长江水文情报预报中心服务器虚拟化技术应用实践

　　摘要：针对长江水文情报预报中心机房原有服务器过多，利用率低，管理维护复杂的状况，采用虚拟化技术来进行服务器资源的整合，以提供更高的IT资源利用率和灵活性，降低运行维护成本，增强了系统和应用的可用性，并提供系统冗余、容灾备份等功能。
　　关键词：服务器虚拟化；VMware；系统应用整合迁移；Veeam备份
　　一、原有机房服务器应用状况
　　在应用VMware虚拟化平台软件前，预报处中心机房主要服务器有二十余台。由于受操作系统版本不同、软件开发平台不同、应用不同、不同科室、不同服务、相互开发之间协调、兼容等因素制约，那些已经部署和将来增加的应用都需要单独配置服务器，同时，随着新业务的扩展、新系统的开发，应用服务将持续增多，从而产生越来越多的服务器和存储容量的扩展需求，如此一来，就会使得服务器数量呈直线增加，面临的问题也变得频繁，主要包含下面5类：
　　（一）服务器的利用率低
　　由于一台服务器只能有一个操作系统，受系统和软件开发平台的限制，CPU、内存、硬盘空间的资源利用率不超过30，大量的资源被闲置。
　　（二）可管理性差
　　首先是可用性低，几乎每个应用服务器都是单机，如果哪台服务器出现故障，相对应的业务也将中断。其次是系统维护、升级和扩容时需要停机进行，也将造成应用中断，其中包括一些关键业务系统，一旦中断服务器，影响很大。
　　（三）兼容性差
　　系统和应用迁移到其它服务器，需要和旧系统兼容。新的软件包括操作系统和应用软件无法运行在老的硬件平台，而老的代码有时候也很难移植到新的硬件平台。例如：由于各种资源数据库分别开发，需要运行的软硬平台很多时候不能保证兼容。为节省时间、物力和保持系统部署的规划，只能采取增加服务器方法来解决。
　　（四）服务器和存储购置成本高
　　维护成本递增，也不得不考虑。随着应用的不断增加，服务器数量也跟着增加，每年要支出高额购置费用不说，还有部分服务器已经过保修期，部件进入老化期，维护、维修预算费用也逐年增加。
　　（五）机房环境日益恶劣
　　随着服务器的增加，机房空间越挤越窄，现有的网线接口和电源插座越来越不够用，原来规划的ip地址也不能满足新增设备的需求。电源负荷的增加给散热提出了新的要求，昼夜运转的中央空调不仅不能降低过高的温度，还使得电费成本剧增，且散热不良总是引起服务器不同的故障频频发生。
　　要解决好以上五个方面的问题，既要充分利用现有的服务器等资源，又要考虑到系统整合后的可扩展性，并适合未来技术发展的趋势，较适合采用虚拟化技术来进行服务器资源的整合。（图1为整合前后的对比图）
　　二、虚拟化技术简述
　　服务器的虚拟化技术就是将物理硬件与操作系统分开，从而提供更高的IT资源利用率和灵活性，并允许在一个物理服务器上独立并行运行具有不同操作系统的虚拟机，而每个虚拟机都独立拥有一套虚拟硬件（如RAM、CPU、网卡等）。此外，因为虚拟机是封装在文件中，因此可以快速对其进行保存、复制和部署。可在几秒钟内将整个系统（完全配置的应用程序、操作系统、BIOS和虚拟硬件）从一台物理服务器移至另一台物理服务器，以实现零停机维护和连续的工作负载整合。下面将对Vmware虚拟化软件中几样关键技术进行介绍：
　　（一）VmwareVmotion
　　VmwareVmotion是一种用户创建动态、自动化、自我优化的数据中心的关键促成技术，可以不间断地自动分配资源池中的虚拟机，使运行中的虚拟机从一台物理服务器实时迁移到另一台物理服务器，它实现了零停机时间和连续可用的服务，并能全面保证事务的完整性。
　　（二）VMwareHA（HighAvailability）
　　VMwareHA能持续监控资源池中的所有物理服务器，使用服务器上的心跳信号来自动检测服务器故障，并重启受服务器故障影响的虚拟机。此外，VMwareHA时刻监控群集中是否有足够的资源可用，以便在主机发生故障时能够在其他物理主机上重启虚拟机。
