1 虚拟技术
1.1 服务器虚拟化技术
服务器虚拟化技术早在20世纪70年代的大型主机上就有了。商业Unix厂商(如IBM、HP等)就在他们的企业级产品中加入了虚拟化的功能。但是,近年来市场发生了变化,电力公司信息系统的发展使得服务器的构成也在变化,一般电力公司的数据中心是由小型机来形成一个集群处理数据库,而大部分应用系统是运行在PC服务器上面。为此,x86平台上虚拟化技术的出现,向人们展示了虚拟化应用的广阔前景,因为x86平台可以提供便宜的、高性能和高可靠的服务器群,可以将物理服务虚拟化。
随着服务器硬件技术和虚拟服务器技术的不断发展,一直以来都在禁锢虚拟化技术推广发展的稳定冗余问题已经得到很好的解决,服务器硬件体系的改变,出现了8CPU、16G内存等通用的服务器配置,内部多种冗余已经具备,其硬件级可靠性已经非常高,而VMware针对x86系统的虚拟化技术也成功实现了虚拟机的动态迁移,更增强了虚拟机的稳定性。
1.2存储虚拟化技术
存储虚拟化是通过存储虚拟化的技术方法,将系统中各种异构的存储设备映射为一个单一的存储资源,对用户完全透明,达到互操作性的目的。通过虚拟化技术,用户可以利用已有的硬件资源,把SAN内部的各种异构的存储资源统一成对用户来说是单一视图的存储资源池(Storage Pool),而且采用Striping、LUN Masking、Zoning等技术,用户可以根据自己的需求对这个大的存储池进行方便的分割、分配,保护了用户的已有投资,减少了总体拥有成本(TCO)。另外也可以根据业务的需要,实现存储池对服务器的动态而透明的增长与缩减。
2 设计方案
2.1设计思路
根据对电力公司信息系统平台的现状和分析,为了满足电力公司信息系统目前及未来的发展,需要建设一套完整、高效并具有高弹性的IT基础架构,既适用于原有资源的优化整合改造,又适用于全新数据中心的建设。为了实现基础架构中主机资源和存储资源的共享,根据电力公司信息系统平台的业务特点和资源利用现状,本规划认为虚拟化技术和架构是解决电力公司信息系统平台现有挑战的最佳技术和架构,并能够满足未来业务系统扩展的需要。
2.2系统架构设计
1)信息系统现状。每台主机一个操作系统,软件硬件结合紧密,在同一主机上运行多个应用程序经常遭遇冲突,主机系统的硬件资源利用率低,资源不能实现动态调配,存储系统完全独立,不能有效利用各类存储资源,扩展性差。
2)利用虚拟化技术后。打破了操作系统与硬件资源的相互依赖,通过封装到虚拟机的技术,管理操作系统和应用程序为单一的个体,实现了安全与故障的隔离,主机硬件资源实现动态调配,存储孤岛问题得以解决,形成存储资源池,大大提高了资源的使用效率。
结合相关实施理论和实践经验。本规划利用虚拟化技术实现的总体框架如图1所示。
图1 总体框架
2.3核心技术和架构
电力公司信息系统主要由Windows系统、Linux系统和Unix系统组成,基于PC服务器的Windows和Linux系统在各单位一般会占到80%以上,而小型机上运行的应用系统比较重要;所以本研究既要考虑基于PC服务器的虚拟化技术,也要考虑象基于小型机的Unix系统的虚拟化技术。这里建议对于小型机应当根据不同架构而定,即IBM小型机采用IBM架构的虚拟技术,HP小型机采用HP架构的虚拟技术。下面主要介绍虚拟化技术概念,既适用于PC服务器,也适用于小型机。
本规划下实现的信息系统主机平台的架构如图2所示。
图2 主机平台架构
其中规划的核心采用主机虚拟化技术。在主机平台采用虚拟化技术,可以把主机所有的硬件资源作为一个或多个的资源池,然后针对不同的系统和应用进行分配。这样,可以在单台服务器上实现多种不同操作系统和应用,使之成为独立的、同时又可以统一进行资源优化、高可用等管理的“虚拟机”。
采用虚拟化技术,可以动态启用虚拟服务器(又叫虚拟机),运行多个虚拟机还可以充分发挥物基于虚拟化的动态数据块架构,存储系统可以在块数据层面智能地优化数据移动和访问,最理服务器的计算潜能,迅速应对数据中心不断变化的需求。
通过虚拟化化技术,可以用有效提高物理服务器的资源利用率,多个物理服务器构成一个集群,几台物理服务器之间的计算资源可以通过动态迁移其上的应用虚拟机来实现共享。
多个应用共享一台物理服务器,对每个应用服务器而言,具有和原来运行环境一样的操作系统和应用环境。并且实现了应用环境的安全隔离,对信息系统安全稳定运行提供了保障。
在主机平台设计的基础上,依据电力公司信息系统的现状和需求以及未来信息化发展的需要。规划采用如下先进存储架构和存储技术,实现电力信息系统平台的存储规划需求,如图3所示。
1)统一的存储架构。首先,确定存储整合的基础架构为FC—SAN,高性能、高可靠性存储的首选架构。
2)存储介质的虚拟化。对存储介质实现虚拟化可以使得存储管理者无需关心存储介质的接口(例如FC、SATA等)、容量、性能的不同,无需像传统的存储介质一样对不同类型的硬盘进行分群、做RAID和划分LUN,用户只需根据需要添加适合存储的硬盘介质即可。
大化资源利用率,自动实现存储分级,简化复制操作和即时的数据恢复,确保了存储平台可以提供更多丰富和智能的存储服务实现数据的存储、恢复和管理。
图3 存储架构
