1 虛擬技術(shù)

    1．1 服務(wù)器虛擬化技術(shù)

    服務(wù)器虛擬化技術(shù)早在20世紀(jì)70年代的大型主機(jī)上就有了。商業(yè)Unix廠商(如IBM、HP等)就在他們的企業(yè)級產(chǎn)品中加入了虛擬化的功能。但是，近年來市場發(fā)生了變化，電力公司信息系統(tǒng)的發(fā)展使得服務(wù)器的構(gòu)成也在變化，一般電力公司的數(shù)據(jù)中心是由小型機(jī)來形成一個集群處理數(shù)據(jù)庫，而大部分應(yīng)用系統(tǒng)是運(yùn)行在PC服務(wù)器上面。為此，x86平臺上虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，向人們展示了虛擬化應(yīng)用的廣闊前景，因為x86平臺可以提供便宜的、高性能和高可靠的服務(wù)器群，可以將物理服務(wù)虛擬化。

    隨著服務(wù)器硬件技術(shù)和虛擬服務(wù)器技術(shù)的不斷發(fā)展，一直以來都在禁錮虛擬化技術(shù)推廣發(fā)展的穩(wěn)定冗余問題已經(jīng)得到很好的解決，服務(wù)器硬件體系的改變，出現(xiàn)了8CPU、16G內(nèi)存等通用的服務(wù)器配置，內(nèi)部多種冗余已經(jīng)具備，其硬件級可靠性已經(jīng)非常高，而VMware針對x86系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)也成功實現(xiàn)了虛擬機(jī)的動態(tài)遷移，更增強(qiáng)了虛擬機(jī)的穩(wěn)定性。

    1．2存儲虛擬化技術(shù)

    存儲虛擬化是通過存儲虛擬化的技術(shù)方法，將系統(tǒng)中各種異構(gòu)的存儲設(shè)備映射為一個單一的存儲資源，對用戶完全透明，達(dá)到互操作性的目的。通過虛擬化技術(shù)，用戶可以利用已有的硬件資源，把SAN內(nèi)部的各種異構(gòu)的存儲資源統(tǒng)一成對用戶來說是單一視圖的存儲資源池(Storage Pool)，而且采用Striping、LUN Masking、Zoning等技術(shù)，用戶可以根據(jù)自己的需求對這個大的存儲池進(jìn)行方便的分割、分配，保護(hù)了用戶的已有投資，減少了總體擁有成本(TCO)。另外也可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要，實現(xiàn)存儲池對服務(wù)器的動態(tài)而透明的增長與縮減。

2 設(shè)計方案

    2．1設(shè)計思路

    根據(jù)對電力公司信息系統(tǒng)平臺的現(xiàn)狀和分析，為了滿足電力公司信息系統(tǒng)目前及未來的發(fā)展，需要建設(shè)一套完整、高效并具有高彈性的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，既適用于原有資源的優(yōu)化整合改造，又適用于全新數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。為了實現(xiàn)基礎(chǔ)架構(gòu)中主機(jī)資源和存儲資源的共享，根據(jù)電力公司信息系統(tǒng)平臺的業(yè)務(wù)特點和資源利用現(xiàn)狀，本規(guī)劃認(rèn)為虛擬化技術(shù)和架構(gòu)是解決電力公司信息系統(tǒng)平臺現(xiàn)有挑戰(zhàn)的最佳技術(shù)和架構(gòu)，并能夠滿足未來業(yè)務(wù)系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。

    2．2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

    1)信息系統(tǒng)現(xiàn)狀。每臺主機(jī)一個操作系統(tǒng)，軟件硬件結(jié)合緊密，在同一主機(jī)上運(yùn)行多個應(yīng)用程序經(jīng)常遭遇沖突，主機(jī)系統(tǒng)的硬件資源利用率低，資源不能實現(xiàn)動態(tài)調(diào)配，存儲系統(tǒng)完全獨立，不能有效利用各類存儲資源，擴(kuò)展性差。

    2)利用虛擬化技術(shù)后。打破了操作系統(tǒng)與硬件資源的相互依賴，通過封裝到虛擬機(jī)的技術(shù)，管理操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序為單一的個體，實現(xiàn)了安全與故障的隔離，主機(jī)硬件資源實現(xiàn)動態(tài)調(diào)配，存儲孤島問題得以解決，形成存儲資源池，大大提高了資源的使用效率。

