基于虚拟化技术的高校数据中心建设方案.doc

基于虚拟化技术的高校数据中心建设方案马航航( 甘肃广播电视大学，甘肃 兰州 730000)摘 要: 云计算对高校数据中心的建设提出了新的需求，虚拟化技术是解决这些需求的有效手段。通过对高校数据中心需求的论述及虚拟化技术特点的分析，给出了一种基于虚拟化技术的高校数据中心建设方案，以实现高校数据 中心的高可靠、可伸缩和智能管理。关键词: 数据中心; 虚拟化; 存储虚拟化; 网络虚拟化中图分类号: tp393传统数据中心，往往具有配置冗余、资源利用率低、管理不 一 致、难以适应新的变化等特 点1。笔 者提出的高校数据中心解决方案，克服了传统数据 中心的不足，为高校的日后信息化发展提供好的基 础。先介绍数据中心的基本需求，然后说明采用虚 拟化技术在数据中心的建设中所能提供的优势，最后给出基于虚拟化技术的数据中心建设方案。适应应用和技术的变化脚步，而且超出其物理局限性，解决了异构平台的管理难度，提高数据中心资源 的利用率和能力4。虚拟化本质是一种物理资源封装手段，能够将 已整合在一起的资源以一种与物理位置和状态无关 的方式进行组织实现自由的跨平台资源调用，能够 实现资源的扩展和收缩，使用户能够获取正好适合 他们需求的资源。数据中心采用虚拟化可以最大限 度地屏蔽软硬件资源的差异性，根据需要灵活分配 资源，减少总体成本。目前虚拟化软件主要有 vmware、微软的 hyper v 和 xen 3 种。因 vmware 具 有 跨 平 台、功 能 齐 全、应用广等优势，是目前校园数据中心虚拟化应用 的最佳 软 件 平 台。vmware 可 以将数据中心的 pc 服务器群与它们连接的网络和存储设备虚拟化，并 将它们聚合到统一的逻辑资源中，进行有效的管理。1高校数据中心的需求1. 1 可靠性采用专用的硬件可靠性部件支持及软件的数据 冗余、分布式存储来保证数据的可靠。可以自动检测失效节点，将失效节点排除，实现故障的自动处理而不影响系统的正常运行。通过集成海量存储和高 性能的计算能力，提供较高的服务质量。1. 2 可信性主要是网络安全与高可用性，能够向高校的师 生提供安全、稳定的工作环境和作业环境2。3基于虚拟化技术的高校数据中心高校数据中心设计主要通过对服务器、存储、网络进行整体虚拟化，实现整个数据中心的运行高效、可靠、安全和高可用的同时，还可对硬件资源进行智 能管理。1. 3可伸缩性数据中心能提供随需可扩展的弹性服务，服务的规模可伸缩，即能根据服务负载大小动态分配资源，而部署于数据中心的应用需要适应资源的变化， 并能根据变化做出响应3。1. 4 可管理性服务器、网络、存储和功率容量作为资源池能够 自动配置、容量优化和灾难恢复。3. 1服务器虚拟化服务器虚拟化就是在服务器上安装一个虚拟机监控器软件，将服务器物理的 cpu、内 存、网 卡、硬盘和 i / o 等资源抽象出来，映射成若干个虚拟的 cpu、内存、网 卡、硬 盘 和 i / o，构 成 虚 拟 机，每 个 虚 拟机上可运行一个独立的操 作系统和若干应用软 件5。这里我们采用 vmware esx 软件实现服务器虚 拟架构整体解决方案。如图 1 所示，esx 采用原生2虚拟化技术虚拟化技术是指通过映射或抽象的方式屏蔽物理资源的复杂性，以简化基础设施的管理，同时可以甘 肃科 技第 28 卷22虚拟化方式安装在为虚拟基础架构提供资源的各个主机服务器的硬件上，解决上层网络虚拟化对接和 下层存储服务器的虚拟化映射。esx 提供了一个稳 固的虚拟化层，从而使每个服务器能够容纳多个安 全、可移植的虚拟机，这些虚拟机可在同一物理服务 器上并行运行。图 2 vmware vmfs 虚拟存储架构网络虚拟化虚拟化数据中心环境会产生更大的网络流量、3. 3更大的波峰值和波谷值。这意味着必须实施更高程度的网络自动化，以保证动态的服务器和存储资源 变更不会因为网络自身的原因而变得缓慢6。网络虚拟化实现网络各层的横向整合，形成一 个统一的交换架构。虚拟化整合后的设备组成了一个逻辑单元，在网络中表现为一个网元节点，管理简 单化、配置简单化、可跨设备链路聚合，极大简化网络架构，同时进一步增强冗余可靠性。网络虚拟化既要考虑传统校园网接入，又要考 虑数据中心网络接入，因此在方案设计上配置两台 具有超大规模数据交换能力、足够的万兆接入能力的 h3c s10508 作 为 核 心，整 合 服 务 器、网 络、存 储与接入。采用 vdc ( 虚拟化数据中心) 技术将一台 物理交换 机 逻 辑上模拟成多台虚拟交换机。配 置fcoe( 以太网光纤通道) 连接虚拟服务器与虚拟存 储。另外，通过改进虚机系统平台内的软交换机运 行方式来提升虚拟化网络的运行质量。vswitch ( 虚拟交换机) 应用 vds( 虚拟网络分布式虚拟交换机)技术，使得在一个集群内主机上的所有的虚机，可以 看成连接在单一的一台智能化交换机上，如图 3 所示，它可实现无论虚机如何迁移，配置在虚拟交换机 上的所有网络策略都随虚机迁移而自动跟随，这在降低管理复杂性的同时提升了虚拟机的迁移速度。