3)自动分级存储。保证了活动数据和历史数据根据自动策略动态迁移到不同的访问性能的存储介质上,在满足应用系统对数据访问性能要求的基础上,实现对数据存储资源的合理利用。
4)精简配置存储。传统的盘阵需要做好RAID。然后划LUN给每个应用系统,这样会导致高性能存储利用率非常低,造成不必要的资源浪费(具体请参考系统调研报告)。精简配置只有在数据写入时才消耗物理磁盘,动态容量功能能消除大量预留但未使用的空间,并延缓未来存储的购买需求,减少了存储的成本。
5)持续的数据快照。数据快照是数据保护技术,持续数据快照技术可以创建在线数据的无数个拷贝,且占用很少的存储空间,并保证任何快照可以在任何时刻被服务器访问和操作,确保数据可以恢复到任意一个时间点的数据状态。
3 技术问题及解决方法
3.1 虚拟服务器稳定性
虚拟服务器运行的可靠性一直是制约虚拟化技术应用的难题,技术人员们担心1个篮子里放了太多的鸡蛋。假如l台单一的服务器出故障了,只会影响某个应用。而如果运行着10台虚拟服务器的主机出了故障,造成的损失就很大;本规划建议x86服务器的虚拟化工具选择VMwale ESX Server,它的VMware HA工具可以将一组主机合并为一个具有共享资源池的群集。监控群集中的所有主机。一旦某台主机发生故障,会立即响应,在另一台主机上重启受影响的虚拟机,如图4所示。
3.2存储资源的有效利用
图4 使用Vnware进行主机故障切换
由于本规划需满足早期已有信息资源整合的需要,那么如何全面利用已有存储资源即成为了重要的问题,由于前期信息系统建设缺少必要的规范,可能存在多种平台技术的存储系统,也存在存储设备分散在多个机房的现象,合理整合此类存储资源就需要选择“基于网络的存储虚拟化”,它适合于开放的存储网络,它独立于主机,同时也独立于存储设备,因此它最灵活。使用此存储虚拟化技术,用户可以利用已有的硬件资源,把SAN内部的各种异构的存储资源统一成对用户来说是单一视图的存储资源,进而有效利用。
4 规划价值的实现
4.1 主机方面
4.1.1 主机平台资源利用率的提高
采用虚拟化技术的主机架构,多个应用系统可以实现对主机平台计算资源的共享利用。可以在保证各应用系统对计算资源需求的前提下,充分满足不同应用对系统资源的不同要求。服务器的平均利用率可达到60%一80%。
4.1.2 主机平台资源的动态调整和扩展
由于主机平台资源被虚拟化成了统一的一个资源池,因此主机平台的资源可以在数据中心当中依据不同的应用程序和对资源的使用需求进行动态调配和扩展。另外,应用服务器的需求下降的时候,系统就会自动减少相关的配置,释放资源给其他需要的应用系统来使用。
通过实施虚拟化的技术,可以大幅度降低配置一个新的服务器的时间。主机资源平台的物理能力的扩展,仅仅通过将新的主机资源添加到资源池中(通常需要加入虚拟主机集群中)即可实现。
4.1.3 主机平台资源高可用性的实现
虚拟化架构可以大大提高应用的可用性。同时虚拟化还给数据中心带来更高级别的服务协议,也可以进行响应时间的管理、容灾和备份特性的管理。
4.1.4实现对主机平台资源的统一管理
为了对服务器虚拟架构进行有效的管理和监控,通常虚拟化平台中会配置一台独立的管理服务器来对虚拟化的主机平台资源进行集中化、自动化的管理。从而使得主机平台具有更高的响应能力、可维护性、效率和可靠性。
4.1.5提高主机平台建设和运维的经济性
主机平台虚拟化可以大大降低物理主机的数量。数据中心环境可以大大简化,更重要的是数据中心空间的需求可以因此大大降低。这对日趋紧张的数据中心机房来讲,具有非常现实的意义。
4.2存储方面
4.2.1 实现按需扩展的存储需求
相对于预先分配占据容量的传统存储不同,精简存储技术可以实现只有在数据写入时才消耗物理磁盘,动态容量功能削减了整体的存储投入,增强了可用性和性能。
4.2.2 实现按需分配的访问性能要求
智能的自动存储分级能够降低信息生命周期管理的成本和复杂性。数据分级存储功能可以根据不同数据的访问频率自动分类和移动数据至合适的存储介质,允许业务频繁使用的数据存放在高性能存储(例如固态硬盘、高转速的光纤硬盘等),而不常使用的数据放置在低成本存储,例如SATA磁盘存储介质。
4.2.3 实现统一简单的存储管理
在统一的存储资源池虚拟化管理的基础上,统一的存储管理简化了容量规划和扩展等维护操作,管理员不再需要管理物理磁盘和映射卷之间的复杂对应关系,高级虚拟化功能突破了物理磁盘合并逻辑卷时的限制。
4.3业务应用方面
利用VMware VMotion技术可以将正在运行的虚拟机从一台物理服务器实时迁移到另一台物理服务器。虚拟机实时迁移可以使公司在执行硬件维护时无需调配停机时间及中断业务操作。VMotion还能使群集内的虚拟机与主机之间的映射进行自动的和不间断的优化,以最大程度地提高硬件的利用率、灵活度和可用性。
5 结语
虚拟化技术在信息系统总体规划中的落地应用,使得建设更加安全、可靠、环保、高效的数据中心成为可能,信息系统运维水平也随之不断提高,虚拟化技术将帮助信息管理人员更好地完成各类工作。
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本文标题:基于虚拟化技术的信息系统总体规划研究
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