服务器虚拟化建设助推企业数据中心运维成本优化

内容摘要：

展望2014年，全球经济形势依旧不明朗，为了生存，各类企业都在挖掘和利用企业已有的各种资源，控制企业在各方面的成本，减少不必要的支出。本文采用案例分析的方法，以ABC制造企业数据中心建设、维护为样本，研究和分析通过服务器虚拟化建设给企业数据中心运维带来的经济效应，得出以下结论：数据中心服务器虚拟化建设，不但实现了服务器和存储平台整合，达到系统数据安全和系统性能提高，而且最为重要的是实现了企业最为关注的数据中心运维成本优化。

关键词：数据中心；虚拟化建设；优化运维成本

中图分类号：C37文献标识码： A

1引言

在IT与业务高度融合的今天，数据中心作为企业数据和业务系统的物理载体，承载着企业正常运转的艰巨使命，数据大集中、云计算、物联网等新兴IT技术和IT建设模式不断涌现，使得数据中心建设与运营管理的复杂性随之越来越高。在复杂的IT环境中，冗余的硬件设备使企业机房饱和，每一件新购入的设备都会带来额外的能源开销。将物理服务器转化为虚拟服务器，是确保机房环境稳定及IT开销在可控制范围内的行之有效的方法。

服务器虚拟化(Server Virtualization)则可以帮助企业简化和巩固他们的IT基础设施。它还有助于减少运营和能源成本，提高灵活性和敏捷性。因此越来越多的企业将虚拟化技术应用到服务器集群、存储和网络中，从而实现简单性、牢固性和灵活性，而这些正是虚拟化技术的特征。当数据中心采用虚拟化技术后，可以动态地开启或者关闭虚拟服务器，就像操作物理服务器那样。在一台物理服务器上运行多个虚拟机，可以高效地利用物理服务器的硬件资源，并对于可能的需求变化，做出快速的反应。

ABC公司作为一家全球500强企业，其在中国分公司的数据中心非常庞大，本文采用案例分析的方法，以某次数据中心的虚拟化建设项目为例，对数据中心成本优化方案问题进行比较分析，以期能对其他公司的数据中心运维提供借鉴和参考。

2数据中心面临的问题和挑战

传统的数据中心正在消耗大量的能源、空间和成本，随着生产高度自动化、集约化、以及办公无纸化的推进，企业的系统和服务器数量则飞速增长。随之而来的是数据中心面临更多的问题和挑战，主要体现在以下6个方面:

第一，数据中心空间不足，需要投资进行扩建。很多数据中心空间使用率已高达90%，同时每年都有很多新系统的上线，这将新增服务器，因此急需投资费用于数据中心空间扩张。

第二，旧服务器升级，需投资费用购买新的设备。 对于已经服役7~8年的服务器，硬件故障隐患很大，且性能不足。在许多情况下，硬件升级可以解决一些系统问题，如在现有服务器上添加更多磁盘，或者系统地利用大容量磁盘替换掉小容量磁盘，以获得存储能力提升。但事实存在的问题是IT产品都是包含一个有限的生命周期，供货商会在当前服务合同到期时选择不再续约。因此有必要在产商停止为过时设备提供部件和支持之前，进行技术更新。

第三，大量开发测试机堆积在办公区域，急需转移至数据中心，以提高数据安全。一直以来由于经费限制，只能将开发测试系统部署在PC机上，而PC本身硬件故障率极高，一旦硬盘损坏，开发数据丢失，严重影响开发环境安全与可靠性。同时大量开发测试机放在办公区域，也占用了本该可以提供给新入职员工的座位。

第四，对于一些使用率不高，但很重要的系统，如生产工艺标准系统、员工福利管理系统等，急需投资费用进行双重化建设。过去很多重要的应用系统都是单机配置，故障发生时都将造成业务中断，且恢复时间长。当系统维护、升级、扩容时候常常需要宕机进行，造成应用、业务中断。

第五，急需投资费用用于杂乱服务器整合管理。由于服务器数量很大，非常难以集中管理，同时新服务器和应用的部署时间长，增加了服务器重建和应用加载时间，硬件维护常常需要数天，乃至数周的硬件准备时间。

第六，服务器存在负载峰值与平均利用率的矛盾。由于服务计算资源利用是一个突发性的模型，在开机时和业务高峰期计算资源的利用率很高，过了高峰期，服务器计算资源的利用率通常低于5%。

3解决方案

为了解决上述问题，更好地应对当前业务需求的挑战，同时解决部署应用方式所造成的弊端，我们决定对现行的旧服务器和新项目所需的服务器实施虚拟化架构，并进行物理机冗余构架，这样不但能提高服务器计算资源的利用效率，提高数据中心空间利用率，同时大幅度简化服务器群管理的复杂性，提高整体系统的可用性、安全性，达到减少投资成本，实现“绿色”IT。

