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虚拟化技术在电子政务数据中心的研究与应用 答辩人 专业 计算机技术指导教师 硕士学位论文答辩 目录 课题背景课题研究的意义课题研究的目标研究的主要内容总结与展望 课题背景 随着电子政务不断发展 大量的政务门户网站的用户数量快速增长 具体内容的日趋多样化 政府信息公开包含大量的视频和图片等多媒体信息 政府网站需要集中处理海量数据 就需要依托数据中心为核心作为强力支撑 同时 随着政府信息资源开发利用的深入以及信息资源数据的共享利用的需求 数据的大集中以及信息交换需要极高的计算能力 而传统电子政务数据中心建设和运营的成本在逐年提高 所以需要利用虚拟化技术来提高电子政务数据中心的运行效率 降低电子政务数据中心的建设成本 来满足不断增长的数据中心业务的需求 目录 课题背景课题研究的意义课题研究的目标研究的主要内容总结与展望 传统的数据中心一直是以标准的服务器 网络 防火墙方式来运行 数据库采用HA技术做高保障 前端的应用做负载均衡 这种方式目前运转比较理想 但随着电子政务数据中心业务及应用的增加 传统架构的灵活性不足的问题就体现出来 如何灵活转移应用 如何快速部署 未来如何扩展 都成为了未来可能出现的问题 利用虚拟化技术对现有电子政务数据中心的资源进行整合 构建电子政务虚拟化构架平台 实现提高数据中心应用服务器和数据库服务器资源的利用率 提高服务器计算能力 减少数据中心的物理硬件资源 包括数据中心的应用服务器 数据库服务器以及存储 的数量 降低数据中心的运营维护成本 包括运营的人力物力 简化数据中心资源调配部署工作 以及大大的优化了数据中心的升级维护和管理监控工作 提高了维护人员的工作效率 已成为当今开展电子政务的趋势 出于管理安全性和经济效益考虑 针对电子政务数据中心基础架构进行虚拟化整合已势在必行 研究意义 目录 课题背景课题研究的意义课题研究的目标研究的主要内容总结与展望 课题研究的目标 如何在电子政务数据中心虚拟化构架中 实现对虚拟机的建立 安全管理以及资源调用 如何通过虚拟化技术实现一个完整的电子政务数据中心虚拟化构架的方案 并且实现电子政务数据中心资源的迁移和整合 如何通过虚拟化各项功能配置实现电子政务数据中心的高效 高可用性 高保障性 灵活性 目录 课题背景课题研究的意义课题研究的目标研究的主要内容总结与展望 研究的主要内容 1 虚拟化技术的研究2 虚拟化技术工具VMware软件的研究3 电子政务数据中心的现状与需求分析4 电子政务数据中心虚拟化应用部署及实现5 电子政务数据中心虚拟化应用部署实施后的分析 1 虚拟化技术 虚拟化虚拟化是一个广义的术语 通常是指计算任务在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行计算机领域的 虚拟化 的目的就是要改善目前计算机系统中存在的不合理之处虚拟化技术是实现云计算关键技术之一 是实现高可用 弹性扩展云平台的技术基础 虚拟机虚拟机是一种虚拟化的物理主机 它可以安装配置并运行自己的操作系统和应用程序 打一个比方就是在苹果的平台安装了微软的操作系统使用 就像一台物理主机一样 虚拟机的使用运行就好比一台物理主机 并且包含自身的虚拟 即基于虚拟化软件实现的 资源 内存RAM CPU 硬盘和网卡等 目前流行的虚拟机软件有VMware VirtualBox VirtualPC和Xen 它们都能虚拟出多个计算机 1 虚拟化技术 虚拟化基础架构对单台X86物理主机的虚拟化 为虚拟化基础平台提供基础资源 虚拟基础架构服务 如资源管理和整合备份 可在虚拟机之间使可用资源达到最优配置 虚拟化构架中的资源的自动化动态交付以及自动迁移 可提供备份与恢复功能 1 虚拟化技术 虚拟化技术的优势节能降耗 节省成本易于实现数据中心物力资源的整合及利用率最大化虚拟化技术实现了软件跟硬件分离虚拟化是云计算的基础方便管理保证兼容实现隔离高可靠性虚拟化技术的功能实现服务器整合 保护投资快速部署和管理灵活性快速变更系统的服务能力虚拟机动态迁移资源自动调度和负载均衡高可用容错功能 