摘　要：

摘　要：通過虛擬化技術(shù)的運(yùn)用，利用目前已經(jīng)穩(wěn)定、成熟的云計(jì)算技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行云化，達(dá)到簡(jiǎn)化管理、提高信息共享率和資源利用率，同時(shí)通過云平臺(tái)的建設(shè)，打造校內(nèi)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，使學(xué)校的IT建設(shè)和管理更加符合科學(xué)高效的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：

關(guān)鍵詞：虛擬化　數(shù)據(jù)中心　云平臺(tái)　Vmware　架構(gòu)　設(shè)計(jì)

   　目前，高校信息化建設(shè)己然進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，在基本完成了高校數(shù)字化校園基礎(chǔ)建設(shè)之后，信息和業(yè)務(wù)的集成也就成為了高校信息化建設(shè)的重要任務(wù)。數(shù)據(jù)中心如何將IT基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)以及運(yùn)行服務(wù)進(jìn)行集中整合也逐漸成為高校信息化領(lǐng)域所關(guān)注的熱點(diǎn)。長(zhǎng)期以來，由于數(shù)據(jù)中心的重要性，其規(guī)劃和投資均會(huì)考慮要滿足建成后很長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用，以致無法精確預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期的業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)模及后期應(yīng)用發(fā)展的不平衡性，部分高校數(shù)據(jù)中心往往是按照業(yè)務(wù)需求購(gòu)置相應(yīng)設(shè)備，造成各類應(yīng)用服務(wù)器數(shù)量不斷增加，同時(shí)也帶來系統(tǒng)管理復(fù)雜、資源利用率低下、能耗巨大、安全控制與數(shù)據(jù)備份困難等諸多問題。

　　面對(duì)目前困境，引入虛擬化技術(shù)，將會(huì)成為解決這些問題最為有效的途徑之一。虛擬化通過在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中劃分出一個(gè)新的虛擬化層，用以整合數(shù)據(jù)中心整體資源，采用動(dòng)態(tài)分配的方式提高計(jì)算機(jī)硬件的利用率，在對(duì)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行有效整合的同時(shí)也給后期平臺(tái)數(shù)據(jù)整合提供了新思路。隨著以Vmware為首的虛擬機(jī)技術(shù)的普及，該技術(shù)被更多地運(yùn)用在數(shù)據(jù)中心云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建上。通過虛擬化技術(shù)將計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建成動(dòng)態(tài)的虛擬資源池，使用虛擬資源管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算資源的自動(dòng)部署、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、按需分配，從而使用戶能夠更加靈活、高效和低成本地使用 IT資源，擁有了持續(xù)滿足校園信息化應(yīng)用需求的能力。

1　數(shù)據(jù)中心虛擬化云平臺(tái)的目標(biāo)架構(gòu)

　　本次方案的建設(shè)中，考慮到本人所在單位數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)的實(shí)際情況，著重于建立信息化云平臺(tái)的總體技術(shù)架構(gòu)，即以基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）為基礎(chǔ)，包括虛擬主機(jī)、虛擬存儲(chǔ)、虛擬網(wǎng)絡(luò)、虛擬桌面等服務(wù)，保證對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)和用戶影響最低的前提下，完成應(yīng)用向云中的遷移。待數(shù)據(jù)格式、中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)形成標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一之后逐步完善PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）建設(shè)。方案的總體架構(gòu)如圖1所示。

  　在主流的虛擬化產(chǎn)品中，通過分析比較，從部署和管理的成熟度考慮，最終選擇Vmware虛擬化技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心云平臺(tái)建設(shè)的工具，利用它強(qiáng)大的虛擬化能力將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為顯著簡(jiǎn)化的云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)，將關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用程序與底層硬件分離來實(shí)現(xiàn)前所未有的可靠性和靈活性，使每種應(yīng)用程序工作負(fù)載均能夠以最低的總體成本履行最高級(jí)別的應(yīng)用程序服務(wù)，有效地減少運(yùn)營(yíng)成本，降低管理復(fù)雜度，提升了系統(tǒng)架構(gòu)兼容性，為構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心打下基礎(chǔ)。 

2　通過Vmware虛擬化技術(shù)搭建云平臺(tái)

    Vmware虛擬化管理平臺(tái)體系將數(shù)據(jù)中心的物理硬件資源（如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)系統(tǒng)等）集中在一起形成一個(gè)共享虛擬資源池，統(tǒng)一組織管理，資源池也稱之為云資源。它可以有效實(shí)現(xiàn)服務(wù)器運(yùn)算能力的共享、存儲(chǔ)設(shè)備的共享、負(fù)載均衡以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的邏輯獨(dú)立性等。云資源結(jié)構(gòu)關(guān)系如下圖2所示。

2.1　主機(jī)（服務(wù)器）資源池設(shè)計(jì)

