摘　要：

摘　要：通過虛擬化技術(shù)的運用，利用目前已經(jīng)穩(wěn)定、成熟的云計算技術(shù)，對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)平臺進行云化，達到簡化管理、提高信息共享率和資源利用率，同時通過云平臺的建設(shè)，打造校內(nèi)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，使學校的IT建設(shè)和管理更加符合科學高效的目標。

關(guān)鍵詞：

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

   　目前，高校信息化建設(shè)己然進入了高速發(fā)展時期，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)以及運行服務(wù)進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。長期以來，由于數(shù)據(jù)中心的重要性，其規(guī)劃和投資均會考慮要滿足建成后很長時間的應(yīng)用，以致無法精確預(yù)計遠期的業(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，同時也帶來系統(tǒng)管理復雜、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。

　　面對目前困境，引入虛擬化技術(shù)，將會成為解決這些問題最為有效的途徑之一。虛擬化通過在計算機體系結(jié)構(gòu)中劃分出一個新的虛擬化層，用以整合數(shù)據(jù)中心整體資源，采用動態(tài)分配的方式提高計算機硬件的利用率，在對運行環(huán)境進行有效整合的同時也給后期平臺數(shù)據(jù)整合提供了新思路。隨著以Vmware為首的虛擬機技術(shù)的普及，該技術(shù)被更多地運用在數(shù)據(jù)中心云計算平臺的構(gòu)建上。通過虛擬化技術(shù)將計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建成動態(tài)的虛擬資源池，使用虛擬資源管理技術(shù)實現(xiàn)云計算資源的自動部署、動態(tài)擴展、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)中心虛擬化云平臺的目標架構(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)的實際情況，著重于建立信息化云平臺的總體技術(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、虛擬存儲、虛擬網(wǎng)絡(luò)、虛擬桌面等服務(wù)，保證對現(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)庫形成標準，統(tǒng)一之后逐步完善PaaS（平臺即服務(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)中心云平臺建設(shè)的工具，利用它強大的虛擬化能力將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為顯著簡化的云計算基礎(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)用程序工作負載均能夠以最低的總體成本履行最高級別的應(yīng)用程序服務(wù)，有效地減少運營成本，降低管理復雜度，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

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

2.1　主機（服務(wù)器）資源池設(shè)計

　　云計算平臺的核心是服務(wù)器，承擔著云平臺的“計算”功能。要在云計算平臺上構(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)器進行組合，再利用虛擬化軟件實現(xiàn)服務(wù)器間的虛擬整合，使得形成的統(tǒng)一計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，首先對服務(wù)器進行歸類并確定資源池的種類和數(shù)量。歸類的標準一般是根據(jù)服務(wù)器的處理器、型號、配置與物理位置來決定。對云計算平臺而言，為了形成一組可相互間替代的資源，通常都是將相近型號、性能接近、物理距離不遠的服務(wù)器構(gòu)建成一個資源池，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，就單個資源池來說，其規(guī)模和云計算平臺的靈活性和容錯性成正比，資源池規(guī)模越大，靈活性和容錯性就越高，可以部署的應(yīng)用也就更多。單個物理服務(wù)器故障對對整個資源池的影響不會太大，但不利因素是過大的規(guī)模會給網(wǎng)絡(luò)出口吞吐帶來巨大的壓力，各個不同應(yīng)用之間的干擾也會更大。

　　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，某些獨立而規(guī)模較小的資源池內(nèi)盡可能放置級別較高的應(yīng)用并輔以高級別的存儲設(shè)備，并配備高級別的運維值守。而級別比較低的應(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，針對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器狀況，結(jié)合性能配置進行虛擬化整合。高性能服務(wù)器通過VMware ESXi 實例安裝，可以使單臺服務(wù)器支持多個虛擬機。其余的部分舊服務(wù)器，通過Vmware Standalone convert P2V整合至數(shù)臺高性能服務(wù)器計算節(jié)點上面，同時計算節(jié)點資源池化，為應(yīng)用提供一個動態(tài)的、高效的計算池。

2.2　集群設(shè)計

    對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心而言，通常會選擇并依賴于集群技術(shù)的部署來實現(xiàn)服務(wù)器的高可靠性保障。云計算平臺將計算資源虛擬化以后，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：應(yīng)用程序可與硬件解耦──硬件資源可以動態(tài)地在應(yīng)用系統(tǒng)間調(diào)撥，實現(xiàn)傳統(tǒng)物理服務(wù)器上無法實現(xiàn)的高可用性。

　　在構(gòu)建云計算平臺的計算資源池時，可以將多個物理主機合并為一個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)功能會監(jiān)控該集群下所有的主機和物理主機內(nèi)運行的虛擬主機，由于虛擬機獨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，并且消除了維護相同配置所導致的附加復雜性。當物理主機發(fā)生故障，出現(xiàn)宕機時，HA功能組件會立即響應(yīng)并在集群內(nèi)另一臺主機上重啟該物理主機內(nèi)運行的虛擬機。當某一虛擬服務(wù)器發(fā)生故障時，HA功能也會自動的將該虛擬機重新啟動來恢復中斷的業(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：不會產(chǎn)生使用相同服務(wù)器時產(chǎn)生的成本，避免了傳統(tǒng)物理硬件更改時重建集群帶來的復雜性等問題。

2.3　主機與虛擬機設(shè)計

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

　　本方案中，主機與虛擬機的設(shè)計安裝都由Vmware Vcenter統(tǒng)一管理，根據(jù)業(yè)務(wù)要求及負荷分配合適資源，可以實現(xiàn)高可用性（VMware HA）,在線遷移正在運行的虛擬機（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的整合備份，從而解決原有單服務(wù)器結(jié)構(gòu)平臺管理復雜、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　云存儲平臺設(shè)計

　　根據(jù)部署云計算的需求，存儲設(shè)備用于統(tǒng)一存放虛擬機鏡像文件和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這樣做不會在運行虛擬機的云計算節(jié)點主機上引起任何額外的負載，可滿足高可用性、數(shù)據(jù)移動性、災(zāi)難恢復、可管理性的橫向擴展及升級等方面的需求。目前存儲平臺云化實現(xiàn)技術(shù)主要基于主機存儲的虛擬化、基于存儲設(shè)備的虛擬化和基于存儲網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化三種。

　　本方案中，使用專用存儲設(shè)備進行存儲虛擬化整合，合理利用原有存儲資源，將高速數(shù)據(jù)與低速數(shù)據(jù)自動分層存儲，滿足學校各種應(yīng)用的負載需求。

3　云業(yè)務(wù)部署

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

其一，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)評估：通過對學校業(yè)務(wù)的評估，首先取得校內(nèi)各業(yè)務(wù)部門對虛擬機類型和規(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，包括計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源等。

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