2 虚拟化技术工具vmware软件 VMwarevSphere介绍VMwarevSphere是构建云计算数据中心基础架构的虚拟化平台 VMware虚拟化技术中典型的组件代表就是VMwarevSphere VMwarevSphere是一款云架构的操作系统 它让一台物理服务器可以同时运行多个传统操作系统及应用软件 使操作系统不受物理机 存储和网络的硬件兼容性限制 可以任意地在集群中迁移 甚至在线配置任何硬件 vSphere提供了稳定 可靠 容错 可管理 高可用 安全 可扩展的等IT服务需求 使应用软件的运行不再受运行的传统的操作系统局限 2 虚拟化技术工具vmware软件 VMware主要功能和组件ESXServerVMwarevCenterVMwareHAVMwareFTDRSVMotion功能VMwareDataRecovery备份和恢复功能安全管理 3 电子政务数据中心的现状与需求分析 电子政务数据中心现状存在的问题需求分析 电子政务数据中心目前以曙光服务器为主 运行着政府部门门户网站 行政审批系统 电子监察系统 投资项目系统 信任授权系统 三个窗口 招投标管理系统 域名解析 OA办公以及安全运维等业务系统 电子政务数据中心目前有web服务器16台 数据库服务器6台 数据中心现状网络拓扑图 电子政务数据中心现状 3 电子政务数据中心的现状与需求分析 3 电子政务数据中心的现状与需求分析 1 资源利用率低 2 能耗成本居高不下 建设运营成本高 3 管理维护不便 4 安全性不高 5 扩展能力差 灵活性不足 6 可靠性可用性不足 存在的问题 需求分析1 通过虚拟化技术提高数据中心的运营效率 2 通过虚拟化技术降低数据中心成本 提高资源利用率 3 通过虚拟化技术提升数据中心的业务系统高性能处理能力 可靠性 可用性 4 通过虚拟化技术实现数据中心的高扩展能力 5 通过虚拟化技术可使得数据中心具备快速完整的备份和恢复解决方案 6 通过虚拟化技术满足数据中心新旧系统的兼容性需求 系统和应用迁移到新的硬件 需要和旧系统兼容 7 通过虚拟化技术实现数据中心资源的动态化 可伸缩性 8 通过虚拟化技术实现对数据中心所有资源进行监控 管理 部署 统计分析等运维管理 9 通过虚拟化技术带来的经济效益 3 电子政务数据中心的现状与需求分析 1 电子政务数据中心虚拟化部署准备工作 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现数据中心安全认证的实现数据中心迁移应用系统以及业务整合资源 3 数据中心VMware虚拟化技术功能配置 4 电子政务数据中心虚拟化应用部署及实现 1 电子政务数据中心虚拟化部署准备工作 硬件准备 准备一台安装vCenter的服务器 用于安装vCenter管控ESXi虚拟主机实现虚拟化提供的多项高级功能 一台FcSAN提供虚拟机文件的存储 一台光纤交换机 提供服务器 存储与FcSAN的连接 一台PC安装虚拟化访问终端VMwareClient 用于管理vCenter ESXi和虚拟机 一台直连存储的服务器作为NAS文件共享服务器 用于文件共享 数据临时被分级转移 操作系统镜像iso存放 虚拟机文件备份等功能角色 将很重要的门户网站 电子监察系统等虚拟化出多个安全隔离的虚拟资源 一台安装Windowsserver2003域控服务器 作为DNS活动目录 提供安全认证服务 软件准备 准备64位SQLserver2008软件一套 Windowsserver2003软件一套 VMwarevSphere软件一套 包含vCenter 数据中心虚拟化设计构架图 选择一台服务器安装Windowsserver2003系统 添加活动目录用户 活动目录为VMware虚拟化的虚拟化资源提供用户管理和认证 在数据中心的应用中 通常将多台服务器或应用主机加入域中 进行统一管理 配置服务器与应用主机相应的权限 并与VMwarevSphere集成 1 数据中心安全认证的实现 配置域控服务器 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 