數(shù)字化校園虛擬化平臺(tái)的構(gòu)建
http://www.edu.cn 2009-02-25 中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò) 作者：高小伍
1 引言
隨著學(xué)校信息化建設(shè)的推進(jìn)，信息技術(shù)在教學(xué)和科研中的作用越來(lái)越大，數(shù)據(jù)中心面向全校提供人事信息、學(xué)生信息和OA系統(tǒng)等多種應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)，這些系統(tǒng)運(yùn)行于不同的物理機(jī)器上，位置分散，維護(hù)難度較大。與此同時(shí)，隨著學(xué)校的發(fā)展，處理的數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，為了管理好這些應(yīng)用系統(tǒng)和相關(guān)數(shù)據(jù),虛擬化整合是一個(gè)比較有效的解決方案。
2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)
目前，服務(wù)器廣泛應(yīng)用的兩種虛擬化技術(shù)分別是硬件層次的完全虛擬化技術(shù)和操作系統(tǒng)層次的虛擬化。完全虛擬化是以VMware為代表，這種虛擬化使用一個(gè)虛擬機(jī)，在客戶(hù)操作系統(tǒng)和原始硬件之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，完成虛擬化所需要的工作，完全虛擬化的最大優(yōu)點(diǎn)是操作系統(tǒng)無(wú)需任何修改就可以直接運(yùn)行，但缺點(diǎn)是操作系統(tǒng)必須要支持底層硬件。
操作系統(tǒng)虛擬化位于操作系統(tǒng)的頂部，在操作系統(tǒng)之上實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的虛擬化，主操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)多個(gè)虛擬服務(wù)器的資源分配，并讓這些服務(wù)器相互獨(dú)立，這種方式能較大的提升服務(wù)器整合率和資源利用率。
完全虛擬化對(duì)包括硬件系統(tǒng)到軟件堆棧等整個(gè)服務(wù)器的全面虛擬化，這種體系架構(gòu)能解決在單獨(dú)物理服務(wù)器上不同處理環(huán)境整合相關(guān)的很多問(wèn)題,而操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)建立在標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)之上，支持操作系統(tǒng)上的所有硬件，因此，操作系統(tǒng)虛擬化產(chǎn)品部署過(guò)程更容易, 而應(yīng)用操作系統(tǒng)虛擬化后，只需對(duì)主操作系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和管理。數(shù)字化校園中，比較多的應(yīng)用系統(tǒng)都是采用同一個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)，而且應(yīng)用訪問(wèn)的I/O較少，但同時(shí)部署又比較分散，需要較多的服務(wù)器機(jī)器。采用操作系統(tǒng)虛擬化，按照系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行分類(lèi)，可以將應(yīng)用集中在幾臺(tái)服務(wù)器上。
3 存儲(chǔ)區(qū)域虛擬化技術(shù)
存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)是由IBM公司于1999年2月提出的一種存儲(chǔ)架構(gòu)，通過(guò)構(gòu)建獨(dú)立于服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之外的高速存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)采用高速的光纖通道作為傳輸媒體，以Fiber Channel的應(yīng)用協(xié)議作為存儲(chǔ)訪問(wèn)協(xié)議，SAN先將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)光纖連接成一個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，再和服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接，所有和服務(wù)器的通信都是通過(guò)光纖完成，可以共享和集中管理存儲(chǔ)資源，而且不受地理位置的限制，是一種比較好的存儲(chǔ)策略。SAN可以提供高速、集中管理和數(shù)據(jù)共享的存儲(chǔ)環(huán)境。
目前，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)底層的的物理鏈路主要有兩種形式，IP SAN和FC SAN。IP SAN是基于TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)構(gòu)建的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，可以將SCSI的指令通過(guò)TC通信協(xié)議傳送到遠(yuǎn)方，以達(dá)到控制遠(yuǎn)程存儲(chǔ)設(shè)備的目的，由于傳送的封包內(nèi)含有傳輸目標(biāo)的IP位置，因此，IP SAN是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式。FC SAN在架構(gòu)上通常以光纖作為傳輸媒介，具有傳輸速度快、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，目前光纖通道的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到4Gb/s。IP SAN產(chǎn)品主要是低成本的優(yōu)勢(shì)，往往集中于中低端產(chǎn)品，FC SAN在具備網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可管理性和可擴(kuò)展性的同時(shí)，提高了網(wǎng)絡(luò)的帶寬和存儲(chǔ)I/O的可靠性。
虛擬存儲(chǔ)技術(shù)是將所有的存儲(chǔ)資源在邏輯上映射成一個(gè)整體，應(yīng)用服務(wù)器面對(duì)的只是一個(gè)映射好的單獨(dú)存儲(chǔ)卷，而不用管底層具體的存儲(chǔ)陣列類(lèi)型，用戶(hù)也不需要關(guān)心存儲(chǔ)陣列是如何分配空間、處理數(shù)據(jù)的，只需要統(tǒng)一管理虛擬化后的存儲(chǔ)卷。
