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基于vGate平台的数据中心虚拟化的研究与实现

发布时间:2016-11-24阅读次数: 分享到: 

李佳  杨志强

(乌鲁木齐民族干部学院  新疆乌鲁木齐  830000

摘要:随着数据中心规模的扩大和应用服务的增多,传统的数据中心部署模式面临着资源利用率低、管理难度大和可靠性低等问题。本文通过采用红山vGate虚拟化平台对学院数据中心的服务器进行虚拟化整合和部署,达到了资源共享、数据可靠、管理高效、架构灵活的目标。

关键词数据中心;服务器;虚拟化

引言

随着网络规模的日益扩大、应用系统的逐渐增多以及数据量迅猛增长,传统的数据中心建设模式面临着软硬件资源分配不均、资源利用率低、数据备份困难和管理难度大等问题。因此,如何合理的调整现有资源配置模式和管理模式,提高数据中心资源的共享性、数据的可靠性、管理的高效性、结构的灵活性,成为目前我院数据中心所面临的最大挑战。

当前,在云计算快速发展的背景下,虚拟化技术迅速兴起,凭借其能够整合资源、对资源动态优化分配以及在逻辑层上灵活地进行数据管理和备份等优势,迅速渗透到各个领域。因此,为解决目前学院数据中心“数据孤岛”的现状,使用红山vGate虚拟化软件对学院数据中心进行优化管理,达到使数据中心具备低能耗、高可用、高可靠、易管理的目的。

一、    数据中心面临的挑战

目前,数据中心除了提供基础的服务,如WWW、VOD、FTP、MAIL、数据库等,还提供众多的应用系统,如教学管理系统、一体化平台、教学日志系统等。为保证基础服务和应用服务的正常运行,数据中心先后采购了数十台服务器,这些服务器的配置还处于“一个应用系统配一台或多台服务器”的传统模式,如图1所示。

1. 数据中心虚拟化前部署结构图

随着服务器数目和使用年限的增长,长此以往运转下去会给管理和运维带来许多问题,主要表现在:

(一)运行成本高

数据中心采用“一个应用系统配一台或多台服务器”的运行模式,服务器的利用率相对较低,随着应用服务增多,服务器数目也增加,而每增加新的服务器不仅耗费大量经费,运行成本如电力消耗、机器维护等也越来越高。

(二)管理难度大

伴随应用服务的增多,服务器的安装调试、服务系统的运行环境也越来越复杂,大多数的业务必须保持二十四小时运行,实现运行情况实时监控,因此对管理人员的技术水平和管理能力要求也越来越高。

(三)可靠性降低

服务器和业务系统一对一或一对多的配置模式会存在单点故障的问题,一旦出现安全攻击、服务器宕机等问题就会导致服务器无法正常工作,不仅使服务中断还会导致数据丢失。

二、    数据中心虚拟化技术

随着数据中心规模的快速扩大,目前的架构模式和管理模式已无法满足发展需要,因此,如何降低数据中心的硬件成本,如何有效地降低管理难度,如何重新部署和整合服务器资源是数据中心急需解决的问题,在此背景下,虚拟化技术成为解决以上问题的关键所在。虚拟化技术根据维基百科的解释[1]:“虚拟化是指打破原有物理资源结构的壁垒,将这些物理资源按逻辑方式进行整合和跨物理平台共享,使资源能够不受平台、架构等因素的影响而按需被用户应用。”

数据中心虚拟化技术包括服务器虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化三个方面,基于学院数据中心实际情况,我们主要采用服务器虚拟化技术和存储虚拟化技术。服务器虚拟化是指将所有服务器资源虚拟成一个大的服务资源池,然后随时随地动态的将资源分配给所需的应用,达到服务器资源利用的最大化[2]。服务器虚拟化的主要作用是通过整合服务器,进行集中统一管理,按需进行资源分配,提高每个物理服务器的资源利用率,达到降低硬件和运维成本的目的。存储虚拟化是指把分散的物理存储整合成一个大的虚拟存储池即逻辑存储,服务器使用存储资源只需和逻辑存储打交道,存储硬件的更改对服务器完全透明[3]。存储虚拟化的主要作用是集中管理存储资源,提高资源利用率,快速实现数据的备份和恢复,保证业务的连续性,提高数据的可靠性。

