数字化校园服务器 虚拟化技术整合

作者：无名 2009-02-25 16:57:23
云计算
虚拟化 由于虚拟化技术已经成熟，随着中文版VMware基础架构虚拟化套件的出现，使用虚拟化技术已经不再神秘。近年来高校信息化建设再次投入时，也开始注意到虚拟化技术的使用价值，用来帮助升级和管理他们的 IT 基础架构并提升其安全性。

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1 引言

上海公安高等专科学校在成功申办国家示范高职院校后，各方面的工作已全面展开，数字化、信息化建设更是成为学校进一步发展的动力，是学校发展的当务之急。随着应用软件新平台的不断推出，而作为硬件平台的基础服务器等需求量、维护量迅速增加，原来管理模式已跟不上要求，服务器的整合迫在眉睫。

2 当前服务器硬件平台现状和面临的问题

随着业务的发展，上海公安高等专科学校应用软件的开发迅速发展。在短短几年中，应用于教学和管理的系统就超过30个，服务器数量超过39台，磁盘阵列5台，总台数达44台。总存储容量约15T。由于受操作系统版本不同、软件开发平台不同、应用不同、不同公司开发、相互之间协调、兼容等因素制约，新增加的应用系统都需要单独配置服务器，使得服务器数量直线增加。

(1) 网络学院服务器共6台。其中web服务器3台，数据库服务器2台，视频服务器1 台，磁盘阵列1台。
(2) 远程教育服务器 5台。其中视频服务器1台，Web服务器2台，数据库服务器2台，磁盘阵列1台。
(3) 学校数字图书馆8台。其中视频服务器2台，图书借阅系统1台，Web服务器1台，期刊索引1台，电子图书1台，知网数据库1台，软件下载1台，磁盘阵列2台。
(4) OA系统 3台。其中旧版和新版OA各一台，数据库服务器1台。
(5) 瑞星网络版杀毒中心2台。
(6) 开发中的OA系统3台。其中域服务器2台、DNS服务器 1台。
(7) 学校网站、邮件服务器(含FTP)各1台。
(8) 心理驿站、团委网站、办公室档案管理系统、学员问卷调查系统各1台。
(9) 学校各部门网页2台。
(10) 学校门禁前置2台、水控前置2台、一卡通2台、消费前置1台，磁盘阵列1台。
(11) 网管系统2台。其中Opmanager和Netwin2000各1台。
(12) 其他自行开发的各种应用系统，如排课系统、培训一部学员管理系统、车辆管理系统、设备借用管理系统、网上报修系统、学员直通车、问卷调查系统、多媒体查询系统、答疑热线、教研园地、网上工作日志、值班工作日志等软件开发平台不同，分别安装在其他不同的服务器中。
可见39台服务器的应用分布和存储相当分散。

面临的问题：

1.服务器的利用率低。现在机房内运行的大部分机器的利用率都非常低，由于一台服务器只能有一个操作系统，受系统和软件开发平台的限制，CPU、内存、硬盘空间的资源利用率不超过15%，大量的系统资源被闲置。

2.可管理性差。首先是可用性低， 除个别系统做了服务器集群外，几乎每个应用服务器都是单机，如果哪台服务器出现故障，相对应的业务也将中断。其次是系统维护、升级和扩容时需要停机进行，也将造成应用中断，其中包括学校的一些重要业务系统，一旦中断服务影响很大。

3.兼容性差。系统和应用迁移到其他服务器，需要和旧系统兼容的系统。新的软件包括操作系统和应用软件无法运行在老的硬件平台，而老的代码有时候也很难移植到新的硬件平台上。例如：学校门户网站，以ASP为开发平台，安装在Windows 2000 Server操作系统上，几年下来，开发了许多应用，最新的一些应用又以ASP高版本、JSP、JAVA等为开发平台，安装在Windows 2003 Server操作系统上，不仅互不兼容，而且还由几家公司分别开发。为节省时间、物力和保持网站持续的服务，只能用增加服务器方法来解决。

