基于虚拟化技术的校园网站群平台设计
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摘要： 随着信息化进程在我校推进，校园网站群日益庞大，一方面服务器资源和管理维护的需求在不断膨胀，一方面是硬件资源的利用率却持续低下，针对日趋严重的矛盾，笔者分析研究了虚拟化技术，根据校园网服务现状，规划设计了基于虚拟化技术的网站群平台。
Abstract： With the process of information technology applied on colleges， the campus website group was increasingly large. On the one hand， the server resources and the needs of management in maintenance would be expanded； on the other hand， the utilization of hardware resources would low. According to this increasingly serious contradiction， the author analyzed the virtualization technology and designed the website group platform based on virtualization technology.
关键词： 虚拟化；服务器虚拟化；高可用性；校园网
Key words： virtualization；server virtualization；High Availability；campus website
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）36-0176-03
1 校园网站群现状分析
随着上海海洋大学信息化建设工作的不断推进，校园网站群也日益庞大，现今的校园网已不仅是学校与社会对接的窗口，而且是学校信息化应用的门户，除了数字校园、邮件服务、党务公开、校务公开等应用平台外，还有近50个各类学院部门级别的站点和应用，影响重大。
目前校园网站群中服务器数量庞大，功能相近的网站置于同一服务器上运行，例如学院和部门的子站点放置于同一台服务器，重要的应用则使用单独服务器运行，出于安全考虑数据库服务和WEB服务进行了分离，分别使用了单独服务器提供服务，数据库服务器因其重要性还采用了双机热备的方式，当一台服务器意外停止服务时，备机能自动接管继续提供服务，保障数据服务不被中断。此外为保障运行安全，还配备了为数众多的备份和同步服务器，因此整个校园网站群使用了数量庞大的物理服务器，网站类的应用大多使用windows操作系统。随着学校信息化进程的不断推进，各种建站的需求不断产生，并且对运行环境的需求多样化，现有服务器环境无法满足要求，需要添置新的硬件资源，导致对服务器资源需求快速膨胀，维护和管理成本也随之增加，每年校方加大投入也难以满足需求的快速增长。另一方面，经过我们监测分析，投入实际运行硬件资源的利用率却十分低下。应用部门在购置服务器硬件时，往往以满足最高峰值时的性能需求作为采购依据，典型的例如某些报名类的应用，每年就用1到2次，只有在报名时大量用户集中访问才能使服务器运行负荷水平达到峰值，平时大部分时间里服务器基本处于闲置状态。
如何有效利用现有硬件资源，用较少的投入满足日益增长的硬件资源需求，构建一个满足安全性和高可用性要求的网站群平台是摆在校园网管理员面前的一个巨大挑战。虚拟化技术在校园网站群平台建设中的引进使得以上种种问题迎刃而解。
2 虚拟化技术介绍
2.1 虚拟化技术概念 虚拟化（Virtualization）是一个广义的术语，是指计算机相关模块在虚拟的基础上而不是真实的独立的物理硬件基础上运行，这种把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，打破物理结构之间的壁垒，达到资源最大利用率，从而实现了简化管理，优化整合资源等目的的技术方案，称为虚拟化技术。[1]
2.2 服务器虚拟化 服务器虚拟化可以简单的理解为将一台服务器当作多台服务器来使用，通过虚拟技术将服务器上的物理资源抽象成逻辑资源，CPU、内存、磁盘、I／O等硬件资源均变成可以动态管理的“资源池”，服务器不再受物理上的限制，从而提高硬件资源的利用率，实现服务器资源的整合。[2]
2.3 虚拟机的迁移 虚拟化技术将虚拟服务器从硬件中抽象出来，这样做最大好处是虚拟服务器可以在不同物理服务器中来回迁移。这种迁移能力可以把虚拟服务器克隆出来，或从一台物理服务器迁移到另外一台。这样就可以消除由于硬件或软件更新升级时造成的宕机，也可以消除由于硬件故障造成宕机，甚至可以根据实际运行需要将虚机迁移到更强或更弱的服务器上。目前流行的虚拟化工具如VMware，HyperV，Xen，KVM都提供了各自的迁移组件。虚拟服务器有着统一的“硬件资源”，不像以前的不同的服务器有着不同的硬件资源。虚拟服务器不仅可以在一个统一的界面中进行管理，而且可以通过高可用性工具，当服务器因故障停机时，自动切换到网络中另外相同的虚拟服务器中，从而达到不中断业务的目的。[3]
2.4 VMware介绍 VMware是服务器虚拟化领域的主要供应商，其最新的产品vSphere可用于构建虚拟化平台，能够帮助用户迅速整合服务器、提高服务器的可靠性和高可用性，以及实现业务连续性等策略。[4]
