1 虛擬技術

    1．1 服務器虛擬化技術

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

    隨著服務器硬件技術和虛擬服務器技術的不斷發展，一直以來都在禁錮虛擬化技術推廣發展的穩定冗余問題已經得到很好的解決，服務器硬件體系的改變，出現了8CPU、16G內存等通用的服務器配置，內部多種冗余已經具備，其硬件級可靠性已經非常高，而VMware針對x86系統的虛擬化技術也成功實現了虛擬機的動態遷移，更增強了虛擬機的穩定性。

    1．2存儲虛擬化技術

    存儲虛擬化是通過存儲虛擬化的技術方法，將系統中各種異構的存儲設備映射為一個單一的存儲資源，對用戶完全透明，達到互操作性的目的。通過虛擬化技術，用戶可以利用已有的硬件資源，把SAN內部的各種異構的存儲資源統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，用戶可以根據自己的需求對這個大的存儲池進行方便的分割、分配，保護了用戶的已有投資，減少了總體擁有成本(TCO)。另外也可以根據業務的需要，實現存儲池對服務器的動態而透明的增長與縮減。

2 設計方案

    2．1設計思路

    根據對電力公司信息系統平臺的現狀和分析，為了滿足電力公司信息系統目前及未來的發展，需要建設一套完整、高效并具有高彈性的IT基礎架構，既適用于原有資源的優化整合改造，又適用于全新數據中心的建設。為了實現基礎架構中主機資源和存儲資源的共享，根據電力公司信息系統平臺的業務特點和資源利用現狀，本規劃認為虛擬化技術和架構是解決電力公司信息系統平臺現有挑戰的最佳技術和架構，并能夠滿足未來業務系統擴展的需要。

    2．2系統架構設計

    1)信息系統現狀。每臺主機一個操作系統，軟件硬件結合緊密，在同一主機上運行多個應用程序經常遭遇沖突，主機系統的硬件資源利用率低，資源不能實現動態調配，存儲系統完全獨立，不能有效利用各類存儲資源，擴展性差。

    2)利用虛擬化技術后。打破了操作系統與硬件資源的相互依賴，通過封裝到虛擬機的技術，管理操作系統和應用程序為單一的個體，實現了安全與故障的隔離，主機硬件資源實現動態調配，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。

    結合相關實施理論和實踐經驗。本規劃利用虛擬化技術實現的總體框架如圖1所示。

圖1 總體框架

    2．3核心技術和架構

    電力公司信息系統主要由Windows系統、Linux系統和Unix系統組成，基于PC服務器的Windows和Linux系統在各單位一般會占到80％以上，而小型機上運行的應用系統比較重要；所以本研究既要考慮基于PC服務器的虛擬化技術，也要考慮象基于小型機的Unix系統的虛擬化技術。這里建議對于小型機應當根據不同架構而定，即IBM小型機采用IBM架構的虛擬技術，HP小型機采用HP架構的虛擬技術。下面主要介紹虛擬化技術概念，既適用于PC服務器，也適用于小型機。

    本規劃下實現的信息系統主機平臺的架構如圖2所示。

圖2 主機平臺架構 

    其中規劃的核心采用主機虛擬化技術。在主機平臺采用虛擬化技術，可以把主機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和應用進行分配。這樣，可以在單臺服務器上實現多種不同操作系統和應用，使之成為獨立的、同時又可以統一進行資源優化、高可用等管理的“虛擬機”。

    采用虛擬化技術，可以動態啟用虛擬服務器(又叫虛擬機)，運行多個虛擬機還可以充分發揮物基于虛擬化的動態數據塊架構，存儲系統可以在塊數據層面智能地優化數據移動和訪問，最理服務器的計算潛能，迅速應對數據中心不斷變化的需求。

    通過虛擬化化技術，可以用有效提高物理服務器的資源利用率，多個物理服務器構成一個集群，幾臺物理服務器之間的計算資源可以通過動態遷移其上的應用虛擬機來實現共享。

    多個應用共享一臺物理服務器，對每個應用服務器而言，具有和原來運行環境一樣的操作系統和應用環境。并且實現了應用環境的安全隔離，對信息系統安全穩定運行提供了保障。

    在主機平臺設計的基礎上，依據電力公司信息系統的現狀和需求以及未來信息化發展的需要。規劃采用如下先進存儲架構和存儲技術，實現電力信息系統平臺的存儲規劃需求，如圖3所示。

    1)統一的存儲架構。首先，確定存儲整合的基礎架構為FC—SAN，高性能、高可靠性存儲的首選架構。

    2)存儲介質的虛擬化。對存儲介質實現虛擬化可以使得存儲管理者無需關心存儲介質的接口(例如FC、SATA等)、容量、性能的不同，無需像傳統的存儲介質一樣對不同類型的硬盤進行分群、做RAID和劃分LUN，用戶只需根據需要添加適合存儲的硬盤介質即可。

