高校数据中心虚拟化技术分析

【摘 要】数据中心虚拟化包括服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化三部分。通过将服务器虚拟化，可以有效提高其资源利用率，加快部署的速度，提升管理维护的便捷度，并且可以利用VMotion动态迁移来提高服务响应能力。通过将网络虚拟化，在提高各个虚拟网络之间的安全性和可控性的同时，优化网络的基础架构，提升带宽容量和网络速度、降低网络投资成本。通过存储虚拟化，可以有效提高磁盘利用率，加快故障恢复速度，实现在一个SAN网络上不同的服务器之间共享各类数据资源，为之后实现HA功能、DRS功能铺平了道路。

【关键词】服务器虚拟化；网络虚拟化；存储虚拟化

高校的数据中心是学校数字化校园建设的一个重要组成部分，对推动高校信息化建设起着保障作用。在使用现代化手段为高效运转基础的高校办学体制中，数据中心虚拟化建设又是其中一个较为重要的环节。目前高校数据中心的不同服务通常都是采用单独的服务器部署，用以保障各项服务的独立性，但是一旦服务器出现问题，就会导致整个应用服务瘦。由于缺乏系统规划，各种服务器性能不一，内容庞杂，容易造成单点故障频发，服务保障水平相对而言也较低，造成系统管理员维护量大，管理困难，很难实现故障预警和统一协调管理。另外，孤岛式数据中心扩展性差，当扩展新业务时需要部署专门的网络、服务器和存储等基础设施，容易形成数据的孤岛。面对庞杂的软硬件环境，在不同的硬件平台和操作系统之间给系统快速备份和有序恢复都带了不小的难度。数据中心管理人员需要在不同的设备之间准备不同的备份和恢复方法，难以做到统一数据备份，造成维护工作量巨大，也增加了安全性和稳定性上的不定因素。针对以上问题，研究提高信息共享率，消除“信息孤岛”，保持所存储数据的唯一性、完整性和准确性，并以此为依托，为学校的管理提供全面的数据信息服务，为数字化校园提供有效的数据信息服务保障。提出基于虚拟化技术的数据中心虚拟化建设方案。

数据中心虚拟化就是打破原始物理结构之间的隔断，将物理资源转变为逻辑上可直接调控管理的资源。在完成虚拟化建设后，预计可将各种硬件资源透明地运行在各种物理平台上，资源的管理都将按照逻辑方式进行，实现资源的自动化分配。依据虚拟化的理论指导，高校数据中心虚拟化分为：服务器虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化三个环节。服务器虚拟化的核心思想，就是一种能够通过区分资源的优先次序，并随时随地能将服务器资源分配给最需要它们的工作负载以简化管理和提高效率，继而减少为单个工作负载峰值而储备的资源的方法[2"]。通过虚拟化技术将物理硬件和操作系统分离，使得多个具有不同操作系统的虚拟服务器可以独立运行在同一台物理服务器上，最大化的利用硬件资源。首先对服务器虚拟化的各项技术进行分析，再根据高校数据中心的实际情况给出服务器虚拟化的规划和方案，接着来完成服务器虚拟化的部署，并利用VMware Center Client来监控和管理各个虚拟机的运行情况。

服务器虚拟化的核心思想，就是一种能够通过区分资源的优先次序，并随时随地能将服务器资源分配给最需要它们的工作负载以简化管理和提高效率，继而减少为单个工作负载峰值而储备的资源的方法。通过虚拟化技术将物理硬件和操作系统分离，使得多个具有不同操作系统的虚拟服务器可以独立运行在同一台物理服务器上，最大化的利用硬件资源。

首先需要对即将布设虚拟化的服务器硬件资源进行统计，数据中心现有各类服务器若干台，运行着校内各种应用和业务系统。利用VMware vSphere对服务器进行整合，最大限度的利用现有的服务器资源，对其进行了各项评估，包括CPU、内存和磁盘容量等，结果表明现有的各个服务器资源利用率很低，造成大量资源被浪费。而现有的部分老旧服务器并不适合构建VMware虚拟化平台，但是可以用作数据存储。