2 数据中心迁移应用系统以及业务整合资源 数据中心迁移整合前的准备工作VMware虚拟化软件的安装 1 安装ESXi 配置网络和DNS 2 安装VMwarevSphereClient 3 VMwarevCenter的安装 4 创建虚拟机 5 虚拟机模板的创建 6 通过模板创建虚拟机数据中心应用数据的备份数据中心迁移和整合普通业务的迁移关键业务的迁移 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 1 安装ESXi 配置网络和DNSESXi是构成虚拟化最重要的组成部分 虚拟机都是运行在ESXi上的 将电子政务数据中心中多台服务器安装ESXi系统 作为虚拟机宿主机 一台ESXi可以运行多台虚拟机 为电子政务数据中心虚拟化构架做基础准备 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 安装VMwareESXi 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 VMwarevSphereClient是数据中心虚拟化环境中的管理工具 通过这个工具能够有效的管理整个数据中心 数据中心的管理员通过这个工具可以管理这个虚拟化环境中的所有虚拟机 存储等所有资源 如若某台虚拟机出现故障 可以通过这个工具快速定位 并快速做出相应的措施 使用VMwarevSphereClient管理 2 在普通PC机上安装VMwarevSphereClient 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 VMwarevCenterserver是虚拟化集群管理的核心 因此应尽量提升其运行稳定性和可靠性 选择一台安装过操作系统的服务器 安装和配置SQLserver2008 数据库是vCenter管理vSphere网络的基础 在已安装操作系统和SQL2008的服务器里安装vCenter 3 VMwarevCenter的安装 安装vCenter 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 vCenter主页面 vCenter是数据中心虚拟化环境中比较重要的组成部分 它收集每个ESXi系统的信息 对ESXi进行统一的管理 将每个ESXi串联成一个整体 在这个整体中可以做迁移 热备 容错等 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 创建虚拟机 创建虚拟机的方法有很多种 如直接创建虚拟机 通过模板创建 克隆等等 组建好vSphere环境 通过client端直接在ESXi主机上创建虚拟机 首先定义虚拟机的名称为 vCenter 选择虚拟机存储的位置 设置虚拟光驱和ISO文件安装操作系统 确认安装工作准备好 启动虚拟机 然后在虚拟机上安装操作系统 创建虚拟机可以部署应用系统 4 创建虚拟机 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 通过模板可以批量创建虚拟机 为普通应用和关键应用提供资源 创建模板前 首先将需要的软件和文件安装在事先准备好的虚拟机上 安装后将虚机正常关机 然后通过vCenter操作将这个虚拟机作为模板 转换结束后 虚拟机将不会在vCenter主机管理中看到 只能在模板中看到 虚拟机模板创建 5 虚拟机模板的创建 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 首先 自定义规范 新建规范具体路径 配置单位信息 选择定义VM计算机名称的方式 配置产品密钥管理员密码等信息 选择时区 生成新的SID 安全身份 完成自定义规范后 要把对应版本系统的sysprep文件拷贝到vCenter对应目录中 上述两个条件具备 就可以基于模板创建虚拟机 模板创建虚拟机 5 通过模板创建虚拟机 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 