服务器虚拟化对校园网适用性探究

【摘要】本文针对校园网传统IT架构，分析了其现状和主要存在的问题，介绍了VMware vSphere系统架构的主要技术特点和功能。并对VMware vSphere在校园网中的适用性进行了针对性的测试和分析。

【关键词】校园网 虚拟化 VMware vSphere 测试

【中图分类号】G434 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2014）7-0236-03

目前校园网在前期的系统架构建设中，一般都依托IT 技术的发展，大多建立了基于服务器、存储、网络、终端和各类应用系统的IT传统架构。随着信息化建设的进行，往往形成有十几套随着数十套各类应用系统在传统IT架构上运行。这对整个运维工作带来了巨大的挑战。然而随着全球IT技术的快速发展，虚拟化架构的出现和应用被逐渐证明是更加适应各类企业、学校、政府等的IT架构，同时也更加绿色环保，并且在管理上也更加的快捷、方便。本文以VMware公司所开发的VMware vSphere在校园网中的适用性进行探究。

1、传统校园网IT架构的特点及主要存在的问题

1.1 校园网IT架构特点

校园网的建设是为学校教学、教育科研提供优质的网络化教学环境服务的，是具有交互功能和专业性较强的计算机局域网络。除了有必备的硬件设备和操作系统平台外，还提供多媒体教学资源、教师备课系统、电子图书阅览检索、多媒体教学软件开发平台、校园网站和教学资源网站建设、教学教务管理及行政事务管理等。并且提供包括提供Internet服务、远程教育服务、电子论坛、视频会议等通信功能。因此，校园网是集有教学、管理、通信等三大功能为一体的综合性网络架构。

1.2 主要面临的问题

1.2.1服务器资源没有充分利用

由于校园网承担了多样化的任务，因此在建设中往往在购买服务器的一般都按较高配置采购，以保障应用在高峰期能够正常使用并为后续使用负载留足资源。但如此一来服务器资源有相当部分没有得到充分的利用，特别是在非高峰期时。一般来说在90%的非高峰期内，有70%的服务器资源的闲置的，实际利用的只有30%左右。这样不仅造成了资源的浪费和运维费用的高企，还使得管理人员运行维护工作量和难度的增加，对整体系统稳定运行也埋下了隐患。

1.2.2 应用服务多元化

随着信息系统的建设，各类应用服务不断增多，校园网中不仅有基于B/S模式系统结构的，也有基于C/S模式系统结构的。并且这些应用系统对操作系统、数据库等需求不一，开发环境各异，如JSP、ASP、PHP等。

1.2.3 业务连续性存在隐患

由于传统系统架构一般都采用硬件+操作系统+应用系统的构架，一旦其中有一项出现问题都会对业务的连续性造成很大的影响。虽然也有相应的技术方案和备份系统，但实际实施成本较高，难度大，并且恢复时间也相对较长。

2、VMware vSphere系统架构

2.1 vSphere的体系结构

VMware vSphere设计为将整个 IT 基础架构（如服务器、存储和网络）实现虚拟化。vSphere是一个整体架构而非单个产品，它将这些不同种类的资源组合起来，使严密、不灵活的基础架构得以转换为位于虚拟化环境中的简单、统一、易于管理的组件集合。在逻辑上其由三个层构成：虚拟化层、管理层和界面层。

2.2 vSphere 数据中心

典型的 vSphere 数据中心包含多种基本物理构造块，如 x86 计算服务器、存储网络和阵列、IP 网络、管理服务器和桌面客户端。它包含以下组件：

计算服务器：计算服务器是指在裸机上运行 ESXi 的业界标准 x86 服务器。ESXi 软件运行虚拟机并为其提供资源。

存储网络和阵列： 光纤通道存储区域网络 （FC SAN） 阵列、iSCSI（小型计算机系统接口）SAN 阵列和网络连接存储 （NAS） 阵列是 vSphere 支持且广泛应用的存储技术，可满足不同数据中心的存储需求。

IP 网络：每个计算服务器都可拥有多个物理网络适配器，并以此为整个 vSphere 数据中心提供高带宽和可靠的网络。

vCenter Server：借助 vCenter Server，可以对数据中心进行单点控制。它提供基本的数据中心服务，如访问控制、性能监视以及配置。它可将各个计算服务器的资源整合起来，以供整个数据中心内的虚拟机共享。

管理客户端：vSphere 5.0 为数据中心管理和虚拟机访问提供许多界面，如 vSphere Client 和 vSphere Web Client。

2.3 vSphere的分布式服务

vSphere的分布式服务，如 vSphere vMotion、vSphere Storage vMotion、vSphere DRS、vSphere Storage DRS、Storage I/O Control、VMware HA 和 Fault Tolerance，这些资源可实现虚拟机的高效自动化资源管理和高可用性。

vMotion 实现了虚拟机在物理服务器间的实时迁移，真正地使操作系统和应用程序的工作负载不再受限于底层物理硬件。Storage vMotion则可在不停机的情况下将虚拟机的存储实时迁移到新的数据存储中。DRS通过跨物理主机平衡 CPU 和内存工作负载，将物理主机集群作为单个计算资源进行管理。VMware HA 对虚拟机驻留所在的 ESXi 主机进行池化，形成一个集群，从而为虚拟机和其中运行的应用程序提供高可用性。集群中的主机将受到持续监视。发生故障时，故障主机上的虚拟机将会试图在其他主机上重新启动。Fault Tolerance（FT）通过创建一个虚拟机一个完全相同的副本，实现了两个虚拟机保持相同状态，可以在一台虚拟机出现问题时，进行零宕机切换。

