基于XenServer的高校数据中心虚拟化应用

摘 要：信息化建设已从软硬件基础设施建设逐步转移到平台搭建和系统整合上，虚拟化技术在高校的信息化建设中扮演着重要的基础架构角色。文章以山东理工大学数据中心虚拟化平台为例，介绍基于XenServer虚拟化技术构建新型数据中心，同时阐述了虚拟化在数字校园建设中所带来的节约投资成本、提高资源共享水平、节能减排等优势。基于开源平台构建虚拟化系统，极大降低了系统部署时的软件采购成本，显著提高了资源利用率，有效解决网络安全与机房能耗等诸多问题。

关键词：虚拟化；Citrix；Xenserver；信息化；资源

引言

随着信息化建设的不断深入，高校对信息化建设越来越重视，网络应用得到快速发展，对于网络的依赖也越来越强。与之相应的，业务系统、数据库、服务器也在不断增加，从而导致了数据中心管理复杂、建设维护成本高、资源利用率低、能耗高等诸多问题。怎样合理地利用资源，降低能耗，提高工作效率，是摆在信息化建设者们面前急需解决的突出问题。虚拟化技术是目前广泛讨论的话题，利用虚拟化技术可以帮助高校数据中心解决IT基础设施面临的种种挑战。

1 数据中心应用现状

数据中心作为学校数字化校园的核心部分，承载着学校教学、科研、管理等多种应用管理服务。网络中心经过多年的信息化建设，已经具有八十多台服务器，由于信息系统的需求和部署时间不同，数据库、程序设计语言、软件厂商、使用部门等也有不同程度的区别，导致了这些系统的部署必须配置在独立的物理服务器上。随着越来越多的业务系统部署，机房的空间已经饱和，原有的供电系统已不能满足日益增长的电力需求，散热问题也日益凸显。运行单一的业务系统并不能充分利用服务器的所有资源，日常工作状态下，服务器的资源利用率一般在10%-20%，造成了资源的极大浪费。随着应用的不断增加，数据量越来越大，管理越来越困难。

2 服务器虚拟化简介

虚拟化是一种将底层物理设备与上层应用操作系统、软件分离的去耦合技术。虚拟化技术通过在硬件和操作系统之间增加一个去耦合的中间层――虚拟机管理器，使得程序和软件可以在虚拟计算环境中运行时，共享所有的计算机资源，从而大大提高了资源使用率。服务器虚拟化就是将服务器物理资源抽象为逻辑资源，将一台物理服务器变成几台甚至上百台彼此相互隔离的虚拟服务器，使系统的应用不再受物理条件的约束。实现服务器虚拟化的好处体现在以下方面。

2.1 节省成本

服务器虚拟化将多种应用负载整合到较少的物理服务器上，在设备、能源和管理等方面节省资金，有效降低硬件成本。采用操作系统虚拟化技术，虚拟化效率高，虚拟化License费用低，能共享操作系统，以更低的成本来实现更高的效率。

2.2 服务器整合，充分利用未使用的计算能力和空间

在一台物理服务器上同时运行多个虚拟机，合理使用服务器的CPU、存储资源，可以更有效地使用服务器，极大提高资源利用率。

2.3 降低管理复杂度、提高工作效率

通过对虚拟机的快速部署，可以帮助管理员更灵活、更高效地实现对IT资源的管理工作。

2.4 提高系统可靠性

传统的物理计算机已经变成了虚拟机容器，从本质上来说，它们是存储在磁盘和从物理硬件层完全抽象出来的文件，加上动态迁移和虚拟机复制等技术，为数据备份和灾难恢复提供了方便的解决方案。

3 服务器虚拟化的系统实现

3.1 虚拟化软件的选择。

经过几年的快速发展，虚拟化技术已经相当成熟，VMware、Citrix和Microsoft是目前x86平台上主要的虚拟化技术提供厂商，分别在服务器虚拟化、桌面虚拟化、应用虚拟化和虚拟化管理上有着各自的优势。在服务器虚拟化方面，这3家公司采用不同的虚拟化架构， 每种结构都有优点和缺点，在平台管理、资源配置、虚拟机迁移和运行维护的方法是不同的，经过一系列的技术比较，实际测试后，我们选择了思杰的XenServer服务器虚拟化技术。

Citrix XenServer是半虚拟化技术的代表，它是一款经过实践检验的、完全支持服务器虚拟化的引擎，它的核心是开源的Xen系统管理程序。Xen服务器虚拟化解决方案直接在硬件或裸机上安装一个瘦软件层（即Xen hypervisor），插入到服务器硬件和操作系统之间，提供一个抽象层，让每台物理服务器可运行一台或多台虚拟服务器，将操作系统及其应用从底层物理服务器有效分离出来。