4.服务器和存储购置成本高，维护成本递增，也不得不考虑。随着服务器数量增加，每年要支出高额购置费用不说，还有一半服务器已经过三年保修期，部件逐渐进入老化期，维护、维修预算费用也逐年增加。

3 虚拟化技术引入

针对上面我们碰到的各种问题，经过分析和调研，我们认为目前学校的服务器平台前期建设已经投入了大量的人力、财力，既要充分利用现有的服务器等资源，又要考虑到系统整合后的可扩展性，适合未来技术发展的趋势，以此来实现对服务器的(包括应用程序平台)整合。要解决好以上四个方面面临的问题，采用虚拟化技术整合是一条捷径。

3.1虚拟化发展史

虚拟化的概念在20 世纪 60 年代首次出现，利用它可以对属于稀有而昂贵资源的大型机硬件进行分区。随着时间的推移，微型计算机和 PC 可提供更有效、更经济的方法来分配处理能力。因此到 20 世纪 80 年代，虚拟技术已广泛使用。到了 20 世纪 90 年代，研究人员开始探索如何利用虚拟化技术解决与廉价硬件激增相关的一些问题，例如，利用率不足、管理成本不断攀升和服务器易受攻击等。现在，虚拟化技术处于时代前沿，可以帮助企业升级和管理他们在世界各地的 IT 基础架构并确保其安全性。

3.2服务器虚拟化概念

虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

简单的说，服务器的虚拟化是指把服务器的硬件资源虚拟化成资源池(如CPU、内存等)，以虚拟机的形式对外提供应用的运行平台。

进一步说，虚拟化对传统的实体机而言，有三个方面突破了传统的模式：

第一，它是一个抽象层，它将物理硬件与操作系统分开，从而提供更高的 IT 资源利用率和灵活性。

第二，虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一实体机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件(例如 RAM、CPU、网卡等)，可以在这些硬件中加载操作系统和应用程序。无论实际采用了什么物理硬件组件，操作系统都将它们视为一组一致标准化的硬件。

第三，虚拟机封装在文件中，因此可以快速对其进行保存、复制和部署。可在几秒钟内将整个系统(完全配置的应用程序、操作系统、BIOS 和虚拟硬件)从一台物理服务器移至另一台物理服务器，以实现零停机维护和连续的工作负载整合。

3.3虚拟化的好处

从分区意义来看：在一个物理系统中可以支持多个应用程序和操作系统，可在扩展或扩张体系结构中将服务器整合到虚拟机中， 计算资源被视为以可控方式分配给虚拟机的统一池。

从隔离性来看：虚拟机与主机和其他虚拟机完全隔离。如果一个虚拟机崩溃，所有其他虚拟机不会受到影响，虚拟机之间不会泄露数据，而且应用程序只能通过配置的网络连接进行通信。

从封装意义来看：完整的虚拟机环境保存为单个文件；便于进行备份、移动和复制，为应用程序提供标准化的虚拟硬件，可保证其兼容性。

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3.4虚拟化的价值

虚拟化技术正在转变 IT 行业的状况，它使各个组织能够动态地改善 IT 基础架构的性能和效率。让虚拟机在组织中发挥重大作用，每个虚拟机作为一小组文件存在，这些文件模拟整个硬件平台，包括 CPU、RAM 和网络端口。这种强有力的技术打破了“一台服务器一个应用程序”的传统体制，概括起来其优势表现为：提高服务器的利用率，实现服务器的高可用性，便于管理、易于维护。

3.5虚拟化的实现技术

目前市场上大都是以主流的VMware虚拟化软件来实现服务器的虚拟化的，VMware虚拟化软件中，有我们最熟悉的免费试用的VMware Server。如果对我校的服务器进行虚拟化整合，可采用VMware基础架构虚拟化套件VI (指VMware Infrastructure 产品套件)，提供构建虚拟基础结构所需的服务器虚拟化和管理软件，包括了：VMware Distributed Resource Scheduler (简称DRS) VMware DRS,  VMotion  VMware High Applicability (简称HA)等。