3、VMware vSphere系统在校园网适用性测试

对于VMware vSphere系统是否在校园网中适用，拟主要从系统稳定性、系统故障切换等方面进行测试。

3.1 测试环境搭建

测试环境服务器采用2台Dell R520服务器，分别命名为VM1和VM2。其主要配置为2*E5-2420（1.90GHz）、 16GB内存、300GB*2 SAS硬盘、H310 RAID卡及双千兆网卡。存储设备采用1台支持iSCSI的希捷NAS，容量为4TB。服务器安装Dell官网的EXSi 5.5系统，并通过iSCSI与NAS相连，虚拟机文件均存储在NAS上。另用一台服务器安装VMware vCenter用于配置、管理、监控EXSi主机，并根据实际情况进行相关网络方面配置，以保障网络连通性和网络带宽。

3.2 系统稳定性测试

对于系统稳定性方面的测试主要从VMware EXSi主机和在其中运行的虚拟机两方面进行。主要测试其在系统高负载工作状态下，系统的稳定性。测试方法为在虚拟机连续运行拷机软件48小时，期间观察VMware EXSi主机和虚拟机的状态，并在测试结束后检查VMware EXSi主机和虚拟机是否还能正常工作。

首先在一台VM1主机新建2台Windows2008 R2虚拟机和1台Linux 虚拟机，每台虚拟机分配8个CPU内核和4G内存。然后在Windows2008 R2虚拟机上运行Prime95软件，在Linux虚拟机上运行mPrime软件，软件运行参数均设为默认值，运行时间为48小时。

经过实际测试，在拷机过程中，在vCenter上会持续报警VM1主机CPU利用率异常，并从监控界面上可以看到VMware EXSi主机CPU利用率一直维持100%，但对主机操作、功能均正常进行。拷机48小时后，3台虚拟机也均正常运行，未出现异常现象。测试结果表明，VMware vSphere系统在高负载环境无论主机和虚拟机均能稳定运行，可以满足校园网的需求，在将多台物理服务器合并到一起时能保障运行的稳定性。

3.3 系统故障切换测试

对系统故障切换测试主要是考察VMware HA是否能及时发现故障主机和及时进行故障切换。测试方法是将VM1主机连接的网线拔除，模拟主机发生故障，测试vCenter能否在第一时间发现并及时将在VM1上运行的虚拟机切换到VM2上重新启动运行。

首先在vCenter中将VM1和VM2两台主机加入同一个集群中，并在集群中新建1台虚拟机（命名为TestHost1），并手动指定其在VM1主机中运行。当虚拟机在VM1中正常启动后，使用一台终端持续Ping虚拟机IP地址。之后将VM1主机的网线拔除，模拟主机出现故障。这时观察到vCenter立刻报警VM1主机离线，并且显示TestHost1在VM2上重新启动。同时Ping命令在显示超时丢包5个以后，重新ping通，并且远程登录TestHost1测试，系统正常。测试表明VMware HA可以在一台主机发生故障时能在很短时间内对系统进行切换，缩短业务中断时间，可以满足校园网对于业务连续性的要求。

对于Fault Tolerance（FT）功能，笔者也对其进行了测试，方法和环境同上，只是对于虚拟机有特殊要求，如只能配置为单个CPU，不能使用快照功能，不能使用3D视频功能，不支持storage vMotion，DRS自动配置为禁用，不支持USB和声音，不支持网卡直通等。测试过程中，Ping命令始终显示正常，只是在进行切换时有个相对较高的数据包延迟。结果表明Fault Tolerance（FT）可以在服务完全不中断的情况下进行故障主机切换。这对于性能要求不高，但对连续性要求高的应用适用该功能。

4、结语

VMware vSphere虚拟架构不仅降低了运营和维护成本，无论从数据中心的空间、服务器数量、电力消耗、空调和人力成本各方面都有显著改善；而且也大大的提高了效率，减少了新应用部署的时间，大大降低了服务器重建的时间。并且vCenter还提供了集中化管理、自动化操作、资源优化和高可用性。提升了数据中心的响应能力、维护效率和可靠性级别。

参考文献：

[1] VMware.VMware vSphere 文档.，2014-5-5

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[3] 连鸿鹏.云计算VMware vSphere虚拟化技术的架构分析[J] .软件导刊，2012（08）：6-7

[4] 胡嘉玺.虚拟智慧：VMware vSphere运维实录[M].北京：清华大学出版社，2011