    結(jié)合相關(guān)實施理論和實踐經(jīng)驗。本規(guī)劃利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)的總體框架如圖1所示。

圖1 總體框架

    2．3核心技術(shù)和架構(gòu)

    電力公司信息系統(tǒng)主要由Windows系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)和Unix系統(tǒng)組成，基于PC服務(wù)器的Windows和Linux系統(tǒng)在各單位一般會占到80％以上，而小型機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)比較重要；所以本研究既要考慮基于PC服務(wù)器的虛擬化技術(shù)，也要考慮象基于小型機(jī)的Unix系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)。這里建議對于小型機(jī)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同架構(gòu)而定，即IBM小型機(jī)采用IBM架構(gòu)的虛擬技術(shù)，HP小型機(jī)采用HP架構(gòu)的虛擬技術(shù)。下面主要介紹虛擬化技術(shù)概念，既適用于PC服務(wù)器，也適用于小型機(jī)。

    本規(guī)劃下實現(xiàn)的信息系統(tǒng)主機(jī)平臺的架構(gòu)如圖2所示。

圖2 主機(jī)平臺架構(gòu) 

    其中規(guī)劃的核心采用主機(jī)虛擬化技術(shù)。在主機(jī)平臺采用虛擬化技術(shù)，可以把主機(jī)所有的硬件資源作為一個或多個的資源池，然后針對不同的系統(tǒng)和應(yīng)用進(jìn)行分配。這樣，可以在單臺服務(wù)器上實現(xiàn)多種不同操作系統(tǒng)和應(yīng)用，使之成為獨立的、同時又可以統(tǒng)一進(jìn)行資源優(yōu)化、高可用等管理的“虛擬機(jī)”。

    采用虛擬化技術(shù)，可以動態(tài)啟用虛擬服務(wù)器(又叫虛擬機(jī))，運(yùn)行多個虛擬機(jī)還可以充分發(fā)揮物基于虛擬化的動態(tài)數(shù)據(jù)塊架構(gòu)，存儲系統(tǒng)可以在塊數(shù)據(jù)層面智能地優(yōu)化數(shù)據(jù)移動和訪問，最理服務(wù)器的計算潛能，迅速應(yīng)對數(shù)據(jù)中心不斷變化的需求。

    通過虛擬化化技術(shù)，可以用有效提高物理服務(wù)器的資源利用率，多個物理服務(wù)器構(gòu)成一個集群，幾臺物理服務(wù)器之間的計算資源可以通過動態(tài)遷移其上的應(yīng)用虛擬機(jī)來實現(xiàn)共享。

    多個應(yīng)用共享一臺物理服務(wù)器，對每個應(yīng)用服務(wù)器而言，具有和原來運(yùn)行環(huán)境一樣的操作系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境。并且實現(xiàn)了應(yīng)用環(huán)境的安全隔離，對信息系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

    在主機(jī)平臺設(shè)計的基礎(chǔ)上，依據(jù)電力公司信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀和需求以及未來信息化發(fā)展的需要。規(guī)劃采用如下先進(jìn)存儲架構(gòu)和存儲技術(shù)，實現(xiàn)電力信息系統(tǒng)平臺的存儲規(guī)劃需求，如圖3所示。

    1)統(tǒng)一的存儲架構(gòu)。首先，確定存儲整合的基礎(chǔ)架構(gòu)為FC—SAN，高性能、高可靠性存儲的首選架構(gòu)。

    2)存儲介質(zhì)的虛擬化。對存儲介質(zhì)實現(xiàn)虛擬化可以使得存儲管理者無需關(guān)心存儲介質(zhì)的接口(例如FC、SATA等)、容量、性能的不同，無需像傳統(tǒng)的存儲介質(zhì)一樣對不同類型的硬盤進(jìn)行分群、做RAID和劃分LUN，用戶只需根據(jù)需要添加適合存儲的硬盤介質(zhì)即可。

    大化資源利用率，自動實現(xiàn)存儲分級，簡化復(fù)制操作和即時的數(shù)據(jù)恢復(fù)，確保了存儲平臺可以提供更多豐富和智能的存儲服務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、恢復(fù)和管理。

圖3 存儲架構(gòu)