所有的高级功能都可以通过VMware的一个统一控制台来进行管理，这个控制台我们称为Virtual Center服务器为 IT 环境提供了集中化管理、操作自动化、资源优化和高可用性。另外，为了实现高级功能还必须配置一个统一的存储系统，该存储系统可以基于IP SAN或 FC SAN，目的是基于虚拟化的分布式服务为数据中心提供集中管理。

4 虚拟化部署

下面看看我们如何用该套虚拟化软件来初步实现服务器的整合，具体方法步骤如下：

第一步：虚拟化架构设计，如图1所示。

图1 虚拟化架构

第二步：部分服务器虚拟化部署，参见表。

第三步：虚拟化软件选择和安装。

1.安装ESX server 3.5(包括VMware HA, VMware DRS，Vmotion等)服务器虚拟集群基础构架系统软件。

2. 安装Virtual Center2.5虚拟集群管理应用软件，通过它来实现高级功能如VMware HA、VMware DRS、Vmotion 等。

3. 使用VMware Converter Enterprise 4将实体服务器迁移至虚拟集群的应用软件。

4.使用VMware HA技术，确保基础架构不受多个故障源影响，起到的作用是:

(1) 保护不带其他故障切换选项的应用程序，并使原本可能不被置于保护下的软件应用程序也具有高可用性。
(2) 当检测到操作系统故障时，通过自动重启虚拟机来保护虚拟机免受故障的影响。
(3) 为整个 IT 基础架构建立第一道坚固屏障。

5.通过使用 VMware Distributed Resource Scheduler (DRS) 动态分配和平衡计算资源，使IT 基础架构与业务目标一致。VMware DRS 跨资源池不间断地监控利用率，并根据反映业务需要和不断变化的优先级的预定义规则，在多台虚拟机之间智能地分配可用资源，VMware 分布式电源管理 (DPM)可不间断地监控 DRS 群集中的资源需求和电力消耗。当群集所需的资源减少时，它会整合工作负载并将主机置于待机模式，从而减少电力消耗。当工作负载的资源需求增加时，DPM 会让关闭的主机恢复为在线状态，以确保符合服务级别，起到的作用是：

(1)提高所有应用程序的服务级别。VMware DRS 不间断地平衡容量，这将确保每个虚拟机能在任何时间点访问到相应资源。
(2)轻松部署新容量。通过在不中断系统的情况下重新分发虚拟机，VMware DRS 将无缝利用添加到资源池的新服务器中的附加容量。
(3)自动执行计划内的服务器维护。VMware DRS 可自动将所有虚拟机迁出物理服务器，以在零停机情况下启用安排的服务器维护。
(4)大大提高了系统管理员的工作效率。允许系统管理员监控和有效管理更多的 IT 基础架构。
(5)自动管理数据中心的能效。

6.通过使用 VMware VMotion实现虚拟机的灵活可靠的实时移动。

第四步：具体实施及注意问题：

1. 硬件准备

(1)三台I/O性能方面强大，内存容量大的PC服务器，我们采用的型号为IBM_X3850，支持4路CPU高端服务器，配置2个4核英特尔至强处理器，32G内存，5块 173G SAS 15K硬盘，RAID 5，用于安装ESX Server3.5 虚拟机的操作系统，每台实体机上可根据应用的大小，根据服务器配置，可重新安装配置或从实体机中迁移8～13个客户操作系统带应用的平台。
(2)一套DELL  NX1950 IP SAN/NAS 存储系统，容量6T，用于虚拟机的共享存储。
(3)一台普通的商用PC 机，用作客户管理机。安装Virtual Center2.5和ESX server 3.5的License，可在MS Windows界面下，管理虚拟机和客户操作系统。

2. 将实体服务器迁移到虚拟机

(1)使用VMware Converter Enterprise 4软件，可将实体机迁移到虚拟机，迁移成功后，在正式投入使用之前，让它在虚拟机试运行一段时间，要对CPU、内存等负载情况进行严格的测试，必要时可调整CPU、内存和硬盘存储空间，确保系统的可靠性与可用性。

