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摘要：根据测试，在虚拟化改造之前，网络管理中心物理服务器的平均利用率通常只有5-15%之间，绝大多数服务器资源处于闲置状态。而进行虚拟化改造之后，在3台高配置的DELL PowerEdge R710服务器上可以创建40台虚拟服务器的数据，从而完成了传统方式需要40多台低配置服务器才能完成的工作。虚拟化集群的创建，实现了在一个硬件平台上创建多个业务应用和操作系统的功能。虚拟机与主机以及其他虚拟机之间完全隔离，应用业务相对独立，互不影响。集群中的vSphere ESXi Server服务器组成了一个统一的虚拟资源池，根据应用和系统的需求划分资源，硬件资源更有效地得到利用。同时，有效降低网络管理中心机房的能耗，减少管理员的现场操作量，使管理员有更多精力致力于应用业务的管理，提高工作效率及服务水平。虚拟化集群的应用，具有无可比拟的优越性，一定会具有更加广阔的前景。
关键词：虚拟化；集群；虚拟机；网络
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2012）27-6606-04
进入21世纪以来，虚拟化技术取得了长足的进步，在各领域越来越凸显出其不可替代的重要作用。作为提供网络服务的网络管理中心，虚拟软件的日趋完善、硬件性能的极大提升都为网络管理中心中心机房服务器的虚拟化提供了坚实的基础。
网络管理的主要网络应用系统有网络监控系统、上网认证系统、DNS服务等，还有一些常规应用，如主页服务、邮件服务、流媒体服务、论坛等。针对以上各种应用，网络管理中心通常会购买大量服务器分别投入使用。可惜的是，服务器的平均利用率只有5-15%之间，绝大多数服务器资源处于闲置状态。
基于这样的背景，为杜绝浪费，网络管理中心可以借助虚拟化手段，最大程度地利用硬件资源，对单位网络中一些非关键性应用进行虚拟化改造，根据改造效果再进行进一步深入。
1改造目标
进行虚拟化技术改造的根本目标是共享硬件资源。通过共享来提高服务器硬件利用率、降低资金和运营成本。将VMware ES Xi Server直接安装在物理服务器的裸机上，同时将物理服务器上的处理器、内存、存储器和网络资源分配到多个虚拟机中，以此来实现硬件资源的共享。
VMware ESXi Server能够将完整的虚拟机环境（硬件配置、BIOS、配置、内存状态、磁盘状态、I/O设备状态、CPU状态）保存为单个文件，这些单个文件更便于备份、移动、复制，为应用程序提供标准化的虚拟硬件，保证其兼容性。所有与虚拟机相关的内容都存储在文件中，只需要复制几个文件就可以随时随地根据需要复制、保存和移动虚拟机。
采用共享存储架构系统可以实现数据的集中存储、集中备份。同时，VMware ESXi Server虚拟架构中虚拟机可动态在线地从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器。由VMware ESXi Server创建的虚拟机封装文件都存放在该共享存储阵列上。通过共享的存储架构，可以最大化地发挥虚拟架构的优势，在线迁移正在运行的虚拟机（VMotion），进行动态资源管理（DRS）和基于虚拟机快照技术Lan Free的集中整合备份（VDR）等，为以后的容灾提供扩展性，打下基础。
通过VMware虚拟机管理软件可以实现这样的功能：存储在共享存储中的虚拟机能够动态地从一台VMware ESXi Server上迁移到另一台运行VMware ESXi Server的物理服务器上。因为虚拟机封装在VMFS文件系统中，所以能快速地进行复制和移动，从而保证运行在虚拟机中应用业务的连续性、可靠性。此外，还能够根据物理服务器的资源利用情况，在多台物理服务器中实时迁移虚拟机，从而保证虚拟机的高性能利用。
2具体实施
虚拟化集群通常采用多台高性能服务器组成一个群组，建议最低配置3台服务器，可以得到较好的设备利用率和系统稳定性。为实现基于共享存储的各项高级功能，还需一台专用共享的存储设备。存储设备分FC SAN、IP SAN、NAS，可以根据实际需求来选择存储类型。采用FC SAN存储，需配置光纤交换机并必须在主机上添加专用的HBA卡，此种存储类型性能最好，但投入成本最大，适用于高吞吐量的应用。IP SAN是建立在IP协议上的SAN存储，将SCSI数据块转换成网络封装进行传输，配以ISCSI HBA卡或TOE HBA卡来提高效率，此种存储类型对现有网络改动最小，非常适合吞吐量不高、访问量不大的应用。NAS则一般不予采用。
在虚拟化方案中，网络管理中心虚拟化集群采用3台DELL PowerEdge R710服务器，配置为2路4核超线程2.6G的CPU、32GB RAM。DELL PowerEdge R710服务器拥有4个千兆网卡支持TOE、双路设计、18个内存插槽的强大扩展性，同时R710可以通过SD卡或内部USB，利用嵌入式虚拟机管理程序，实现更快的虚拟化部署。