    3)自動分級存儲。保證了活動數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)根據(jù)自動策略動態(tài)遷移到不同的訪問性能的存儲介質(zhì)上，在滿足應(yīng)用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)訪問性能要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)存儲資源的合理利用。

    4)精簡配置存儲。傳統(tǒng)的盤陣需要做好RAID。然后劃LUN給每個應(yīng)用系統(tǒng)，這樣會導(dǎo)致高性能存儲利用率非常低，造成不必要的資源浪費(具體請參考系統(tǒng)調(diào)研報告)。精簡配置只有在數(shù)據(jù)寫入時才消耗物理磁盤，動態(tài)容量功能能消除大量預(yù)留但未使用的空間，并延緩未來存儲的購買需求，減少了存儲的成本。

    5)持續(xù)的數(shù)據(jù)快照。數(shù)據(jù)快照是數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，持續(xù)數(shù)據(jù)快照技術(shù)可以創(chuàng)建在線數(shù)據(jù)的無數(shù)個拷貝，且占用很少的存儲空間，并保證任何快照可以在任何時刻被服務(wù)器訪問和操作，確保數(shù)據(jù)可以恢復(fù)到任意一個時間點的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

3 技術(shù)問題及解決方法

    3．1 虛擬服務(wù)器穩(wěn)定性

    虛擬服務(wù)器運(yùn)行的可靠性一直是制約虛擬化技術(shù)應(yīng)用的難題，技術(shù)人員們擔(dān)心1個籃子里放了太多的雞蛋。假如l臺單一的服務(wù)器出故障了，只會影響某個應(yīng)用。而如果運(yùn)行著10臺虛擬服務(wù)器的主機(jī)出了故障，造成的損失就很大；本規(guī)劃建議x86服務(wù)器的虛擬化工具選擇VMwale ESX Server，它的VMware HA工具可以將一組主機(jī)合并為一個具有共享資源池的群集。監(jiān)控群集中的所有主機(jī)。一旦某臺主機(jī)發(fā)生故障，會立即響應(yīng)，在另一臺主機(jī)上重啟受影響的虛擬機(jī)，如圖4所示。

    3．2存儲資源的有效利用

圖4 使用Vnware進(jìn)行主機(jī)故障切換

    由于本規(guī)劃需滿足早期已有信息資源整合的需要，那么如何全面利用已有存儲資源即成為了重要的問題，由于前期信息系統(tǒng)建設(shè)缺少必要的規(guī)范，可能存在多種平臺技術(shù)的存儲系統(tǒng)，也存在存儲設(shè)備分散在多個機(jī)房的現(xiàn)象，合理整合此類存儲資源就需要選擇“基于網(wǎng)絡(luò)的存儲虛擬化”，它適合于開放的存儲網(wǎng)絡(luò)，它獨立于主機(jī)，同時也獨立于存儲設(shè)備，因此它最靈活。使用此存儲虛擬化技術(shù)，用戶可以利用已有的硬件資源，把SAN內(nèi)部的各種異構(gòu)的存儲資源統(tǒng)一成對用戶來說是單一視圖的存儲資源，進(jìn)而有效利用。

4 規(guī)劃價值的實現(xiàn)

    4．1 主機(jī)方面

    4．1．1 主機(jī)平臺資源利用率的提高

    采用虛擬化技術(shù)的主機(jī)架構(gòu)，多個應(yīng)用系統(tǒng)可以實現(xiàn)對主機(jī)平臺計算資源的共享利用。可以在保證各應(yīng)用系統(tǒng)對計算資源需求的前提下，充分滿足不同應(yīng)用對系統(tǒng)資源的不同要求。服務(wù)器的平均利用率可達(dá)到60％一80％。

    4．1．2 主機(jī)平臺資源的動態(tài)調(diào)整和擴(kuò)展

    由于主機(jī)平臺資源被虛擬化成了統(tǒng)一的一個資源池，因此主機(jī)平臺的資源可以在數(shù)據(jù)中心當(dāng)中依據(jù)不同的應(yīng)用程序和對資源的使用需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)配和擴(kuò)展。另外，應(yīng)用服務(wù)器的需求下降的時候，系統(tǒng)就會自動減少相關(guān)的配置，釋放資源給其他需要的應(yīng)用系統(tǒng)來使用。