3.1服务器虚拟化含义

服务器虚拟化就是将硬件、操作系统和应用程序一同装入一个可迁移的虚拟机档案文件中，由此一台机器上就可以支持多种操作系统同时运行， 而不需要重启机器以切换操作系统，并且应用程序都可以在独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高服务器的利用率。

虚拟机和真正的物理主机没有太大的区别，都需要分区、格式化、安装操作系统、安装应用程序和软件，总之，一切操作都跟一台真正的服务器一样。图1-1是一个传统构架方案。即一台物理服务器，一个操作系统，一个应用。而图1-2是一个虚拟化构架方案，为了降低宕机概率，必须同时进行双机冗余建设。虚拟化的实施，可以在每台物理服务器上可以运行2个独立操作系统（实际常达到7~8个操作系统），其卓越的性能还表现在，当虚拟化平台2和3中任意一个物理设备发生故障时，需要宕机维护时，可以将当前故障机上的系统全部在线的方式迁移至另外一台上，从而避免实际运用的中断。

3.2服务器虚拟化技术优势

服务器虚拟化技术具有以下6点优势，可以逐个解决上述的空间不足、旧服务器升级需求、故障率高、冗余建设需求、系统整合需求、提高资源利用率的问题。

（1）节约空间。通过将物理服务器变成虚拟服务器，减少物理服务器的数量，不但可以在电力和冷却成本上获得巨大节省，而且还可以减少数据中心UPS和网络设备费用、所占用的空间等等。

（2）事半功倍。在经济不明朗的情况下，IT部门和管理员更需要有事半功倍的理想方式来实现。服务器虚拟化都是在新设备上实施，不但节约了空间，而且完成了事实上的硬件升级。

（3）避免过多部署。在实施服务器虚拟化之前，管理员通常需要额外部署一下服务器来满足不时之需。利用服务器虚拟化，不但可以随时新增一个系统，并且整个实施时间仅需要半个小时，部署时间节省70%以上。

（4）系统冗余构架实施简单、易操作。虚拟机服务器的一大功能，是支持将运行中的虚拟机从一个主机迁移到另一个主机上，而且这个过程中不会出现宕机，故障宕机概率甚至能将至0%。

（5）系统整合管理。通过服务器虚拟化，实现了将所有的虚拟机都整合到统一的管理平台上，从而简化了系统管理，大幅减少管理员管理服务器的宝贵时间。

（6）提高资源的利用率。通过服务器整合将共用的基础架构资源聚合在池中，打破原有的“一台服务器一个应用程序”模式，可以实现共享资源池。

4案例分析

4.1背景资料

ABC公司是一家世界顶级的大型制造业公司，多年来一直稳居世界500强排行榜中。随着工艺精度要求水平和设备自动化程度的不断提高，不得不更多的依靠人工智能系统，而系统的核心就是服务器。由于业务发展需求，近期有新的项目规划：即新增30个系统，一是用于改造当前办公区域的开发、测试系统，二是硬件升级那些重要、使用率较低、服役年数达到6年以上的服务器。

而目前企业最大的问题是数据中心空间不足，使用率达到95%以上，无法提供足够的空间用于新服务器的安装。通过分析，可采用以下两种方案。第一，传统方案。购买30台服务器，30个Windows 2012 许可证，4个机柜。

第二，虚拟化方案。购买4台服务器，2台存储，2台光纤交换机，4个Windows 2012许可证，8CPU VMware5.0许可证，1个机柜，

两种方案的最大差别在于虚拟化方案所需的空间仅为传统方案的四分之一。而后续分析则进一步论证了服务器虚拟化还能大大优化数据中心成本投入。

4.2 方案费用对比

为了体现服务器虚拟化项目的优势，以下进行传统构架方案和虚拟化构架方案的费用对比。

传统构架方案：费用总计大概需要369万人民币。

装备清单：DELL R720服务器30台服务器，DELL 42U 机柜4台，Windows 2012 Data Center许可证30个。相应产生的费用明细如表1-1所示。

表1-1 传统构架费用明细表

条目 费用

（万元） 详细说明

30台服务器 180 服务器需要30台，每台6万元

4个机柜 20 需要4个机柜，每个机柜配置一下大概要5万，包含电源、KVM、PDU、显示器

30个Windows 2012许可证费用 88 一个Windows 2012 Data Center License大概4809美金，现在30个系统，大概需要88万。(USD:RMB=6.1:1)

电力消耗费用 81 按3年计算电力费用，每个服务器功率按1800瓦特计算。总计电力费用是1.8KW/H*24H*365D*3Y*0.63RMB*30台=807，124.5 RMB

费用总计 369

虚拟化构架方案：费用总计大概需要154万人民币。

装备清单：满配DELL R720服务器4台，DELL 42U机柜1台，PowerConnect光纤交换机2台，EqualLogic PS6100E存储 2台。费用明细如表 1-2所示。

