虚拟化技术对服务器和应用系统进行整合
2010-07-06 万方数据
随着信息化建设的快速发展，公司各类应用系统也不断增加，目前已经遍及到公司的各类业务，并与各类业务的运转息息相关，但这些应用系统的部署都是采用传统的部署方式，即一个应用部署一台服务器，这就造成部署的服务器数量不断攀升。据统计，目前仅信息管理系统的服务器就已经达到50多台，且逐年都在不断快速增加。为确保所有服务器和各个应用系统安全稳定运行，信息机房配置了2台50kVA 4小时的UPS电源进行供电和4台大功率空调进行降温，机房内所有设备都是24小时运行，每年消耗的能量和运维成本可想而知。
1 传统部署存在问题及对策
1．1传统部署存在的问题
1．1．1成本高
硬件成本较高。运营和维护成本高，包括数据中心空间，机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等。
1．1．2可用性低
因为每个服务器都是单机，如果都配置为双机模式成本更高。
系统维护和升级或者扩容时需要停机进行，造成应用中断。
1．1．5缺乏可管理性
数量太多难以管理，新服务器和应用的部署时间长，大大降低服务器重建和应用加载时间。
硬件维护需要数天／周的变更管理准备和数小时的维护窗口。
1．1．4兼容性差
系统和应用迁移到新的硬件难与旧系统兼容。
1．2解决问题的对策
为了更好地解决上述传统单一物理服务器部署应用方式所造成的弊端，对全球虚拟化产品进行了详细调研，最终选用VMware公司的VMware虚拟架构软件进行服务器整合的解决方案，该方案将极大地提供服务器整合的效率，大幅度简化了服务器群管理的复杂性，提高了整体系统的可用性，同时还明显地减少了投资成本，具有很好的技术领先性和性价比。虚拟技术由于采用了将传统服务器应用程序环境封装成可移动的档案文件的技术，很容易实现业务的连续不间断运行，针对应用和访问量灵活部署，降低系统总成本，非常适用于业务等快速发展的应用领域。
2 采用虚拟化技术对公司服务器与应用系统进行全面整合
根据公司目前各应用系统的使用情况，对于Windows／Lunix平台上的应用。选用HP公司最新的基于Intel四核CPU技术的一台16插槽的C7000刀片服务器，该刀片服务器配置4块BL480C刀片，同时每台刀片服务器上都安装配置VMware第三代虚拟架构套件-v13企业版软件，用于在单个刀片物理服务器实体上，利用机架式服务器强大的处理能力，生成多个虚拟服务器，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理服务器，在每个虚拟服务器上，再安装配置Windows或Linux操作系统，进而再安装应用软件，这样以前的每个物理服务器就变身成为虚拟架构服务器上的虚拟机，从而大大提高资源利用率，降低成本，增强了系统和应用的可用性，提高系统的灵活性和快速响应，完美地实现了服务器虚拟架构的整合。由于现在对每台服务器都配备了四颗物理处理器，也为以后服务器升级扩容奠定了基础。
在具体实现中，为了实现数据的集中存储、集中备份以及充分利用VMware虚拟架构中虚拟机可动态在线从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上的特性等，结合黄山供电公司现有的存储需求，对信息机房内现有的NetApp存储设备进行扩容，组成标准的SAN集中存储架构，把VMware虚拟架构套件生产出来的虚拟机的封装文件都存放在SAN存储阵列上。通过共享的SAN存储架构，可以最大化地发挥虚拟架构的优势，进行在线地迁移正在运行的虚拟机；进行动态的资源管理和集中的基于虚拟机快照技术的整合备份等(注：公司目前有主、备2台NetApp SAN架构存储设备，主sAN架构存储设备每间隔14秒把数据快照存储在备用SAN架构存储上，实现异地容灾备份)，为以后的容灾提供扩展性以及奠定了基础。