VMware vSphere 5 Enterprise 平台中内置了VMware VMotion 和 VMware DRS 等功能模块，能根据不断变化的业务状况动态平衡工作负载，而 VMware High Availability 和 VMware Fault Tolerance 则可以保护关键工作负载，防止发生计划外的服务器停机。 VMware vCenter Site Recovery Manager 可以实现灾难恢复流程的自动化，极大简化了整个恢复过程，保证了业务的安全性。[5]
VMware vSphere平台中配置了vCenter虚拟化管理中心，可以通过统一界面集中管理所有虚拟服务器，改变了IT部门传统的服务器管理方式，有效的提高了管理效率和服务能力。
3 使用VMware构建校园网站群平台
3.1 网站群平台结构设计
考虑到校园网站群的运行情况，如果新方案的实施需要中断现有服务，或者需要一个较长的周期进行部署和升级的话，将是不可想象的。所以在方案的设计过程中需要考虑不中断现有服务，实现平稳升级和过渡。设计方案中保留了现有运行模式，构建新的虚拟化集群平台和传统服务器组平行运行，逐步将各类应用迁移到虚拟服务器上来，今后根据发展需求，再逐步增加或更新硬件资源池中的硬件。
3.2 虚拟化平台的硬件资源池 通过对校园网站群中的服务器整理和分析，发现虽然占用的服务器数量较多，但由于购买时期不同，服务器性能各不相同，有些购买较早的服务器在性能上和新近购买的服务器相比已十分低下。由于VMware软件是按每CPU计算费用，如果为性能低下的服务器再进行虚拟机划分将得不偿失。此外各服务器上现都运行着不同的业务系统，也都难以中断运行，并无闲置的服务器可以使用。考虑以上情况，拟添置3台高性能服务器进行平台架设。每台服务器配置两颗INTEL六核CPU和64G内存，这样第一阶段服务器硬件资源池共有六颗物理CPU（36个CPU核）和192G内存。第一阶段服务器硬件资源的具体配置情况如表1。
3.3 服务器虚拟化软件平台 服务器虚拟化软件平台选用VMware vSphere进行搭建。根据以上硬件资源池情况，共需配置六颗物理CPU的vSphere 5 Enterprise Standard license，同时，配置1套VMware vCenter标准版作为虚拟化平台的管理软件。
3.4 VMware vSphere配置
本方案的主体部分是2台安装了VMware vSphere软件的四路服务器构成的虚拟化集群。虚拟化架构内部连接方式如下图所示。
①在虚拟机上配置安装VMware Tools，改进虚机的显示性能，提高鼠标响应速度，提高网络效率，以及响应ESX服务器发出的命令，实现自动重启或Shutdown等功能。
②虚拟机配置时，一般采用单颗虚拟CPU的方式，如果应用不能支持多个CPU并行运算的操作，配置多虚拟CPU反倒更浪费资源，减慢系统响应速度。
③在创建虚机过程中，可选用LSI Logic控制器可获得较好性能。
④两台服务器均配置了4块千兆网卡，采用Nic Teaming的方式，将两块网卡并为一组接入同一个虚拟交换机，在创建Port Group时，每个虚机采用不同的网卡主备策略。这样设置可以充分利用每一块网卡，在保证性能的前提下，互为备份，当一块网卡出现问题时，另一块网卡将自动接管，提高可用性。还可设置VLAN将生产网络与管理网络隔离，进一步提高安全性。
⑤每个虚机都应设置CPU及内存资源的最小值，主频保留值设置在300MHz左右，内存保留值设定在512MB左右，最大值不予设定，这样既能保证每个虚机都有最基本的私有资源可以使用，又能在需要时获得更多资源以应付更多访问要求。
3.5 方案优点
①降低今后运行成本。利用 VMware vSphere 可以整合现有服务器资源，充分挖掘和利用现有硬件资源，极大的减少今后对硬件的需求。管理和维护的工作量也将大为减少，同时较少的服务器意味着较低的电力能耗和散热需求，符合当今节能减排的潮流。
②安全性提高。受硬件资源的制约，原先很多重要的应用不得不部署在同一台服务器上，一个应用出现问题时容易导致整台服务器上所有的应用都受牵连。采用虚拟机方式单独安装和运行重要的应用，由于虚拟机之间是完全隔离的，极大地提高了系统安全性。
③提高管理水平和服务能力。虚拟化技术使得管理部门可以对网站群平台的硬件资源进行统一管理，统一规划和调度，有效降低了服务器维护量，提高了管理水平。之前网站空间仅能提供windows的运行环境，采用虚拟机方式可以极为方便、快速的部署其他非windows的运行环境，极大地提高了服务能力。
④提高平台高可用性。从硬件上来看，所有的硬件设备和数据通道都有冗余备份，没有单点故障。另外Vmware的容错技术可以实现无中断的故障切换，当检测到一个虚拟机发生故障时，无需手动干预，即可自动启动资源池中其他虚拟机进行接管，保证虚拟机上运行的业务的连续性。
参考文献：
[1]陈国刚.服务器虚拟化与SVC技术在图书馆灾备中的应用.贵图学刊，2012（2）：41-42.
[2]杜伟.高校服务器虚拟化应用分析.科技创新论坛，2012（12）：181-181.
[3]唐彦，肖亮.服务器虚拟化关键技术探析.数字通信，2012（3）：11-14.
[4]张小霞，谢巧玲.基于VMware虚拟技术构建云图书馆数据中心.科技论坛，2012（7）：437-437.
[5]张鹏.新疆电大数据中心虚拟化建设初探.新疆电视大学学报，2012（2）：37-38.
[6]叶玲，孙鉴坤.虚拟化技术在图书馆服务器中的应用.高校图书情报论坛，2012（3）：13-14.