VMware vSphere本身即包含有一组虚拟网络元素（vNetwork），该组元素可以让处于数据中心的各个虚拟机能够像在物理环境中一样进行网络互联。在这其中就包含有虚拟网络接口卡（vNIC）、虚拟标准交换机（vSwitch）、虚拟分布式交换机（vDS）和端口组（Port Group）。

根据高校数据中心的的实际情况来完成网络虚拟化的部署，通过两台vSwitch将虚拟机接入到虚拟网络以实现各虚拟机之间的网络通信和物理机之间的交互功能。

数据中心存储系统虚拟化就是让前端主机脱离对后端存储设备的依赖，通过中间的虚拟层作为存储服务的基础，从而带来更高的资源利用率、无缝数据迁移等效益。利用VMware vSphere技术可从根本上更好地管理虚拟存储架构，提高存储资源利用率和灵活性，减少管理开销和延长应用程序正常运行时间。

VMware vSphere存储架构由各种抽象层组成，这些抽象层隐藏并管理物理存储子系统之间的复杂性和差异。在VMware vSphere中，ESX/ESXi存储器指的是多种物理存储系统（本地或联网）上的存储空间，主机使用该存储器存储虚拟机磁盘，分为本地存储器和联网存储器。其中，联网存储器由ESX主机用于远程存储虚拟机文件的外部存储系统组成。通常主机通过高速存储器网络访问这些系统。网络存储设备将被共享。网络存储设备上的数据存储可同时由多个主机来访问。

数据中心存储系统虚拟化就是让前端主机脱离对后端存储设备的依赖，通过中间的虚拟层作为存储服务的基础，从而带来更高的资源利用率、无缝数据迁移等效益。利用VMware vSphere技术可从根本上更好地管理虚拟存储架构，提高存储资源利用率和灵活性，减少管理开销和延长应用程序正常运行时间。

存储的虚拟化，就是在抽象化底层的存储设备后，继而进行统一调控和管理，屏蔽存储设备的硬件信息，而只保留其统一的逻辑特性，从而实现了存储系统集中统一的管理。通过应用存储虚拟化，可以有效解决高校数据中心存储空间利用率过低的问题，在部署存储虚拟化之后，可以方便的弹性扩容，大幅提升硬件使用率，其实现技术主要基于主机的虚拟化存储、基于存储设备的虚拟化和基于存储网络的存储虚拟化三种，接下来就此三个技术方法分别作进一步讨论。

方法一：基于主机的虚拟化存储

基于主机的虚拟化存储技术的实现主要依赖于主机操作系统下逻辑卷的管理软件或在服务器上完成的，经过虚拟化的存储空间可以跨越多个异构的磁盘阵列，通过将多个逻辑卷进行统一管理调配，屏蔽上层应用对物理磁盘的管理。

由于无需另外添置硬件设备，基于主机的虚拟化存储成本较低，能够提升主机的处理器资源利用率，但灵活性较差。因此对于信息系统规模较大，使用的主机类型和应用程序种类较多，且对系统性能和稳定性要求较高的高校来说，并不适合此技术。

方法二：基于存储设备的虚拟化

基于存储设备的虚拟化技术依赖于提供相关功能的存储控制器，对所管理的存储提供虚拟化。通过用基于存储设备的虚拟化技术，可以使多个主机服务器访问同一个磁盘阵列。

基于存储设备的虚拟化技术较易实现，易管理，适用于数据量较小，存储设备单一环境，而对于数据量大，存储设备种类多，并要求能进行跨设备、跨地域的数据整合和共享的高校数据中心来说，并不适合此技术。

方法三：基于存储网络的存储虚拟化

基于存储网络的存储虚拟化技术依赖于在存储网络中添加相应的虚拟化设备而实现存储虚拟化。存储网络虚拟化设备可以是特定的虚拟化设备，也可以通过在网络交换机上安装虚拟化软件来实现对于数据量大，采用多种类型的主机和存储系统，并要求对各分校区进行数据共享和整合的高校数据中心来说，比较适合采用此技术。

【参考文献】

[1]历史与实现不断演变的数据中心[EB/OL].http：///dc/12157.shtml.

[2]常潘.数字化校园数据中心建设的研宄[J].中山大学学报（自然科学版），2009，48：232-234.

[3]刘旭.虚拟化技术在高校数据中心建设应用的研宄[J].中国教育信息化，2010，11.