为了集中管理和监控虚拟机、实现自动化以及简化资源调配，单独配置一套服务器安装Window系统，用于安装v13套件中的虚拟机软件，对物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一的管理。
公司本次项目迁移的系统有：财务全面预算系统、线路安全隐患系统、在线考试系统，安徽电力培训考试系统、车辆管理系统、生产管理系统、班组管理信息系统、档案管理系统、供电可靠性系统、输电可靠性系统、信息网管理系统、综合查询系统、安全护线系统、变电检修系统、物资管理系统、综合事物导航系统等，此外，根据新购置服务器运行性能再移植其他系统。
3 虚拟化技术方案构成
3．1 虚拟架构主体部分VMw甜e EsxServer配置说明
ESXSenrer 3．5是VMware虚拟架构套件v13的基础组成部分，是动态、自我优化的IT基础结构的基础。它是一个强健、经过生产验证的虚拟层，直接安装在物理服务器的裸机上，将物理服务器上的处理器、内存、存储器和网络资源抽象到多个虚拟机中。通过跨大量虚拟机共享硬件资源，提高了硬件利用率并大大降低了资金和运营成本。
根据统计，对于传统的服务器应用方式，通常服务器的平均利用率在5％一15％之间，而采用虚拟架构整合后，服务器的平均利用率可达到60％～80％。以此统计数据为基础，来估算一下一台高配置的服务器能够支持的虚拟机的数量。
为了有一个可比较的参考性能值，选定SPEC CPU2OO6的CINT2006 Rates值做为性能参考依据，SPEC CPU2006的CINT2006RateS考察的是服务器多CPU情况下的整数运算能力。
首先，如果采用传统的单台物理服务器部署应用的方式，假定全部使用一台HP的双路四核DL360G5服务器，从SPEC官方网站上，可查得其CINT2006 Rates的结果为24．1。按照一般服务器的利用率情况，假定平均单台服务器利用率在10％左右，则一个应用环境实际消耗掉24．1XlO％=3个CINT2006 Rates值。
为了进行服务器虚拟化整合，配置一台HP的两路四核刀片服务器，从SPEC官方网站上，可查得其CINT2006 Rates的结果为l 75。服务器采用虚拟化整合后，利用率可达到60％～80％，按照保守的60％来计算，则整合后的服务器共消耗掉175x60％=105个CINT2006 Rates值。
于是，可以计算出，一台HP的两路四核刀片服务器，可以配置出105／3=35个相当于HP的双路四核的DL360G5服务器效率能力的虚拟机，而这已经是很保守的计算了。在实际应用中，很多时候，完全可以按照一个CPU可以配置5台相同CPU处理能力的虚拟机来计算。
图2 虚拟化实施前后cPu应用比较
通过上面的计算，完全可以通过在一台含4块两颗Intel四核CPU技术的刀片服务器上创建40个虚拟服务器的方式，来完成传统方式需要40台的低配置的双路四核服务器才能完成的工作，用户在降低成本的同时，还大大减少了环境的复杂性，降低了对机房环境的需求，同时具有更灵活稳定的管理特性。
采用VMware虚拟架构相比于传统单台服务器部署单一应用方式的另外一个好处是，可以充分满足不同应用对系统资源的不同要求，如有的应用只需要一个3．0 GHzCPU，512MB的内存就可以很好的运行，而有的高访问率、高吞吐量的应用则需要2个甚至是4个双核的CPU，8GB的内存才能保证稳定的运行，在传统方式下，往往不可能针对每一种应用来采购服务器，
而是用1种或几种标准配置的服务器来统一采购。这样，势必会造成某些应用资源富裕，而另一些应用面l临资源紧张的情况，且应用之间不能互相调配资源。采用虚拟架构后，由于每个虚拟机所需使用的系统资源都是由虚拟架构软件统一调配，这种调配可以在虚拟机运行过程中在线地发挥作用，使得任何一个应用都可以有充分保证的资源来稳定运行，同时，该应用在此时用不到的资源又可以被其他更需要资源的应用临时借用过去，最大限度的提高了整体系统的资源利用率。