为实现基于共享存储的各项高级功能，根据单位网络应用的业务量和现有网络设备的使用情况，确定虚拟化存储采用IP SAN结构。在综合考虑下，采用DELL Equllogic IP SAN设备作为共享存储。EqualLogic包括企业级存储虚拟化、精简配置和管理功能，支持VMware vSphere、Microsoft Hyper-V和Citrix XenServer等虚拟服务器，并有完整的快照、复制和应用功能，以及管理程序的集成功能，可以提供简单、自动、经济的数据保护和灾难恢复。
为了得到DELL PowerEdge R710服务器性能的参考值，我们利用SPEC CPU2000的CINT2000 Rates值做为性能参考依据，考察服务器在多CPU情况下的整数运算能力。
根据对SPEC CPU2000的CINT2000 Rates值的分析，我们得出结论：在3台高配置的DELL PowerEdge R710服务器上可以创建40台虚拟服务器的数据，从而完成传统方式需要40多台低配置服务器才能完成的工作。
将3台DELL PowerEdge R710服务器作为一个虚拟集群，每台服务器中两块千兆网卡用于iSCSI存储连接，同DELL Equllogic Ps 4000 iSCSI设备连接到存储专用交换机。另外两块用于虚拟机管理和应用数据传输，连接到数据中心的核心交换机，网卡启用链路负载均衡功能从而提高共享存储I/O利用率。DELL PowerEdge R710服务器中建立的虚拟机都配置真实的IP地址直接联入单位内网。（图1）
3实施效果
从实际的虚拟化运行情况来看，在创建并运行20台虚拟机后，主机硬件资源的性能还未被完全挖掘。虚拟机集群的CPU资源消耗尚处在较低水平，平均CPU消耗仅占总资源的9.033%，高峰时也仅达到29.16%（图2）。同样，集群的内存资源消耗也处在较低水平，平均内存消耗仅占总资源的13.612%，峰值时为24.73%（图3）。作为数据交换的网络流量，最高的一台主机承担了监控视频的实时转播，其平均流量在4135KBps，另外两台主机的网络流量均在1000KBps以下。对于千兆接入的网络来说，这些数据完全没有到达其所能承载的最大流量。
图3
另一方面，相对于传统的系统备份和数据还原，虚拟机集群的效率大为提高。VMware ESXi Server 5.0中提供了VDR（VMware data Recovery）工具。采用Lan-Free模式，通过VDR对虚拟机进行系统及数据备份，不会影响到业务系统的正常应用。针对一些大型应用，为完全杜绝在备份时影响到其应用性能的可能性，应该制定VDR运行策略：在凌晨进行调度备份操作，并对得到的还原点确定保存周期。在系统数据出现丢失或错误时，通过VDR可以将单个虚拟机文件或整个虚拟机还原到先前的状态。（图4）
此外，使用共享存储设备（DELL Equllogic Ps 4000 iSCSI）提供的Host Integration Tools for VMware工具，利用存储设备的镜像和复制功能可以实现对单个虚拟机的系统备份和还原，并可以制定备份策略。所有操作都在共享存储设备中自动完成，丝毫不占用虚拟机集群的系统资源。（图5）
使用虚拟化技术以后，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，并具有更灵活稳定的管理特性。原先需要两个标准型服务器机柜才能容纳下的20台服务器，缩减成了一个机柜3台服务器。管理员通过制定不同系统类型的虚拟机模板，可以快速部署新的业务系统。
虚拟机集群中的虚拟机可以很方便地按照功能或部门来划分不同的虚拟机组，并给各个组分配相应的部门业务管理员，通过vSphere Client远程管理，实现专机专人管理，确保不会出现一机多人管理的现象，保证了机房管理及服务器管理的有序性。
VMware还提供了Updata Manager补丁管理组件，可以轻松实现对vSphere ESXi主机和虚拟机的更新。它可以自动下载vSphere ESXi Server主机以及windows和linux操作系统的更新，并根据管理员预先设定的策略来扫描vSphere ESXi Server和虚拟机操作系统，并为其安装更新。（图8）
基于服务器虚拟集群基础的构架，使虚拟机具有动态可迁移的功能。当一台ESXi Server主机发生硬件故障或进行系统维护时，运行在其中的虚拟机可自动迁移到其他两台ESXi Server主机中，从而保证了业务系统的连续运作。
虚拟化集群的创建，实现了在一个硬件平台上创建多个业务应用和操作系统的功能。虚拟机与主机以及其他虚拟机之间完全隔离，应用业务相对独立，互不影响。集群中的vSphere ESXi Server服务器组成了一个统一的虚拟资源池，根据应用和系统的需求划分资源，硬件资源更有效地得到利用。同时，有效降低网络管理中心机房的能耗，减少管理员的现场操作量，使管理员有更多精力致力于应用业务的管理，提高工作效率及服务水平。虚拟化集群的应用，具有无可比拟的优越性，一定会具有更加广阔的前景。