    大化資源利用率，自動實現存儲分級，簡化復制操作和即時的數據恢復，確保了存儲平臺可以提供更多豐富和智能的存儲服務實現數據的存儲、恢復和管理。

圖3 存儲架構

    3)自動分級存儲。保證了活動數據和歷史數據根據自動策略動態遷移到不同的訪問性能的存儲介質上，在滿足應用系統對數據訪問性能要求的基礎上，實現對數據存儲資源的合理利用。

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

    5)持續的數據快照。數據快照是數據保護技術，持續數據快照技術可以創建在線數據的無數個拷貝，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器訪問和操作，確保數據可以恢復到任意一個時間點的數據狀態。

3 技術問題及解決方法

    3．1 虛擬服務器穩定性

    虛擬服務器運行的可靠性一直是制約虛擬化技術應用的難題，技術人員們擔心1個籃子里放了太多的雞蛋。假如l臺單一的服務器出故障了，只會影響某個應用。而如果運行著10臺虛擬服務器的主機出了故障，造成的損失就很大；本規劃建議x86服務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合并為一個具有共享資源池的群集。監控群集中的所有主機。一旦某臺主機發生故障，會立即響應，在另一臺主機上重啟受影響的虛擬機，如圖4所示。

    3．2存儲資源的有效利用

圖4 使用Vnware進行主機故障切換

    由于本規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，由于前期信息系統建設缺少必要的規范，可能存在多種平臺技術的存儲系統，也存在存儲設備分散在多個機房的現象，合理整合此類存儲資源就需要選擇“基于網絡的存儲虛擬化”，它適合于開放的存儲網絡，它獨立于主機，同時也獨立于存儲設備，因此它最靈活。使用此存儲虛擬化技術，用戶可以利用已有的硬件資源，把SAN內部的各種異構的存儲資源統一成對用戶來說是單一視圖的存儲資源，進而有效利用。

4 規劃價值的實現

    4．1 主機方面

    4．1．1 主機平臺資源利用率的提高

    采用虛擬化技術的主機架構，多個應用系統可以實現對主機平臺計算資源的共享利用。可以在保證各應用系統對計算資源需求的前提下，充分滿足不同應用對系統資源的不同要求。服務器的平均利用率可達到60％一80％。

    4．1．2 主機平臺資源的動態調整和擴展

    由于主機平臺資源被虛擬化成了統一的一個資源池，因此主機平臺的資源可以在數據中心當中依據不同的應用程序和對資源的使用需求進行動態調配和擴展。另外，應用服務器的需求下降的時候，系統就會自動減少相關的配置，釋放資源給其他需要的應用系統來使用。

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

    4．1．3 主機平臺資源高可用性的實現

    虛擬化架構可以大大提高應用的可用性。同時虛擬化還給數據中心帶來更高級別的服務協議，也可以進行響應時間的管理、容災和備份特性的管理。

    4．1．4實現對主機平臺資源的統一管理

    為了對服務器虛擬架構進行有效的管理和監控，通常虛擬化平臺中會配置一臺獨立的管理服務器來對虛擬化的主機平臺資源進行集中化、自動化的管理。從而使得主機平臺具有更高的響應能力、可維護性、效率和可靠性。

    4．1．5提高主機平臺建設和運維的經濟性

    主機平臺虛擬化可以大大降低物理主機的數量。數據中心環境可以大大簡化，更重要的是數據中心空間的需求可以因此大大降低。這對日趨緊張的數據中心機房來講，具有非常現實的意義。

    4．2存儲方面

    4．2．1 實現按需擴展的存儲需求

    相對于預先分配占據容量的傳統存儲不同，精簡存儲技術可以實現只有在數據寫入時才消耗物理磁盤，動態容量功能削減了整體的存儲投入，增強了可用性和性能。

    4．2．2 實現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雜性。數據分級存儲功能可以根據不同數據的訪問頻率自動分類和移動數據至合適的存儲介質，允許業務頻繁使用的數據存放在高性能存儲(例如固態硬盤、高轉速的光纖硬盤等)，而不常使用的數據放置在低成本存儲，例如SATA磁盤存儲介質。

    4．2．3 實現統一簡單的存儲管理

    在統一的存儲資源池虛擬化管理的基礎上，統一的存儲管理簡化了容量規劃和擴展等維護操作，管理員不再需要管理物理磁盤和映射卷之間的復雜對應關系，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業務應用方面

    利用VMware VMotion技術可以將正在運行的虛擬機從一臺物理服務器實時遷移到另一臺物理服務器。虛擬機實時遷移可以使公司在執行硬件維護時無需調配停機時間及中斷業務操作。VMotion還能使群集內的虛擬機與主機之間的映射進行自動的和不間斷的優化，以最大程度地提高硬件的利用率、靈活度和可用性。

5 結語

    虛擬化技術在信息系統總體規劃中的落地應用，使得建設更加安全、可靠、環保、高效的數據中心成為可能，信息系統運維水平也隨之不斷提高，虛擬化技術將幫助信息管理人員更好地完成各類工作。

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本文標題：基于虛擬化技術的信息系統總體規劃研究

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