每一台虚拟服务器都可以利用VMware虚拟对称式多重处理技术，通过使单个虚拟机能够同时使用多个物理处理器，增强了虚拟机性能。作为一项独特的VMware功能，该技术支持虚拟化需要多处理器和密集资源的企业应用程序(如数据库，企业资源计划和客户关系管理)。
3．2 SAN集中存储实现虚拟服务器的文件共享
采用SAN集中存储方式，可以将每个虚拟机的文件系统创建在共享的SAN集中存储阵列上。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 server安装同时访问同一虚拟机存储。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．
3．3虚拟架构环境的集中管理．自动化及优化运行
为了对服务器虚拟架构进行有效的管理和监控，配置一台独立的Windows 2003服务器来做为v13套件中的虚拟机服务器，它可为IT环境提供了集中化管理、操作自动化、资源优化和高可用性。基于虚拟化的分布式服务为数据中心提供了前所未有的响应能力、可维护性、效率和可靠性级别。
虚拟机附属产品提供了资源优化和高可用性特征。
使用动态的资源管理技术将可用资源与预定义的业务优先事务协调起来，同时使用VMware分布式资源调度程序优化劳动力密集型和资源密集型操作。
使用实时迁移技术迁移运行中的虚拟机和执行无中断的IT环境维护。
使用故障自动切换技术实现经济高效、独立于硬件和操作系统的应用程序可用性。
虚拟机提供了管理任意规模的虚拟IT环境所需的最高级别的简便性、效率、安全性和可靠性。
3．4虚拟架构环境的整合备份
通过使用虚拟架构的整合备份软件，可以为虚拟服务器提供易于使用，集中化的备份工具，它使虚拟机内容能够从一个集中的windows 2003代理服务器中进行备份，可与其他商业备份软件完美协调工作。由于只需要在备份代理服务器上配置商业备份软件的代理号，而不是象传统服务器群方式下，每台服务器都需要配置备份软件的代理号，因此可以大幅节省用户购买这些代理的费用。
4 虚拟化技术方案优势
4．1大大降低成本
通过服务器整合，控制和减少物理服务器的数量，明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率，从而降低硬件成本。
降低运营和维护成本，包括数据中心空间、机柜，网线、耗电量、冷气空调和人力成本等。
4．2提高运营效率
加快新服务器和应用的部署，大大降低服务器重建和应用加载时间。
主动地提前规划资源增长，这样对客户和应用的需求响应快速，不需要象以前那样，需要长时间的采购流程，然后进行尝试。
硬件维护不需要数天／周的变更管理准备和l～3小时维护窗口，可以进行快速的硬件维护和升级。
4．3提高服务水平
帮助企业建立业务和IT资源之间的关系，使IT和业务优先级对应。
将所有服务器作为大的资源统一进行管理，并按需进行资源调配。
4．4旧硬件和操作系统的投资保护
不再担心旧系统的兼容性，维护和升级等一系列问题。
4．5为将来的集中网络存储提供可能
对于因成本或者其他原因没有接入到存储网络的服务器，整合后物理服务器数量减少，可以考虑接入到存储网络，这样充分利用网络存储的优势，将这些分散的数据集中管理备份，同时，通过虚拟机的特有功能和网络存储的有效结合，提高了这些应用的可用性、移动性和灵活性。
5 结语
通过使用虚拟化技术对公司服务器与应用系统进行全面整合，把公司16套应用系统整合到一台刀片式服务器，一方面可以节约出16台PC服务器，降低能耗，另一方面由于采用虚拟化且和SAN存储连接，可以充分利用服务器CPU的有效资源，提高各系统的运行速度和系统运行可靠性，同时也可以把将来需要增加的各系统直接移植到刀片服务器上，从而可以给公司节约更大成本。