表1-2虚拟化构架费用明细表

条目 费用

（万元） 详细说明

4台服务器 32 需要4台，每台8万元。要求高配服务器，特别是内存需要满配。

2台存储 42 需要2台，每台存储21万

1个机柜 5 只需要一个机柜，费用节省，同时节省3个机柜的位置

2台光纤交换机 10 需要2台光纤交换机，以及相应的模块和光纤，每台交换机需要费用5万

Windows 2012许可证费用 11 由于一个windows 2012 Data Center license可以无限制安装虚拟机，而我们一般一台服务器安装7~8台虚拟化操作系统，也就是说现在license费用只需要原来的1/8

VMware5.0许可证费用 30 8 CPU License费用，以及相关实施人力费用

电力费用 24 按3年计算电力费用，现在8件设备，每个装备功率按1800瓦特计算。总计电力费用是 1.8KW/H*12H*365D*3Y*0.63RMB*8台=238，412.2 RMB

费用总计 154

通过表1-1与表1-2的比较可以得出，虚拟化方案相比传统方案更具成本优势，不但实现了空间节约，仅为传统方案的1/4，而且还实现了投入费用节约，仅为传统方案的42%，各项数据都表明虚拟化方案能大大优化数据中心的成本投入。

4.3服务器虚拟化成本优势分析

ABC公司这次服务器虚拟化项目推进，成本优势主要体现在以下4个点：

（1） 房屋建筑物和土地成本降低

最新的物理服务器不但厚度减少，性能成倍提高。从某种程度上讲，通过虚拟化技术，可以将服务器的使用率提高到70%~80%，因为一台物理机上可以运行多台虚拟机，所以虚拟化不但满足了新增系统的需求，也满足了旧系统升级，大大释放了空间，避免再次投入大量资金进行数据中心建设。

（2） 电力费用节约

新推出的服务器，不但CPU的性能提高，同时能源供给也更加高效，能够提供多达90%的电源效率。因为能耗降低了，系统自然散热也减少，这就意味着数据中心所需要的空调系统可以少一些，因此也就能够直接带来电力费用的降低。

（3） 许可证费用降低

无论走访任何一家公司的首席技术官（CTO），只要告诉他通过服务器架构虚拟化可以大大节省费用，他一定愿意选择虚拟化方案。以本案为例：如果刚刚为1台新服务器购买了一个Windows 2012 Data Center许可证，计划投入到公司的基础架构之中，大约将花费掉4809美金的许可证费用。但是如果采用虚拟化方案，如购买一个Windows Server 2012 Data Center许可证，根据实际性能需求，我们做出了每台物理机上安装7~8虚拟机的规划，那么实际上我们操作系统只需花费约700美金，而且后续还可以不受限制地继续安装虚拟机。

（4） 提高效率，降低人力成本

服务器虚拟化真正的优点就是带给服务器管理一种全新的灵活性。例如，能够将一台虚拟服务器轻松迁移到另一台主机上、在几秒钟时间内完成对服务器的快照或者复制，现实中何一位管理员都需要这些功能。因此，一旦IT技术人员掌握了虚拟化技术，它就会提高IT部门的生产效率。同时由于虚拟化还实施了双机冗余技术，减少了宕机概率，也间接帮助企业其他部门提高了生产率。

5结束语

服务器虚拟化技术切实可行、优点显著、可以大幅节省服务器硬件和配置费用。本文通过对数据中心成本优化的问题分析，给出服务器虚拟化建设方案，在此基础上以ABC企业为例，深入分析了服务器虚拟化在数据中心运用的可行性和普遍性，深刻地论证了服务器虚拟化在数据中心中的大好前景。但是要清醒地认识到，服务器虚拟化是趋势，其本身依然存在一定的缺陷：如IO性能瓶颈，虚拟机与真实机相比，IO读写速度降的很厉害；真实机down机，如果对物理机不实施冗余建设，那么一旦发生故障时，上面的虚拟机将全部不可用；实施配置复杂，虚拟化化软件VMware启动不起来没有真实机那么好解决；更新升级困难，物理机升级更新一些驱动时必须考虑VMware是否受影响，更新出现问题将导致VMware不可用，等等。虽然其存在这些缺陷，但是毋庸置疑，随着技术更新升级以及瓶颈问题的解决，硬件级别的虚拟化技术的是未来计算机发展的方向，在数据中心遇到空间和成本压力时，必然有着灿烂的前途。

参考文献：

[1]马巧根，成本与管理会计（MBA精品系列），中国人民大学出版社，2012

[2]王春海， VMware虚拟化与云计算应用案例详解，中国铁道出版社，2013

[3]张广明，陈冰，张彦和，数据中心基础设施设计与建设，电子工业出版社，2012

作者： 张海波 东南大学经济管理学院MBA在读，就职单位：上海伊尔庚环境工程有限公司