    通過實施虛擬化的技術(shù)，可以大幅度降低配置一個新的服務(wù)器的時間。主機(jī)資源平臺的物理能力的擴(kuò)展，僅僅通過將新的主機(jī)資源添加到資源池中(通常需要加入虛擬主機(jī)集群中)即可實現(xiàn)。

    4．1．3 主機(jī)平臺資源高可用性的實現(xiàn)

    虛擬化架構(gòu)可以大大提高應(yīng)用的可用性。同時虛擬化還給數(shù)據(jù)中心帶來更高級別的服務(wù)協(xié)議，也可以進(jìn)行響應(yīng)時間的管理、容災(zāi)和備份特性的管理。

    4．1．4實現(xiàn)對主機(jī)平臺資源的統(tǒng)一管理

    為了對服務(wù)器虛擬架構(gòu)進(jìn)行有效的管理和監(jiān)控，通常虛擬化平臺中會配置一臺獨立的管理服務(wù)器來對虛擬化的主機(jī)平臺資源進(jìn)行集中化、自動化的管理。從而使得主機(jī)平臺具有更高的響應(yīng)能力、可維護(hù)性、效率和可靠性。

    4．1．5提高主機(jī)平臺建設(shè)和運(yùn)維的經(jīng)濟(jì)性

    主機(jī)平臺虛擬化可以大大降低物理主機(jī)的數(shù)量。數(shù)據(jù)中心環(huán)境可以大大簡化，更重要的是數(shù)據(jù)中心空間的需求可以因此大大降低。這對日趨緊張的數(shù)據(jù)中心機(jī)房來講，具有非常現(xiàn)實的意義。

    4．2存儲方面

    4．2．1 實現(xiàn)按需擴(kuò)展的存儲需求

    相對于預(yù)先分配占據(jù)容量的傳統(tǒng)存儲不同，精簡存儲技術(shù)可以實現(xiàn)只有在數(shù)據(jù)寫入時才消耗物理磁盤，動態(tài)容量功能削減了整體的存儲投入，增強(qiáng)了可用性和性能。

    4．2．2 實現(xiàn)按需分配的訪問性能要求

    智能的自動存儲分級能夠降低信息生命周期管理的成本和復(fù)雜性。數(shù)據(jù)分級存儲功能可以根據(jù)不同數(shù)據(jù)的訪問頻率自動分類和移動數(shù)據(jù)至合適的存儲介質(zhì)，允許業(yè)務(wù)頻繁使用的數(shù)據(jù)存放在高性能存儲(例如固態(tài)硬盤、高轉(zhuǎn)速的光纖硬盤等)，而不常使用的數(shù)據(jù)放置在低成本存儲，例如SATA磁盤存儲介質(zhì)。

    4．2．3 實現(xiàn)統(tǒng)一簡單的存儲管理

    在統(tǒng)一的存儲資源池虛擬化管理的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一的存儲管理簡化了容量規(guī)劃和擴(kuò)展等維護(hù)操作，管理員不再需要管理物理磁盤和映射卷之間的復(fù)雜對應(yīng)關(guān)系，高級虛擬化功能突破了物理磁盤合并邏輯卷時的限制。

    4．3業(yè)務(wù)應(yīng)用方面

    利用VMware VMotion技術(shù)可以將正在運(yùn)行的虛擬機(jī)從一臺物理服務(wù)器實時遷移到另一臺物理服務(wù)器。虛擬機(jī)實時遷移可以使公司在執(zhí)行硬件維護(hù)時無需調(diào)配停機(jī)時間及中斷業(yè)務(wù)操作。VMotion還能使群集內(nèi)的虛擬機(jī)與主機(jī)之間的映射進(jìn)行自動的和不間斷的優(yōu)化，以最大程度地提高硬件的利用率、靈活度和可用性。

5 結(jié)語

    虛擬化技術(shù)在信息系統(tǒng)總體規(guī)劃中的落地應(yīng)用，使得建設(shè)更加安全、可靠、環(huán)保、高效的數(shù)據(jù)中心成為可能，信息系統(tǒng)運(yùn)維水平也隨之不斷提高，虛擬化技術(shù)將幫助信息管理人員更好地完成各類工作。

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本文標(biāo)題：基于虛擬化技術(shù)的信息系統(tǒng)總體規(guī)劃研究

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