图 1 vmware esx 架构虚拟化服务器的选择上首先考虑的是设备的性 能，其次考虑系统结构应该具有扩展能力，满足学校 未来几年业务增长的需要。这里我们配置 8 台 x86 芯片平台的 ibm 刀 片 服 务 器。数据库产品不建议 部署在虚拟化平台上，并且其对硬件性能、可靠性要 求非常高。因此，配置两台 ibm 公司的小型机供数 据库系统使用，同时实现两台服务器负载均衡、双机 热备。3. 2存储虚拟化存储虚拟化能够满足虚拟数据中心的数据迁 移、高速缓存、数据快照和精简配置。该方案配置 2台 ibm 公司的存储服务器，采用 san ( 存储区域网 络) 集中存 储 方 式，将每个虚拟机文件系统创建在 共享的 san 集中存储阵列上。配置 vmware vmfs 虚拟化数据管理引擎，整合异构存储环境，由统一界 面进行集中存储管理，使得存储空间利用率最大化; 同时整合应用服务器，跨越 san 的孤岛联接，或者进行数据迁移。如图 2 所示，vmware vmfs 虚拟 机 文 件 系 统， 是一种高性能的群集文件系统，允许多个 esx serv- er 安装同时访问同一虚拟机存储，支持通过 vmwarevirtualcenter、vmware vmotion技 术、vmwaredrs和 vmware ha 提供的基于虚拟化的分布式基础结构服务。由于 vmware 的虚拟架构系统中的虚拟机 实际上是被封装成了一个档案文件和若干相关环境 配置文件，通过将这些文件放在 san 存储阵列上的 vmfs 文件系统中，可以让不同服务器上的虚拟机 都可以访问到该文件，从而消除了单点故障。图 3 网络虚拟化的整合，第 19 期马航航: 基于虚拟化技术的高校数据中心建设方案233. 4 虚拟化管理平台虚拟化管理平台负责整个数据中心资源管理 可以将服务器、存储和网络作为资源池动态配置，以 便在同一虚拟机上运行各种应用。利用 vmware virtualcenter 管 理 平 台 可 以 实 现 数据中心的集中管理和监控虚拟机、实现自动化以 及简化资源调配。同时，还可以通过将网络、存储设 备、计算工具作为共享资源池进行管理，转变数据中 心的经济模式。虚拟化管理平台经设计集成，可为共享服务提 供具有高度灵活性和可扩展性的架构，并无缝集成 到现有服务器、存储设备和网络环境。虚拟化数据中心总体架构根据论述的数据中心建设思路及建设方法，完 成数据中心的整体方案设计。通过对所有硬件设备 进行虚拟化，整个数据中心服务器、网络、存储都实 现了冗余和负载均衡，数据中心的虚拟架构拓扑结 构如图 4 所示。3. 5图 4 虚拟架构拓扑结构参考文献:1周 铁 成 虚拟化技术在数据 中心架构中的应用研究 j 现代计算机，2009，30( 5) : 88-89朱超 基于虚拟化技术构建高校分布式云计算数据中 心j 武汉工程大学学报，2011，33( 4) : 100-102 王庆波，金涬 虚拟化与云计算m 北京电子工业出 版社，2009李伶 基于 vmware 的高校数据中心虚拟化技术分析j 电脑知识与技术，2012，8( 1) : 20-21何禹，胡宇鸿 虚拟化技术在校园网数据中心的应用 j 电子科技大学学报，2007，36( 6) : 1461-1464 房秉毅，张云勇 云计算网络虚拟化技术j 信息 通 信技术，2011，20( 1) : 50-53234小结提出的基于虚拟化技术的高校数据中心方案，4有效地提高了设备的利用率，实现了数据中心的可靠性、可 信 性、可伸缩和可管理。下一步将从高性 能、分布式两方面入手，研究实现云计算高校数据中 心的 iaas( 基础设施即服务) 。56櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷( 上接第 42 页)郭培章8 综 合 计 算 得 出，目前总的水复用率仅为 65% 70% 。今后，一方面对排出的废水要加强管 理，防止废水的过多损失; 另一方面要改进废水处理 技术，提高废水回收率，有效地提高水复用率，从65% 70% 升 至 75% 80% ，以 节 约 用 水，并 提 高 经济效益。1何焕华，蔡乔方 中国镍钴冶金m 北京冶金工业出版社 2000王雅静，戴惠新 . 生物吸附法分离废水中重金属离子 的研究进展j 冶金分析，2006，26( 1) : 40-45刘天 齐 . 三 废 处 理 工 程 技 术 手 册 ( 废 气 卷) m 北 京: 化学工业出版社，2000赵廷凯，唐谟堂 湿法炼锌净化钻渣新处理工艺j中南工业大学学报，2001，32( 4) : 371-375潘江 柠檬酸盐法处理烟气二氧化硫的研究d 西安 建筑科技大学，2001张复加 . 金昌冶炼厂废水处理工艺探 讨j 硫 酸 工 业，1999，15( 2) : 10-13蒋建国 . 固体废物处理处置工程m 北京: 化学工业