，大幅简化IT管理工作，从而提高管理效率。·支持快速转移和复制虚拟服务器，提供简单便捷的灾难恢复解决方案，实现硬件维护系统无停机，提高业务连续性。VMwarevSphere主要由基础构架服务、应用程序服务、VMwarevCenterServer和客户端组成(如图1)。VMwarevSphere是一套利用虚拟化功能将数据中心转换为简化的云计算基础架构的云操作系统，可作为无缝和动态操作环境管理大型基础架构，同时还能管理复杂的数据中心。对于终端网络节点而言，因为没有足够的规模和硬件基础应用所有的VMwarevSphere虚拟化套件中的所有软件，所以根据实际情况只需要应VMwarevSphere的几个核心组件：·VMwareESX/ESXi一个在物理服务器上运行的虚拟化层，它将处理器、内存、存储器和资源虚拟化为多个虚拟机。·VMwarevCenterC1ient一个允许用户从任何WindowsPc远程连接到vCenterServer或ESX/ESXi的界面。·Vnetwork分布式交换机(vDS)一种包括分布式虚拟交换机(vDS)的功能，此交换机跨多个Esx/ESxi主机，使当前网络维护活动显著减少并提高网络容量。这使得虚拟机可在跨多个主机进行迁移时确保其网络配置保持一致。点击图片查看大图图1VMwarevSphere组件层2．3解决方案服务器G和H工作时间已经非常长，设备出现老化，计算处理能力较之新购入的服务器A、B、c和D相差悬殊，同时耗电非常高，将其淘汰势在必行，因此在服务器G和H上的旧服务系统需要进行迁移到虚拟机上。服务器F电源消耗有700W，将其系统迁移到虚拟机上，可以带来较客观的节电效益。由于VMwarevSphere虚拟化的核心组件——vM[wareESX/ESXi专门针对于X86服务器进行虚拟化，所以需要在联想万全R350G7服务器上安装VMwareESX/ESXi操作系统；同时，SunFireV445是一款功能相当强劲、可以长时间稳定运行的小型机服务器，可以将运行在服务器A、B和C上的0rac1e10g数据整合到服务器E上的Oracle10g数据库系统中，实现集中化管理，便于人员维护。联想万全R350G7服务器是联想09年推出的面向企业和行业用户开发的、具备超强系统性能表现的服务器，是一款技术领先，具备高可靠性、可管理性以及高扩展能力的服务器产品，其搭载的新一代Intel四核Xeon处理器系统处理能力大幅提升。根据软件和硬件系统要求，使用2台联想万全R350G7服务器和1台SunFireV445服务器替代原有的8台服务器。具体的虚拟机资源分配如表4所示：点击图片查看大图表4虚拟机资源分配表采用虚拟化的服务器分布拓扑图如图2所示：点击图片查看大图图2服务器虚拟化拓扑图通过VMwarevCenterC1ient软件，维护人员可以使用一台WindowsPC远程集中控制每个服务器上的虚拟机，显示结果和在原有服务器上的软件工作界面一致；同时，借助VMwarevCenterC1lent可以实时对各个虚拟机的资源使用情况进行分析和监控。安装过VMwareESX/ESXi虚拟化操作系统的用户可以发现，VMwareESX/ESXi实际上是一款集成了VMware虚拟化软件的Linux系统，这样，有Linux使用经验的人员可以使用如SecureCRT之类的SSH远程终端仿真工具远程控制服务器A和B，以及安装Solaris系统的SUN服务器。借助VMwarevCenterC1ient和远程终端仿真工具软件，可以对物理主机和虚拟机上的操作系统进行控制，极大减少了维护人员的工作量。3虚拟化应用评估通过采用服务器虚拟化方案，需要管理的服务器数量从8台减少到3台，服务器数量减少了62．5％；相应的，服务器耗电由改造前的5238W降低到2288W，节电率达到56．3％。在运行过程中，VMwareESX/ESXi并不是按照表4提供的数据将内存和硬盘容量立即分配给各虚拟机，而是按照虚拟机操作系统实际运行的资源需求对其提供；也就是说，即使安装了多个虚拟机，物理主机的资源使用率也不是100％。为了评价经过虚拟化的服务器的性能，本文主要对CPU使用率、内存使用率和网卡的吞吐率三个性能指标进行分析。在实际使用过程中发现，服务器的大部分资源消耗主要是由于在虚拟机上安装操作系统而消耗的，应用软件的资源消耗并不高，表5为在虚拟机上只安装操作系统(情况I)和安装应用服务软件(情况II)的指标对比。点击图片查看大图表5虚拟机主要指标对比根据表5可以得出，即使在服务器上安装3-4个虚拟机，服务器的负载也只是占用了其全部计算量的1/3左右，内存的使用率较高是由于虚拟机系统本身需要占用一定的内存，网卡的带宽占用率相对来说是较低的。一般情况下，在安装VMwareESX/ESXi系统的服务器上建立10个左右的虚拟机是比较合适的，这需要对服务器的内存容量和硬盘容量提出更高的要求。联想万全R350G7服务器具有高扩展性，最高支持48G内存和8个SATA/SAS热插拔硬盘。如果对服务器A进行升级，将服务器B上的所有虚拟机利用VMwarevMotion工具迁移到服务器A上，是完全可以实现的，同时将服务器B升级为服务器A的镜像服务器，采用VMware的HA技术，确保服务器A发生故障时，由服务器B接管服务器A的所有服务，这样不仅能够提高信息化系统中服务器的利用率和虚拟机的高可用性，进而能够提高信息化系统的连续服务能力和灾难恢复能力。原理如图3所示：点击图片查看大图图3vMotion迁移和HA原理4结束语对信息化系统终端节点机房的服务器虚拟化解决方案有效的减少了服务器的数量，提高了服务器的利用率，从而减少了电力资源的消耗、机房的制冷成本以及维护人员的工作量。VMwarevSphere作为一款利用虚拟化功能的云操作系统对终端节点机房进行服务器虚拟化已经初见成效，如果将其部署在更大规模的数据中心节点，其带来的经济效益会更为显著。随着云计算的广泛应用，在信息化系统中建立“私有云”，将管理离散的硬件更改为管理虚拟化的共享资源池，对所有IT资源进行虚化，是下一步的研究工作。