(2)我们从负载最小的应用平台做起，顺序是：杀毒服务器、Web服务器、文件和邮件服务器、SQL Server服务器。例如：从实体机瑞星杀毒服务器开始，然后再迁移第二台服务器，学校Web服务器，依次类推，直至全部迁移。在迁移过程中我们可以及时掌握虚拟机的压力。同时在试运行阶段我们暂时保留被迁移的实体机，一旦发生问题无法逆转，可以再切换回去。

(3)实体机整体迁移时，在百兆网络环境迁移时，每小时约传输10G数据 ，在千兆网络迁移时每小时约传输40G数据。如果虚拟机和实体机之间直连用双绞线连接迁移，每小时约传输80G数据，可以实现高速迁移。

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3.在实现ESX 的HA注意的问题

(1)只针对ESX服务器，而不能针对VM(虚拟机)，不能一个VM(虚拟机)出问题了，再换到另外ESX服务器上。
(2)所有VM(虚拟机)必须放到共享储存上，以保证使用包括动态迁移等高级特性。
(3)假如有多台ESX服务器，如果一台ESX服务器出问题了，上面的VM (虚拟机)根据资源的使用情况，调整到另外几台ESX上的话，那么就要用到DRS功能。

4.避免误区

不要为了虚拟化而进行虚拟化，要循序渐进，利用好原有的资源，要严格按照实体机的方式进行管理，不能让虚拟机蔓延。

我们仅仅对学校应用压力比较小的部分服务器应用系统平台进行了虚拟化，为我们能迁移应用压力较大的服务器提供了经验。对一些应用系统压力相对较大的应用平台，例如：网络学院(5台服务器，1台存储，2T数据)和数字图书馆平台(8台服务器，2台存储 7T数据)，校远程教育网站(4台服务器，0.8T数据)因迁移工作量大、自动备份和容灾要求高，应循序渐进，暂时利用好原有的资源来衡量，暂缓虚拟化。

5 应用效果

5.1大大降低硬件成本

通过服务器初步整合，我们将17台服务器成功整合到4台服务器、1台PC机和1套IP SAN设备里，以期明显地提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率。对腾出的服务器可用作补充后期应用开发和服务器虚拟化，从而减少了物理服务器的扩充数量，大大地降低硬件成本。

5.2提高运维效率和服务水平

(1)由于虚拟构架可使虚拟机具有动态可迁移性，不需要像以前那样，一遇到硬件故障或维护需要数天/周的变更管理准备和1 ～3小时维护时间，现在可以进行快速的维护和升级，不用担心某台服务器出现问题，会影响到整个应用平台。

(2)现在学校应用开发速度加快，除了规划应用平台开发外，实际工作中，一遇到新的需求，开发小组马上需要去开发应用，这时对新服务器应用进行部署和测试，可在虚拟机里进行，大大降低了服务器重建和应用加载时间，提高了管理和工作效率。

(3)由于将所有服务器作为大的资源统一进行管理，并按需进行资源调配，旧硬件和操作系统的投资得到了保护，也不再担心旧系统的兼容性，维护和升级等一系列问题。

(4)为将来的集中网络存储提供可能

由于整合后物理服务器数量减少，对由于成本或者其他原因未整合的服务器群(公安在线学习平台、远程教育网站、数字图书馆)暂时没有接入到存储网络( iSCSi和NAS)的服务器，以后可以考虑接入到存储网络, 这样可以充分利用网络存储的优势，将这些分散的数据集中管理备份，为这些服务器和应用，以及今后的容灾奠定基础。同时，通过虚拟机的特有功能和网络存储的有效结合， 提高了这些应用的可用性、移动性和灵活性。

6 结语

由于虚拟化技术已经成熟，随着中文版VMware基础架构虚拟化套件的出现，使用虚拟化技术已经不再神秘。近年来高校信息化建设再次投入时，也开始注意到虚拟化技术的使用价值，用来帮助升级和管理他们的 IT 基础架构并提升其安全性。

本文标题：数字化校园服务器虚拟化技术整合
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