基于VMWARE虚拟化技术构建高校数据中心云平台

摘　要：

摘　要：通过虚拟化技术的运用，利用目前已经稳定、成熟的云计算技术，对数据中心基础架构平台进行云化，达到简化管理、提高信息共享率和资源利用率，同时通过云平台的建设，打造校内统一的数据中心，使学校的IT建设和管理更加符合科学高效的目标。

关键词：

关键词：虚拟化　数据中心　云平台　Vmware　架构　设计

   　目前，高校信息化建设己然进入了高速发展时期，在基本完成了高校数字化校园基础建设之后，信息和业务的集成也就成为了高校信息化建设的重要任务。数据中心如何将IT基础设施、数据以及运行服务进行集中整合也逐渐成为高校信息化领域所关注的热点。长期以来，由于数据中心的重要性，其规划和投资均会考虑要满足建成后很长时间的应用，以致无法精确预计远期的业务发展规模及后期应用发展的不平衡性，部分高校数据中心往往是按照业务需求购置相应设备，造成各类应用服务器数量不断增加，同时也带来系统管理复杂、资源利用率低下、能耗巨大、安全控制与数据备份困难等诸多问题。

　　面对目前困境，引入虚拟化技术，将会成为解决这些问题最为有效的途径之一。虚拟化通过在计算机体系结构中划分出一个新的虚拟化层，用以整合数据中心整体资源，采用动态分配的方式提高计算机硬件的利用率，在对运行环境进行有效整合的同时也给后期平台数据整合提供了新思路。随着以Vmware为首的虚拟机技术的普及，该技术被更多地运用在数据中心云计算平台的构建上。通过虚拟化技术将计算、存储和网络资源构建成动态的虚拟资源池，使用虚拟资源管理技术实现云计算资源的自动部署、动态扩展、按需分配，从而使用户能够更加灵活、高效和低成本地使用 IT资源，拥有了持续满足校园信息化应用需求的能力。

1　数据中心虚拟化云平台的目标架构

　　本次方案的建设中，考虑到本人所在单位数据中心虚拟化建设的实际情况，着重于建立信息化云平台的总体技术架构，即以基础设施即服务（IaaS）为基础，包括虚拟主机、虚拟存储、虚拟网络、虚拟桌面等服务，保证对现有应用系统和用户影响最低的前提下，完成应用向云中的迁移。待数据格式、中间件、数据库形成标准，统一之后逐步完善PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）建设。方案的总体架构如图1所示。

  　在主流的虚拟化产品中，通过分析比较，从部署和管理的成熟度考虑，最终选择Vmware虚拟化技术作为数据中心云平台建设的工具，利用它强大的虚拟化能力将数据中心转换为显著简化的云计算基础架构，将关键业务应用程序与底层硬件分离来实现前所未有的可靠性和灵活性，使每种应用程序工作负载均能够以最低的总体成本履行最高级别的应用程序服务，有效地减少运营成本，降低管理复杂度，提升了系统架构兼容性，为构建统一的数据中心打下基础。 

2　通过Vmware虚拟化技术搭建云平台

    Vmware虚拟化管理平台体系将数据中心的物理硬件资源（如服务器、网络和存储系统等）集中在一起形成一个共享虚拟资源池，统一组织管理，资源池也称之为云资源。它可以有效实现服务器运算能力的共享、存储设备的共享、负载均衡以及网络架构的逻辑独立性等。云资源结构关系如下图2所示。

2.1　主机（服务器）资源池设计

　　云计算平台的核心是服务器，承担着云平台的“计算”功能。要在云计算平台上构建服务器资源池作为资源分配的控制中心，通常做法都是将性能配置相同或者相似的服务器进行组合，再利用虚拟化软件实现服务器间的虚拟整合，使得形成的统一计算资源能以虚拟服务器的方式被不同的应用所使用。

　　服务器资源池在搭建之前，首先对服务器进行归类并确定资源池的种类和数量。归类的标准一般是根据服务器的处理器、型号、配置与物理位置来决定。对云计算平台而言，为了形成一组可相互间替代的资源，通常都是将相近型号、性能接近、物理距离不远的服务器构建成一个资源池，以便管理调度。此外，资源池规划也需要考虑规模和功用的情况，就单个资源池来说，其规模和云计算平台的灵活性和容错性成正比，资源池规模越大，灵活性和容错性就越高，可以部署的应用也就更多。单个物理服务器故障对对整个资源池的影响不会太大，但不利因素是过大的规模会给网络出口吞吐带来巨大的压力，各个不同应用之间的干扰也会更大。

　　通常根据数据中心业务应用情况，可以考虑将应用分高低两级，某些独立而规模较小的资源池内尽可能放置级别较高的应用并辅以高级别的存储设备，并配备高级别的运维值守。而级别比较低的应用，则可以被放在那些规模较大的公用资源池中。

