(国电电力发展股份有限公司和禹水电开发公司 辽宁本溪 117201)
摘要：随着信息化的不断发展，企业的服务器数量变得越来越庞大。怎么样去提高服务器的使用效率、降低软硬件故障对业务连续性的影响、减少应用部署及迁移的工作量和时间、减少机房环境设施的投入等问题已经变得日益突出，而服务器虚拟化就是解决这些问题的重要方式之一。本文首先介绍了服务器虚拟化的相关原理和技术，同时针对和禹公司目前现状规划设计了虚拟化方案，分别从服务器、网络、存储三个方面给出了基于vmware infrastructure 架构的虚拟化整合的实现方法。通过对vsphere虚拟化产品的安装配置、虚拟机部署、虚拟机迁移、资源管理、性能、高可用性、监控、备份、安全管理、可管理性等方面的测试，得出基于vmware的服务器虚拟化管理效果和实施建议。
关键词：vmware；虚拟化；pc服务器；信息系统
一、论文主要内容
本论文主要是围绕和禹水电公司信息系统，实现公司服务器虚拟化，将公司大量信息系统及服务器进行规划设计迁移，实现最优的性能和最科学的管理模式，确保安全性，及未来良好的扩充性，满足公司信息系统持久稳定运行。
VMware的虚拟化解决方案是构建在以服务器虚拟架构基础之上的，专门针对企业大量需要硬件服务器支撑的信息系统进行优化的综合解决方案，可以有效的提升企业信息系统的管理效率，提高可管理性、简化部署、具有更高的灵活性、提高数据保护能力和安全访问性、提高资源利用率、同时还大幅降低了成本。
1.1 服务器虚拟化以前遇到的问题
信息中心现有信息化建设较早，大部分应用分布在不同的物理服务器上，由于服务器建设周期不等，导致现有服务器数量较多、部分老旧服务器硬件故障率较高。同时服务器目前基本上属于单主机环境运行，并且没有集中的数据备份和管理，一旦业务系统出现故障无法实现快速的系统恢复和数据恢复。近几年随着信息化应用的加速推广，要求新业务系统快速上线，同时业务系统的实时性要求和业务系统数据安全性越来越高，结合业务应用现状，需要建设新的业务系统主机保障系统和灾后恢复系统。这些难题包括：
基础硬件资源利用率太低。在一台典型的X86服务器上部署一个应用程序（为了避免一个应用程序中的损坏影响其他应用，所以一天服务器基本上只部署一个应用程序），每天内存和CPU的使用率仅为总容量的1到15%左右。
机房空间、电费等成本日益攀升。因为每个应用程序都需要一台物理服务器，所以随着业务的发展，信息中心会购置大量的服务器，与此同时，将导致电费、空调制冷成本以及其他一些设施成本的增加。
维护管理成本的增加。随着服务器的增多，管理服务器的相关人员也是要随之增加的，但是管理人员的增多又将导致信息安全的问题。
服务器故障和灾难时的不足。当服务器的一些硬件损坏，或者操作系统的一系列问题（蓝屏）等等造成一些关键业务的停止，影响到很多客户的使用，也同时增大的运维人员的管理压力。
1.2 服务器虚拟化后将解决的问题
通过虚拟化技术，将物理服务器上的硬件资源分配给了每一台正在运行的虚拟机，每一台虚拟机都会认为自己是一台独立的服务器，并不影响其他虚拟机的运行，某一天操作系统或者程序上错误不会造成其他操作系统的损坏。在一台物理服务器上运行多个虚拟机，不仅能够降低物理服务器的数量和管理维护的成本，而且还提高了服务器的利用率。当业务发展时，可以通过快速部署新的虚拟机，根据业务应用分配资源大小。除此之外，利用虚拟化的动态迁移技术，IT运维人员就可以在不关机的状态下对系统或服务器进行维护和升级等操作，从而保持了业务的可持续性。总的来说，信息中心利用虚拟化技术可以获得以下几个方面的重要意义：
快速提高服务器硬件资源的利用率，把我们该有的资源都利用起来，降低了硬件资源的采购的数量，同时也是降低了成本。
在降低服务器的采购数量的同时，机房空间，空调制冷等一些隐性的成本也会同时下降，效果也是很明显的。
减少了服务器的应用部署的时间，简化了维护人员的管理，从而也是降低了管理成本。
可以通过虚拟化技术将原本运行在服务器上的操作系统迁移到虚拟服务器上，将资源得到整合，方便管理，同时使应用得到最简单的灾难恢复方案。