　　（三）VMwareDRS（DistributedRescourceScheduler）
　　VmwareDRS将全异的硬件资源聚合到统一的逻辑资源池中，并可跨资源池不间断地监控利用率，并根据反映业务需要和不断变化的优先级的预定义规则，在多台虚拟机之间智能地分配可用资源。当虚拟机负载增大时，VMWareDRS会通过在资源池中的物理服务器之间重新分发虚拟机来自动分配额外的资源，使资源优先用于最重要的应用程序。
　　（四）Veeam虚拟化灾备技术简述
　　Veeam为现有的虚拟环境提供备份和复制二合一的全面保护，能灵活地满足不同虚拟机在不同恢复对象（RTO和RPO）方面的要求。Veeam高效地利用了广域网带宽，采用虚拟机在线复制获得高可用性，采用离线复制用于灾难恢复。
　　三、预报中心虚拟化应用实例
　　（一）虚拟化应用方案介绍
　　本方案主要通过虚拟化技术来实现预报中心中心机房现有服务器资源的整合，提高服务器硬件资源利用率并简化管理和减低总体维护成本。根据实际应用情况，采用VMware服务器虚拟化技术，将大部分应用服务器整合迁移到4台的物理机上，实现服务器的虚拟化。在四路服务器都安装配置Vmware企业软件，用于在单个物理服务器实体上，利用服务器强大的处理能力，生成多个虚拟服务器，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理服务器，在每个虚拟服务器上，再安装windows或Lunix操作系统，进而再安装应用软件，这样以前的每个物理服务器就变身为Vmware服务器上的虚拟机，从而大大提高资源利用率，降低成本，增强了系统和应用的可用性，提高系统的灵活性和快速响应，完美地实现了服务器虚拟架构的整合。
　　（二）虚拟化软硬件配置
　　1。VMwarevSphere6。0企业增强版。
　　2。VMwarevCenterServer。
　　3。HPDL580Gen8服务器四台：共有CPU核心数量160个，内存1TB。
　　4。光纤存储阵列一台：MS3300，双主控，32GB缓存。
　　5。光纤交换机两台，其中一台为冗余备份用。
　　6。千兆以太网交换机两台，其中一台为冗余备份用。
　　7。VMware管理及备份服务器1台。
　　（三）虚拟化应用实施
　　1。VMwarevSphere软件安装
　　VMwarevSphere是VMware虚拟架构套件的基础组成部分，是动态、自我优化的IT基础结构的基础。VMwarevSphere是一个强健、经过生产验证的虚拟层，它直接安装在物理服务器的裸机上，将物理服务器上的处理器、内存、存储器和网络资源抽象到多个虚拟机中。
　　在具体实施中，为了实现数据的集中存储、集中备份以及充分利用VMware虚拟架构中虚拟机可动态在线迁移、动态资源分配等特性，我们在四台物理机上同时安装了VMwarevSphere软件，并配置一套光纤存储阵列产品，同时配置冗余的光纤交换机，组成标准的SAN集中存储架构。由VMware虚拟架构套件生产出来的虚拟机的封装文件都存放在SAN存储阵列上，通过共享的SAN存储架构，可以最大化的发挥虚拟架构的优势，为以后的容灾、系统扩展性等打下基础。
　　2。VMwarevCenterServer软件安装
　　VMwarevCenterServer提供了用于管理虚拟基础架构的集中式可扩展平台，用于管理VMwarevSphere环境，允许IT管理员简化和自动化对虚拟环境的控制，提供对虚拟基础架构每个级别的集中控制和可见性。本方案为VMwarevCenterServer单独建立了一个虚拟机，安装VirtualCenter软件，对四台物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一的管理。
　　3。原有应用系统迁移