XenServer是完整的服务器虚拟化平台，软件包中包含所有需要创建和管理部署的虚拟x86计算机上运行的Xen开放源码，准虚拟化的虚拟机管理程序与近乎完美的性能。XenServer是对Windows和Linux进行了特殊优化的虚拟服务器平台，不需要底层操作系统，它可直接运行与服务器硬件上，是一个具有高效率和高扩展行的系统。Citrix XenServer 6.2是Citrix Systems（思杰）最新的免费开源服务器虚拟化产品，它的所有的功能和工具都在开源许可证下。

XenServer服务器虚拟化核心功能主要有：（1）采用管理式管理，无节点限制，对物理服务器和虚拟机实现多节点管理。（2）动态迁移及多服务器资源共享结合强大的XenMotion技术，使虚拟机在不中断服务的服务器之间迁移，无需停机。（3）成熟的管理流程引擎，使用64位行业标准的Xen开源管理程序，充分利用下一代服务器、操作系统和微处理器所提供的高性能、高安全性和可扩展性。（4）快速裸机性能支持无限数量的服务器及虚拟机，具有行业领先的整合报告。（5）设置简单，界面友好。（6）集成存储管理功能，支持现有的存储系统，具有主机逻辑卷管理、快照复制及动态多路径功能等存储管理功能。

3.2 虚拟化技术在数据中心的应用

我校数据中心采用了5台HP 580 G7高性能服务器作为应用服务器，3台HP P4000存储组成存储资源池，部署XenServer6.2虚拟化平台，通过虚拟化系统管理工具XenCenter完成资源的管理和调度。

具体的实施、部署步骤如下：

第一步：规划系统资源；根据现有生产环境统计出CPU、内存、硬盘、网络等资源使用情况，计算出虚拟机使用数量，从而确定需要使用多少台物理服务器实施虚拟化。在规划设计方案时应具有前瞻性，应将未来二至三年内虚拟机潜在需求考虑进去，降低未来硬件采购成本。

第二步：安装、调试虚拟服务器；在系统规划的基础上，结合实际采购的硬件设备进行软硬件的安装调试。四台物理服务器配置了两颗八核CPU，128GB内存，RAID1冗余硬盘，存储采用IP-SAN方式部署。在每台服务器上分别安装XenServer虚拟化软件，将四台物理服务器搭建成集群模式；完成对虚拟化平台的配置工作；新建一台虚拟机，部署XenCenter管理平台，对四台物理服务器进行统一管理，配置HA高可用性等安全措施。

第三步：服务器和应用系统迁移；对于服务器操作系统，采用P2V的方式，利用操作系统的Volume Shadow Copy卷影副本复制服务作为基础，来实现在旧系统环境下的系统无修改、无停机的情况下，将数据和应用软件、操作系统环境、系统环境变量等全部以"快照"形式迁移到新服务器中，由此来实现服务器环境的整体迁移。而对于应用系统和网站，迁移所花的时间与在两台物理服务器之间移动的过程与时间相同，迁移后，要进行彻底检查，确认应用或者网站能够正确运行。

3.3 取得的效果

山东理工大学在数据中心的升级建设过程中，基于虚拟化技术进行规划设计和建设，对数据中心进行了全面改造，建成了计算资源池、网络资源池、存储资源池三大系统，真正实现了数据中心的全面虚拟化，实现了资源的高度整合。

与学校原有数据中心相比，新数据中心在满足学校业务需求的同时，有效地屏蔽了底层的复杂性，简化了管理，大幅提升了数据中心的灵活性、可靠性和设备利用率。

4 结束语

采用虚拟化技术将硬件设备进行资源池化，实现了服务器、网络和存储的统一高效整合，提高了设备利用率、灵活性和可用性，降低了维护工作的难度及工作量。该方案有效解决了数据量快速增加、管理成本高、能耗大、安全性差、业务连续性能力低等问题。

山东理工大学通过对数据中心的虚拟化技术改进，逐步解决了数据中心运行、管理中遇到的突出问题，满足了学校信息化建设快速发展对数据中心提出的迫切需求。

参考文献

[1]王一鸿，解晓峰，凌晨，等.服务器虚拟化在数字化校园中的应用研究[J].电脑知识与技术，2013（21）.

[2]魏会珍，王少杰.服务器虚拟化技术在企业管理中的应用[J].硅谷，2012（20）.

[3]张军峰.企业服务器虚拟化应用平台搭建及应用研究[J].中国科技信息，2009（23）.

[4]朱超.基于虚拟化技术构建高校分布式云计算数据中心[J].武汉工程大学学报，2011（04）.

[5]汪颖.网络虚拟化对数据中心资源整合的意义分析[J].职业技术，2012（12）.

[6]李刚健.基于虚拟化技术的云计算平台架构研究[J].吉林建筑工程学院学报，2011（28）.

作者简介：张光勇（1980，5-），男，研究生，工程师，山东淄博，研究方向：网络工程。