　　云計(jì)算平臺(tái)的核心是服務(wù)器，承擔(dān)著云平臺(tái)的“計(jì)算”功能。要在云計(jì)算平臺(tái)上構(gòu)建服務(wù)器資源池作為資源分配的控制中心，通常做法都是將性能配置相同或者相似的服務(wù)器進(jìn)行組合，再利用虛擬化軟件實(shí)現(xiàn)服務(wù)器間的虛擬整合，使得形成的統(tǒng)一計(jì)算資源能以虛擬服務(wù)器的方式被不同的應(yīng)用所使用。

　　服務(wù)器資源池在搭建之前，首先對(duì)服務(wù)器進(jìn)行歸類并確定資源池的種類和數(shù)量。歸類的標(biāo)準(zhǔn)一般是根據(jù)服務(wù)器的處理器、型號(hào)、配置與物理位置來決定。對(duì)云計(jì)算平臺(tái)而言，為了形成一組可相互間替代的資源，通常都是將相近型號(hào)、性能接近、物理距離不遠(yuǎn)的服務(wù)器構(gòu)建成一個(gè)資源池，以便管理調(diào)度。此外，資源池規(guī)劃也需要考慮規(guī)模和功用的情況，就單個(gè)資源池來說，其規(guī)模和云計(jì)算平臺(tái)的靈活性和容錯(cuò)性成正比，資源池規(guī)模越大，靈活性和容錯(cuò)性就越高，可以部署的應(yīng)用也就更多。單個(gè)物理服務(wù)器故障對(duì)對(duì)整個(gè)資源池的影響不會(huì)太大，但不利因素是過大的規(guī)模會(huì)給網(wǎng)絡(luò)出口吞吐帶來巨大的壓力，各個(gè)不同應(yīng)用之間的干擾也會(huì)更大。

　　通常根據(jù)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)應(yīng)用情況，可以考慮將應(yīng)用分高低兩級(jí)，某些獨(dú)立而規(guī)模較小的資源池內(nèi)盡可能放置級(jí)別較高的應(yīng)用并輔以高級(jí)別的存儲(chǔ)設(shè)備，并配備高級(jí)別的運(yùn)維值守。而級(jí)別比較低的應(yīng)用，則可以被放在那些規(guī)模較大的公用資源池中。

　　本方案中，針對(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器狀況，結(jié)合性能配置進(jìn)行虛擬化整合。高性能服務(wù)器通過VMware ESXi 實(shí)例安裝，可以使單臺(tái)服務(wù)器支持多個(gè)虛擬機(jī)。其余的部分舊服務(wù)器，通過Vmware Standalone convert P2V整合至數(shù)臺(tái)高性能服務(wù)器計(jì)算節(jié)點(diǎn)上面，同時(shí)計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源池化，為應(yīng)用提供一個(gè)動(dòng)態(tài)的、高效的計(jì)算池。

2.2　集群設(shè)計(jì)

    對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心而言，通常會(huì)選擇并依賴于集群技術(shù)的部署來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的高可靠性保障。云計(jì)算平臺(tái)將計(jì)算資源虛擬化以后，除了具有高可靠性保障外，還可以利用虛擬服務(wù)器自身虛擬化的特點(diǎn)：應(yīng)用程序可與硬件解耦──硬件資源可以動(dòng)態(tài)地在應(yīng)用系統(tǒng)間調(diào)撥，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)物理服務(wù)器上無法實(shí)現(xiàn)的高可用性。

　　在構(gòu)建云計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算資源池時(shí)，可以將多個(gè)物理主機(jī)合并為一個(gè)具有共享資源池的集群以提升云業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可靠性。VMware High Availability (HA)功能會(huì)監(jiān)控該集群下所有的主機(jī)和物理主機(jī)內(nèi)運(yùn)行的虛擬主機(jī)，由于虛擬機(jī)獨(dú)立于硬件并且可以共享物理資源，所以無需相同的專用備用硬件即可部署故障切換，并且消除了維護(hù)相同配置所導(dǎo)致的附加復(fù)雜性。當(dāng)物理主機(jī)發(fā)生故障，出現(xiàn)宕機(jī)時(shí)，HA功能組件會(huì)立即響應(yīng)并在集群內(nèi)另一臺(tái)主機(jī)上重啟該物理主機(jī)內(nèi)運(yùn)行的虛擬機(jī)。當(dāng)某一虛擬服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，HA功能也會(huì)自動(dòng)的將該虛擬機(jī)重新啟動(dòng)來恢復(fù)中斷的業(yè)務(wù)，從而保證了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的連續(xù)性。使用 VMware vSphere 組成集群具有下列好處：不會(huì)產(chǎn)生使用相同服務(wù)器時(shí)產(chǎn)生的成本，避免了傳統(tǒng)物理硬件更改時(shí)重建集群帶來的復(fù)雜性等問題。

2.3　主機(jī)與虛擬機(jī)設(shè)計(jì)