　　本方案中，针对数据中心服务器状况，结合性能配置进行虚拟化整合。高性能服务器通过VMware ESXi 实例安装，可以使单台服务器支持多个虚拟机。其余的部分旧服务器，通过Vmware Standalone convert P2V整合至数台高性能服务器计算节点上面，同时计算节点资源池化，为应用提供一个动态的、高效的计算池。

2.2　集群设计

    对于传统数据中心而言，通常会选择并依赖于集群技术的部署来实现服务器的高可靠性保障。云计算平台将计算资源虚拟化以后，除了具有高可靠性保障外，还可以利用虚拟服务器自身虚拟化的特点：应用程序可与硬件解耦──硬件资源可以动态地在应用系统间调拨，实现传统物理服务器上无法实现的高可用性。

　　在构建云计算平台的计算资源池时，可以将多个物理主机合并为一个具有共享资源池的集群以提升云业务系统的可靠性。VMware High Availability (HA)功能会监控该集群下所有的主机和物理主机内运行的虚拟主机，由于虚拟机独立于硬件并且可以共享物理资源，所以无需相同的专用备用硬件即可部署故障切换，并且消除了维护相同配置所导致的附加复杂性。当物理主机发生故障，出现宕机时，HA功能组件会立即响应并在集群内另一台主机上重启该物理主机内运行的虚拟机。当某一虚拟服务器发生故障时，HA功能也会自动的将该虚拟机重新启动来恢复中断的业务，从而保证了数据中心业务的连续性。使用 VMware vSphere 组成集群具有下列好处：不会产生使用相同服务器时产生的成本，避免了传统物理硬件更改时重建集群带来的复杂性等问题。

2.3　主机与虚拟机设计

　　集群创建成功之后，没有任何主机或虚拟机包含于其中，为了将主机和虚拟机置于集群进行管理，首先需要把主机添加到集群，之后再进行虚拟机的添加。虚拟机如同物理服务器，它们主要的区别在于虚拟机是由文件系统构成而不是由物理电子元器件组成。每台虚拟机都是一个完整的系统，它具有CPU、内存、网络设备、存储设备和 BIOS。因此，操作系统和应用程序在虚拟机中的运行方式与它们在物理服务器上的运行方式没有任何区别。虚拟机创建时，硬件资源如CPU（核数）数量、CPU优先级调度、IO优先级、存储资源、内存分配、网络资源等都需要优先考虑。同时，虚拟机的调整和删除也是设计当中不可或缺的内容。云计算业务资源弹性最直观的体现是虚拟机的调整，调整可以是由于业务扩展带来的虚拟机硬件资源扩张，也可以是业务收缩后对多余资源的释放，它是一种根据虚拟机所承载的业务的变化需求对现有虚拟机所占资源的主动行为。虚拟机删除意味着虚拟机生命周期的终结，，在虚拟机生命周期终结时要关注虚拟机所占用系统资源的回收。

　　本方案中，主机与虚拟机的设计安装都由Vmware Vcenter统一管理，根据业务要求及负荷分配合适资源，可以实现高可用性（VMware HA）,在线迁移正在运行的虚拟机（VMware VMotion），在线添加处理器、内存、磁盘等资源（热添加）以及集中的基于虚拟机的整合备份，从而解决原有单服务器结构平台管理复杂、资源利用率低下、安全控制与数据备份困难等问题。

2.4　云存储平台设计

　　根据部署云计算的需求，存储设备用于统一存放虚拟机镜像文件和业务系统数据，这样做不会在运行虚拟机的云计算节点主机上引起任何额外的负载，可满足高可用性、数据移动性、灾难恢复、可管理性的横向扩展及升级等方面的需求。目前存储平台云化实现技术主要基于主机存储的虚拟化、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。

　　本方案中，使用专用存储设备进行存储虚拟化整合，合理利用原有存储资源，将高速数据与低速数据自动分层存储，满足学校各种应用的负载需求。

3　云业务部署

    在云平台的IaaS架构中，虚拟机作为最为重要的IT基础设施，贯穿于整个云业务服务的流程之中，并直接关系着云计算平台的资源利用状况，也可以认为云业务的部署就是虚拟机生命周期的管理。因此，为了更好地将虚拟机及资源平台管理、云业务结合在一起，需要着重考虑两个方面的内容。

其一，数据中心业务评估：通过对学校业务的评估，首先取得校内各业务部门对虚拟机类型和规模的需求，之后按需分配各业务部门所属的虚拟资源，包括计算资源、网络资源、存储资源等。

其二，数据中心云计算平台资源池建设情况：虚拟机相关资源池──包括计算、存储和网络资源池的规划和设计；平衡突发业务对虚拟机的临时性需求和IT资源无序投入之间的矛盾。