　　在虚拟化软硬件环境都安装部署好后，需要对原有的应用系统进行迁移整合。根据不同业务系统的实际情况，分下面两种方式进行：
　　（1）在线式迁移
　　对于原有应用系统较为复杂，重新安装配置工作量大，并且现有服务器运行正常，可在该服务器上安装VMwareConverter软件，进行在线式系统迁移，此方法可完全保留原有应用系统的全部功能。但是该方法遇到原有系统数据量较大时迁移速度很慢，对不能长时间停机的业务应用系统（如数据库服务器）不适合，且迁移过程有一定的失败率。
　　（2）重新部署应用系统
　　对于部分不能长时间停机，且数据量较大的业务系统，可采用直接建立全新的虚拟机，安装相应的操作系统，并将原有应用系统中的数据通过网络或者移动存储等复制到该虚拟机，对该应用进行重新安装部署。待确认该应用在虚拟机中运行正常后，即可将原有应用服务器关闭，切换至虚拟机中的新系统。
　　4。虚拟架构环境的备份和容灾
　　在安装部署完虚拟机应用环境之后，还必要对各个虚拟机系统进行定期备份。通过使用Veeam软件，为虚拟服务器提供集中化的备份容灾。本虚拟化环境中所有虚拟机实现到其中两台ESXiServer本地磁盘复制容灾（重要数据库系统每小时复制；其它应用系统按天复制），当存储出现问题，可在秒级别恢复应用，保障应用系统连续性；此外，本虚拟化环境还实现独立异主机备份（按天备份），当整个虚拟化平台出现问题，仍能保证所有虚拟化应用可在小时级别恢复使用。
　　（四）虚拟化应用后的优势
　　（1）通过服务器整合，控制和减少了物理服务器的数量，明显提高了每个物理服务器及其CPU、内存的资源利用率，从而降低了硬件成本，并降低数据中心空间、机柜、网线、耗电量、冷气空调和人力成本等运营和维护成本。
　　（2）提高运营效率，特别是加快新服务器和应用的部署，大大降低服务器重建和应用加载时间。对新的系统应用需求响应快捷，不需要象以前那样，需要长时间的采购流程，然后进行尝试。
　　（3）提高服务水平，由于虚拟架构可使虚拟机具有动态迁移性，不需要像以前那样，一遇到硬件故障或维护需要数天周的变更管理准备和1～3小时维护时间，现在可以进行快速的维护和升级，不用担心某台服务器出现问题，会影响到整个应用平台。此外，能将所有服务器作为大的资源统一进行管理，并按需进行资源调配。
　　（4）充分利用网络存储的优势，可以进行集中数据存储和备份，并且为这些服务器和应用的以后的容灾打下基础。
　　（五）虚拟化后存在的问题及注意事项
　　（1）应用虚拟化技术虽然减少了服务器的数量，减少了服务器的购买成本，但是相应增加了光纤磁盘阵列、光纤交换机等硬件投资，并且VMware虚拟化软件也价值不菲。
　　（2）利用虚拟化技术，把软件从硬件当中抽取出来，创建灵活、动态的环境，减少了要管理的物理资源的数量，但也加大了整个环境的复杂性，还带来了让某些IT管理人员为之头痛的管理问题。譬如，易于部署可能会带来虚拟机数量过多，或者虚拟服务器散乱现象，这可能会导致管理难度大大提高。
　　（3）光纤存储等硬件虽有冗余，但并不能保证万无一失，一旦出现问题，所有应用将全部中断，数据丢失。
　　（4）虚拟化技术服务器的安全仍然要加以重视。虚拟服务器在应用角度和物理服务器并无差别，仍然需要对其中的操作系统打补丁和升级以保证其安全可靠。我们尤其要当心的是那些不经常运行的虚拟服务器，一定要定期启动他们对其进行升级。另一方面我们也要当心虚拟服务器的数据安全，一定要保护好虚拟机文件，这些文件一旦失窃，其效果将等同于物理服务器的失窃，但其更有隐蔽性，对企业的网络安全会造成更大的威胁。所以我们要保护好诸如虚拟机备份文件这样的数据，防止其被恶意使用。
　　参考文献：
　　〔1〕虚拟化技术实战（美）赫斯〔M〕。人民邮电出版社。
　　〔2〕张巍。企业虚拟化实战Vmware篇〔M〕。机械工业出版社。
　　〔3〕何坤源。VMwarevSphere5。0虚拟化架构实战指南〔M〕。人民邮电出版社。