存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
(1)動(dòng)態(tài)分配容量：現(xiàn)有的存儲(chǔ)設(shè)備，必須給具體的應(yīng)用分配空間，而這些空間一旦分配，只能被這個(gè)應(yīng)用所占用，而虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，只是邏輯上分配了一個(gè)空間，具體物理存儲(chǔ)上空間的分配可以根據(jù)應(yīng)用所使用的情況調(diào)整大小，不會(huì)浪費(fèi)空間資源。
(2)兼容性：目前的存儲(chǔ)架構(gòu)，每個(gè)陣列都有自己的管理系統(tǒng)，管理和使用比較復(fù)雜，而虛擬化存儲(chǔ)管理軟件對(duì)不同品牌和型號(hào)的存儲(chǔ)陣列，可以統(tǒng)一管理。擴(kuò)充容量時(shí)，即使增加新的高性能存儲(chǔ)，也不用更新管理系統(tǒng)。
(3)安全性：虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以在不同的磁盤(pán)陣列上對(duì)數(shù)據(jù)做物理級(jí)別的快照，這樣可以在存儲(chǔ)級(jí)別實(shí)現(xiàn)備份，增加數(shù)據(jù)的安全性。
4 數(shù)字校園虛擬化平臺(tái)
4.1應(yīng)用現(xiàn)狀
我校的數(shù)字化校園數(shù)據(jù)中心中，服務(wù)器設(shè)備除數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器以及財(cái)務(wù)服務(wù)器外均為單機(jī)運(yùn)行，存儲(chǔ)陣列包括兩臺(tái)存儲(chǔ)和一臺(tái)虛擬帶庫(kù)備份系統(tǒng),兩臺(tái)存儲(chǔ)分別為聯(lián)想SureFibre 620R和Sun StorageTek 6140；SureFibre 620R共有6T空間，目前作為教工郵箱和計(jì)費(fèi)服務(wù)器訪問(wèn)日志存儲(chǔ)空間，StorageTek 6140共有10T空間，目前作為學(xué)生校友郵箱、共享數(shù)據(jù)庫(kù)、學(xué)校主頁(yè)和一些部門(mén)網(wǎng)站。
目前，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器分散、數(shù)據(jù)無(wú)法集中存儲(chǔ)和管理, 系統(tǒng)資源使用效率不高；應(yīng)用增長(zhǎng)對(duì)存儲(chǔ)容量壓力較大，每增加一個(gè)應(yīng)用，都需要分配較大的空間；現(xiàn)有的兩臺(tái)存儲(chǔ)構(gòu)成兩套相互獨(dú)立的SAN，所有主機(jī)單一鏈路接入，存在單點(diǎn)故障；應(yīng)用數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)空間以倍數(shù)增長(zhǎng)，未來(lái)兩年需增加數(shù)十個(gè)TB的存儲(chǔ)容量擴(kuò)容和更強(qiáng)的I/O處理能力，存儲(chǔ)性能急需提高。
4.2虛擬化解決方案
圖1 數(shù)字化校園虛擬化平臺(tái)的架構(gòu)
應(yīng)用系統(tǒng)的虛擬化，采用Parallels的操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，按業(yè)務(wù)類(lèi)型和操作系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行分類(lèi)，分別構(gòu)建Virtuozzo for Linux和Virtuozzo for Windows服務(wù)器集群。數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用系統(tǒng)部署到由Virtuozzo虛擬出來(lái)的服務(wù)器集群上，對(duì)關(guān)鍵應(yīng)用，如郵件系統(tǒng)、OA系統(tǒng)在虛擬化服務(wù)器集群上做鏡像，不需要增加硬件投資的情況下提高了系統(tǒng)的安全性，每臺(tái)服務(wù)器上的應(yīng)用和數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，有較高的靈活性，系統(tǒng)的升級(jí)和病毒防護(hù)也只需要維護(hù)主服務(wù)器平臺(tái)，減輕了系統(tǒng)管理員的維護(hù)壓力。
存儲(chǔ)陣列的虛擬化，采用光纖交換機(jī)將多臺(tái)存儲(chǔ)陣列連接起來(lái)，構(gòu)成存儲(chǔ)SAN網(wǎng)絡(luò)，然后配置存儲(chǔ)虛擬化軟件，將存儲(chǔ)實(shí)體虛擬成一個(gè)存儲(chǔ)池，提供給服務(wù)器虛擬化平臺(tái)，按需分配存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)虛擬化可以帶來(lái)以下好處：
(1)節(jié)省了磁盤(pán)空間，存儲(chǔ)池分配給服務(wù)器的空間不是預(yù)先設(shè)定的最大空間，而是實(shí)際使用的容量大小。
(2)虛擬的存儲(chǔ)鏡像，本來(lái)不同型號(hào)的存儲(chǔ)鏡像，只能通過(guò)卷管理軟件實(shí)現(xiàn)，專(zhuān)業(yè)的卷管理軟件比較昂貴，而虛擬化的存儲(chǔ)池可以在本身做鏡像，而不管底層的存儲(chǔ)硬件型號(hào)。
(3)統(tǒng)一管理，管理員只需要維護(hù)一個(gè)虛擬化軟件平臺(tái)，而不需要使用多廠家各自的存儲(chǔ)管理軟件。
5 結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)在的數(shù)字化校園，因?yàn)樾畔⒒降牟町?，有些部門(mén)的數(shù)據(jù)是自己通過(guò)服務(wù)器加硬盤(pán)方式進(jìn)行管理，形成了數(shù)據(jù)孤島，有些數(shù)據(jù)雖然存放在存儲(chǔ)上，但是因?yàn)楦髯跃S護(hù)，重復(fù)投資，管理壓力也比較大，所以有必要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，整合服務(wù)器和存儲(chǔ)資源，建立有效的訪問(wèn)和管理機(jī)制，提高整個(gè)學(xué)校的信息化水平。
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作者單位：華東理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心
來(lái)源：《中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)》2009年1-2月合刊
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