三、    vGate虚拟化平台的组成

vGate是北京红山世纪科技有限公司开发研制的服务器虚拟化解决方案。该产品基于vGate虚拟化系统平台,通过集中式统一管理实现负载管理、虚拟机的动态迁移、虚拟机备份和高可用性等技术,简化服务器的管理和部署,提高服务器的利用率,增强服务和应用的安全性和可靠性[4]。vGate平台主要由四部分组成:服务器虚拟化vGate Server、管理控制台vConsole、管理中心vManager、备份与容灾中心vStorage。vGate Server是一个虚拟机监视器,能直接安装在服务器硬件上,用来提供给操作系统运行的虚拟计算环境和提供控制虚拟机行为的接口。vConsole是图形化界面的虚拟化管理平台,能够通过连接vGate Server来统一管理所有服务器,并且能够实时监测各个服务器的运行状态和资源使用情况,根据应用需求动态的按需分配资源。vManager实现在不同虚拟机之间进行网络控制、流量控制和安全访问等。vStorage进行虚拟机的备份和恢复,同时记录文件的使用情况和备份状态。

四、    基于vGate平台的虚拟化部署实现

对学院数据中心采用虚拟化技术,首先是对数据中心的服务器应用状况进行监测和统计分析并根据实际业务应用对虚拟机的资源需求进行统计,然后结合统计情况对资源进行整合规划并在vGate虚拟化平台上部署实施,最后对数据中心虚拟化后取得的效果进行分析说明。

(一)统筹规划

首先,对数据中心现有服务器使用情况进行统计,包括磁盘空间、CPU和内存使用情况等,统计结果见表1。

1. 虚拟化前服务器资源统计表

服务器名称

存储空间

已用磁盘空间

CPU

内存容量

本机磁盘

网络存储

WWW

1T

未连接

300G

1*2.4GHZ

8G

DNS

1T

未连接

50G

1*2.4GHZ

8G

Mail

1T

未连接

600G

1*2.4GHZ

8G

VOD

1T

30T

20T

1*2.4GHZ

8G

SQL

1T

未连接

100G

1*2.4GHZ

8G

Oracle

1T

未连接

100G

1*2.4GHZ

8G

COSS

1T

未连接

50G

1*2.4GHZ

8G

QiKan

1T

6T

4T

1*2.4GHZ

8G

Newspaper

1T

4T

2T

1*2.4GHZ

8G

Webdisk

1T

4T

2.5T

1*2.4GHZ

8G

Webs

1T

未连接

300G

1*2.4GHZ

8G

JXRZ

1T

未连接

50G

1*2.4GHZ

8G

MTA

1T

未连接

300G

1*2.4GHZ

8G

Jinpan

1T

未连接

800G

1*2.4GHZ

8G

Chaoxing

1T

未连接

800G

1*2.4GHZ

8G

 

第二步确定每台业务虚拟机的资源需求,如vCPU数目、内存和磁盘分配等,并增加vStorage虚拟机并为其备份存储分配10T空间,统计结果见表2。

2. 虚拟机资源需求统计表

虚拟机名称

分配磁盘空间

vCPU

分配内存

WWW

300G

16

32G

DNS

50G

16

8G

Mail

600G

4

8G

VOD

30T

8

16G

SQL

100G

8

16G

Oracle

100G

8

16G

COSS

50G

4

8G

QiKan

4T

4

8G

Newspaper

2T

4

8G

Webdisk

4T

8

16G

Webs

300G

8

16G

JXRZ

50G

4

4G

MTA

300G

4

8G

Jinpan

800G

8

16G

Chaoxing

800G

8

16G

vStorage

10T

8

16G

 

第三步,资源整合与部署。通过表1可以看出,现有数据中心采用的是应用与服务器一对一的部署模式,系统文件和数据文件的存储是不分离的,存在的弊端是系统一旦崩溃那么所有的数据文件将无法查看,且服务器的本地磁盘空间和CPU使用率不高。因此,根据表2中统计的虚拟机资源需求情况,对所有虚拟机的部署进行整体合理的规划,通过虚拟化对服务器和存储资源进行共享,以达到用最少的物理服务器提供最大的应用服务需求的目的。规划后的服务器部署情况如表3所示。

3. 虚拟化后服务器资源统计表

服务器名称

磁盘空间

CPU

内存容量

运行的虚拟机

是否连接网络存储

vGate-01

300G

2*2.4GHZ

64G

JXRZ,MTA,VOD, Jinpan

vGate-02

300G

2*2.4GHZ

64G

Mail, Webdisk, Webs, Chaoxing

vGate-03

300G

2*2.4GHZ

64G

COSS, Newspaper, QiKan, Oracle, SQL

vGate-04

300G

2*2.4GHZ

64G

WWW,DNS

vGate-05

300G

2*2.4GHZ

64G

vStorage

 