　　集群創(chuàng)建成功之后，沒有任何主機(jī)或虛擬機(jī)包含于其中，為了將主機(jī)和虛擬機(jī)置于集群進(jìn)行管理，首先需要把主機(jī)添加到集群，之后再進(jìn)行虛擬機(jī)的添加。虛擬機(jī)如同物理服務(wù)器，它們主要的區(qū)別在于虛擬機(jī)是由文件系統(tǒng)構(gòu)成而不是由物理電子元器件組成。每臺(tái)虛擬機(jī)都是一個(gè)完整的系統(tǒng)，它具有CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備和 BIOS。因此，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序在虛擬機(jī)中的運(yùn)行方式與它們?cè)谖锢矸⻊?wù)器上的運(yùn)行方式?jīng)]有任何區(qū)別。虛擬機(jī)創(chuàng)建時(shí)，硬件資源如CPU（核數(shù)）數(shù)量、CPU優(yōu)先級(jí)調(diào)度、IO優(yōu)先級(jí)、存儲(chǔ)資源、內(nèi)存分配、網(wǎng)絡(luò)資源等都需要優(yōu)先考慮。同時(shí)，虛擬機(jī)的調(diào)整和刪除也是設(shè)計(jì)當(dāng)中不可或缺的內(nèi)容。云計(jì)算業(yè)務(wù)資源彈性最直觀的體現(xiàn)是虛擬機(jī)的調(diào)整，調(diào)整可以是由于業(yè)務(wù)擴(kuò)展帶來的虛擬機(jī)硬件資源擴(kuò)張，也可以是業(yè)務(wù)收縮后對(duì)多余資源的釋放，它是一種根據(jù)虛擬機(jī)所承載的業(yè)務(wù)的變化需求對(duì)現(xiàn)有虛擬機(jī)所占資源的主動(dòng)行為。虛擬機(jī)刪除意味著虛擬機(jī)生命周期的終結(jié)，，在虛擬機(jī)生命周期終結(jié)時(shí)要關(guān)注虛擬機(jī)所占用系統(tǒng)資源的回收。

　　本方案中，主機(jī)與虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)安裝都由Vmware Vcenter統(tǒng)一管理，根據(jù)業(yè)務(wù)要求及負(fù)荷分配合適資源，可以實(shí)現(xiàn)高可用性（VMware HA）,在線遷移正在運(yùn)行的虛擬機(jī)（VMware VMotion），在線添加處理器、內(nèi)存、磁盤等資源（熱添加）以及集中的基于虛擬機(jī)的整合備份，從而解決原有單服務(wù)器結(jié)構(gòu)平臺(tái)管理復(fù)雜、資源利用率低下、安全控制與數(shù)據(jù)備份困難等問題。

2.4　云存儲(chǔ)平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)部署云計(jì)算的需求，存儲(chǔ)設(shè)備用于統(tǒng)一存放虛擬機(jī)鏡像文件和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這樣做不會(huì)在運(yùn)行虛擬機(jī)的云計(jì)算節(jié)點(diǎn)主機(jī)上引起任何額外的負(fù)載，可滿足高可用性、數(shù)據(jù)移動(dòng)性、災(zāi)難恢復(fù)、可管理性的橫向擴(kuò)展及升級(jí)等方面的需求。目前存儲(chǔ)平臺(tái)云化實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要基于主機(jī)存儲(chǔ)的虛擬化、基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化和基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化三種。

　　本方案中，使用專用存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化整合，合理利用原有存儲(chǔ)資源，將高速數(shù)據(jù)與低速數(shù)據(jù)自動(dòng)分層存儲(chǔ)，滿足學(xué)校各種應(yīng)用的負(fù)載需求。

3　云業(yè)務(wù)部署

    在云平臺(tái)的IaaS架構(gòu)中，虛擬機(jī)作為最為重要的IT基礎(chǔ)設(shè)施，貫穿于整個(gè)云業(yè)務(wù)服務(wù)的流程之中，并直接關(guān)系著云計(jì)算平臺(tái)的資源利用狀況，也可以認(rèn)為云業(yè)務(wù)的部署就是虛擬機(jī)生命周期的管理。因此，為了更好地將虛擬機(jī)及資源平臺(tái)管理、云業(yè)務(wù)結(jié)合在一起，需要著重考慮兩個(gè)方面的內(nèi)容。

其一，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)評(píng)估：通過對(duì)學(xué)校業(yè)務(wù)的評(píng)估，首先取得校內(nèi)各業(yè)務(wù)部門對(duì)虛擬機(jī)類型和規(guī)模的需求，之后按需分配各業(yè)務(wù)部門所屬的虛擬資源，包括計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源等。

其二，數(shù)據(jù)中心云計(jì)算平臺(tái)資源池建設(shè)情況：虛擬機(jī)相關(guān)資源池──包括計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源池的規(guī)劃和設(shè)計(jì)；平衡突發(fā)業(yè)務(wù)對(duì)虛擬機(jī)的臨時(shí)性需求和IT資源無序投入之間的矛盾。