2 数据中心应用数据的备份具体实施步骤 1 将其中一台非关键可停机业务的应用服务器进行数据备份并导出保留 将该服务器作为第一台虚拟化服务器或者协调出一台服务器直接作为第一台虚拟化服务器 2 准备VMwareP2V虚拟化软件 3 将原有准备迁移的应用数据 进行完整的全部数据的备份操作 并保存至安全存储设备上 4 将原有物理服务器中无用的垃圾数据全部清除 包含操作系统盘及数据所在盘中的软件备份 数据备份 保证原物理服务器无过多无用及垃圾数据占用存储空间及传输过程的网络消耗 5 通过P2V转化P2V转化是指将物理服务器迁移到vSphere虚拟化网络环境 通过VMware虚拟化技术实现物理机迁移到虚拟机的迁移 P2V迁移原理图 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 普通应用相应的配置过程如下 将原有物理服务器中的操作系统盘及数据盘分别做成镜像文件保存 新建虚拟机 在虚拟机中进行数据恢复即可 或者通过重新在新建虚拟机上重新部署应用 可以在克隆好的操作系统虚拟机 原IP不变 配置好主机名及相关环境即可 将非重要应用迁移完毕之后 能够腾出对应几台需要虚拟化的服务器 重装系统 安装虚拟化软件 为关键应用迁移做准备 1 普通应用的迁移 2 电子政务数据中心虚拟化应用部署具体实现 由于门户网站 数据库等关键应用要求不能长时间停机 将门户网站等web应用分别安装至2台物理服务器的2台虚拟机中作为LB资源池 同理将DB进行高可靠HA配置 在应用迁移完毕之后 能够腾出对应几台需要虚拟化的服务器 重装系统 安装虚拟化软件 为其他关键应用迁移做准备 2 关键应用的迁移 应用服务器虚拟化整合示意图 数据库虚拟化整合示意图 3 数据中心VMware虚拟化技术功能配置 数据中心虚拟化技术功能配置VMwareHAVMwareFTVMwareDataRecovery备份和恢复功能VMotion功能DRS 3 数据中心VMware虚拟化技术功能配置 VMwareHA 即VMware高可用性 为虚拟机提供高可用性冗余配置 其特点是允许多台物理主机同时捆绑到同一个共享存储器 当其中一台主机故障时 其它主机可以承载运行原故障主机上的虚拟机 实现了虚拟机的高可用性 1 通过HA实现高可用性 配置HA 3 数据中心VMware虚拟化技术功能配置 通过容错功能 实现高保障性 为数据中心提供了更高级别的灾难恢复 双机热备 HA 的扩展 正常运行业务的虚拟机一旦出现问题 另外一台虚拟机会立刻接管 当接管的这台虚拟机也出现问题时 又会有新的虚拟机继续接管 从而保证业务的正常运行 2 通过FT功能实现高保障性 配置容错 3 数据中心VMware虚拟化技术功能配置 通过快照功能 可以对虚拟机进行快速备份 当虚拟机因为各个方面的原因突然崩溃时 可以快照进行快速恢复 为数据中心节省了大量的时间 减少了不必要的损失 3 通过快照功能实现虚拟机的备份和快速恢复 配置快照功能 3 数据中心VMware虚拟化技术功能配置 通过VMwareVMotion功能迁移虚拟机 在不计划对服务器的升级维护或者安排应用程序停机管理时 保证服务器中的用户使用不中断和数据中心的业务不中断 并且能够完全保证事务的完整性 配置VMwareVMotion功能 4 VMwareVMotion功能 3 数据中心VMware虚拟化技术功能配置 资源动态调整可以实现数据中心的ESXi主机间均衡使用 由于采用了虚拟化技术 IT基础架构的灵活性得意展现 可以根据需求或具体应用的资源使用情况 动态的调整服务器虚拟化资源的分配 灵活的调配应用的搭配和部署 5 VMware虚拟化技术实现DRS 配置DRS 数据中心虚拟化整合之后的IT架构图 5 电子政务数据中心虚拟化应用部署实施后的分析 数据中心虚拟机化部署整合后服务器列表 实施结果 1 web服务器由16台减少为6台 机器数量减少62 5 2 db服务器由6台减少为4台 机器数量减少33 3 3 基础架构整合比例约为2 1 即原有2台应用压缩至1台机器 4 服