(二)部署实施

根据资源规划,建立数据中心服务器虚拟化运行方案,数据中心的虚拟化部署结构如图2所示。

2. 数据中心虚拟化后部署结构图

数据中心虚拟化部署实施步骤如下:

1.     学院集中采购五台戴尔R720服务器,服务器配置信息如表3所示,在每台服务器上安装虚拟化系统vGate Server;

2.     在管理员的计算机上安装vConsole管理平台;

3.     通过vConsole管理平台创建资源池,并将所有安装vGate Server平台的服务器划分到该资源池中;

4.     创建iSISC网络共享存储库,将所有服务器与共享存储相连接,成功连接后服务器本地磁盘只存储vGate Server系统文件,所有虚拟机的系统和数据文件均保存在共享存储上,不仅实现了虚拟平台和数据分离存储,还保证了虚拟机的动态迁移;

5.     根据表3中服务器上运行的虚拟机分配,在这五台服务器上安装对应的虚拟机,值得注意的是虚拟机的磁盘空间并不是分配在其所在的服务器上面的,而是在共享存储库中为其分配空间,然后根据表2对虚拟机的vCPU数和内存大小等参数进行配置;

6.     在虚拟机上部署应用,其中有些应用可以直接在虚拟机上进行重新安装,有些旧的应用服务(如VOD、MTA等)由于不兼容和版本过旧等问题无法直接在虚拟机上重新安装,则可以通过P2V工具进行应用的迁移,保证了应用的完整性和可用性;

7.     安装vStorage备份存储系统,选择一台服务器创建虚拟机,在虚拟机上安装vStorage备份系统,完成后将其与备份存储连接,部署备份计划实现重要数据定期备份。

(三)研究成果

学院数据中心通过部署实施红山vGate虚拟化解决方案,达到了资源共享、数据可靠、管理高效和架构灵活的目标,具体体现在以下几点:

1.       集中管理平台

通过vConsole管理平台,管理员可以对虚拟化的服务器进行集中管理,不仅能够远程的对服务器进行管理控制还能实时的监测服务器运行状况。

2.       虚拟机动态迁移

为保证业务的连续性和高可靠性,建立在共享存储上的虚拟机可以进行动态的迁移。虚拟机的迁移主要分为两种情况:一是当检测系统发现资源消耗不平衡时会将负载较重的虚拟机迁移到负载较轻的虚拟上,从而达到服务资源的整体平衡;二是当虚拟机所在的服务器需要维护或者出现故障的情况下,该服务器上的虚拟机会自动迁移到满足自身运行条件的服务器上。

3.       高可用性

如果资源池中的某台物理服务器出现故障,那么在该服务器上运行的虚拟机势必会受到影响,造成应用中断,高可用性可以在管理员未干预的情况下实现虚拟机自动迁移到其他可用的服务器上启动,减少了服务停用的时间。管理员可以通过配置高可用性策略对虚拟机出现故障后的行为进行管理。

4.       容灾备份

在数据中心运维过程中最担心的就是系统和软硬件的故障导致的数据丢失和不可恢复,在vGate虚拟化平台中可以通过vStorage对虚拟机进行同步备份、恢复。管理员可以通过vStorage对每台虚拟机按重要程度分别定制备份策略,如高等级的按天备份,中等级的按周备份,低等级的按月备份。在虚拟机出现故障后可以通过备份对虚拟机进行恢复,保证了数据的高可靠性。

五、    结束语

本文通过对学院传统数据中心所面临的问题进行总结和分析,对数据中心采用vGate虚拟化软件并结合实际应用部署虚拟化分配方案,实现了三个目标:一是通过虚拟化技术改变数据中心传统的资源配置模式,对数据中心的资源进行重新整合和部署,使资源能够按需、动态、合理的进行分配,提高资源的利用率;二是打破原有的单点故障模式,采用虚拟化技术,实现虚拟机的动态迁移,保障数据中心数据和服务的高可靠性;三是改变传统人工重复的机械式管理模式,通过虚拟化管理平台对数据中心的存储和应用进行集中管理和控制,降低管理的复杂度,提高工作效率。

 

参考文献

[1] 虚拟化,维基百科http://zh.wikipedia.org/wiki/虚拟化.

[2] VMware,Building the Virtualized Enterprise With VMwareInfrastructure

   (White Papers)[EB/OL], 2008-8.

[3] 张冬,大话存储-网络存储系统原理精解与最佳实践[M],清华大学出版社,

   2008 年 11 月,77-86.

[4] vGate产品说明书(v5.2)[P],北京红山世纪科技有限公司,2013年09月,    1-2.

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