提高了业务的可用性和可持续性，利用虚拟化的动态迁移、负载均衡、备份等技术，构建了高可靠服务器应用环境。
1.3 本论文主要研究的内容和工作成果
1.3.1 工作内容
从中小型企业的服务器环境的实际情况出发，从服务器虚拟化、网络虚拟化，存储虚拟化的服务器虚拟化技术及产品进行研究，通过在workstation上部署vsphere来模拟虚拟化的状况以及采用openfile来实现共享存储，然后对虚拟化技术进行研究及测试，得出基于VMware的服务器虚拟化管理实施效果、实施条件、对应的影响以及实施建议。
1.3.2 工作成果
将公司原有的20多台物理服务器进行优化，配置SAN网络和SAN存储系统，挑选4台最优性能的服务器，搭建虚拟化环境，具体实现的功能成果如下：
快速部署应用
通过服务器虚拟化，可以按业务量，事先购买相应的服务器硬件，然后放入到资源池中，按照业务应用系统要求迅速在现有的资源池中部署一台新的系统，从而缩短了新系统的部署时间。
节省硬件资源、提高设备使用效率
可以在每台ESXI主机运行多台虚拟机，大大提高了物理服务器CPU和内存的使用率，以及网卡的使用效率。
减少业务应用对服务器硬件资源的依赖
应用服务器以虚拟机文件的形式存储在ESXI中，可以在关机或开机（需要共享存储）的状态下，在不同的物理主机上快速而平稳地进行迁移或克隆。从而降低了因为主机的升级、维护或维修对业务产生的影响。
以较少硬件资源实现高可用性
如果是在以往的物理服务器架构中，每一项业务要实现高可用性就必须采用两台高性能的服务器，做双击热备；当新增一项关键业务时，一系列的费用消耗不言而喻。而VMware HA技术采用高可用性ESXI主机群组，监控群组中所有ESXI主机。虚拟机文件放置在由光纤存储或iSCSI存储组成的共享存储上。故障时，虚拟机自动在备用资源上重新启动，实现服务器的高可用。
简化服务器管理
可以通过vCenter同一管理多台物理主机，分级别、分权限对应用虚拟机方便地进行管理、克隆、分配资源、增减配置、备份或监控性能。当系统硬件资源不足时，可以及时的进行动态调整。
实现P2V，VDP备份
通过P2V技术将物理主机上的系统转换成虚拟主机，从而可以将老的业务系统也加入到虚拟化实施中。通过VDP技术，可以实现对虚拟机的备份，实现数据的备份。
二、和禹公司服务器虚拟化现状
现搭载各信息系统运行的服务器安置于于和禹水电公司信息中心机房内，机房有UPS电源，有24小时运行可设定温度的空调。原有服务器及信息系统约20个左右，机柜占用3-4个，管理工作量复杂和巨大。
需将4台服务器升级后组成虚拟化资源池，与硬盘阵列共同搭建虚拟化系统并可方便日后随时进行扩容，增加存储及资源池内服务器。
三、和禹公司服务器虚拟化技术要求
3.1 技术要求
1、升级和禹水电公司原有3台服务器（内存升级至64G，加PCI-E光纤数据交换卡），达到可利用要求，通过光纤交换机将业务系统及数据转移到硬盘阵列中。
2、将OA系统、生产数据实时查询系统、物资管理系统、公司内部网站、工作票系统、安全管理系统、邮件系统、考勤系统等转移至虚拟化服务器系统中。
3、根据现有信息系统资源利用率及未来可能扩展的信息系统及数据系统规模，建立和禹水电公司虚拟化信息系统，预计建设规模为3-4台服务器组成的资源池，资源池服务器配置为：一颗CPU四核服务器，64G及以上内存，光纤交换数据端口，双冗余电源。配置16个光纤口以上交换机，5T可扩容大数据级硬盘存储阵列，利用虚拟化软件达到服务器内部双机热备效果。
4、利用和禹水电公司在保修期内还可利用的服务器，升级内存及光纤扩展卡后，搭建虚拟化服务器组，并通过新购光纤交换机将所有数据储存在新购置的大存储阵列中，建设成可扩展的虚拟化系统，并在搭建的虚拟服务器资源池系统中创建单个虚拟化服务器，并对现有业务系统功能及数据经行移植。利用虚拟化软件建立“高、可、用”效果，既实现传统意义的双机热备，原系统服务器宕机后，系统自启动另一虚拟服务器。
3.2 建设后可达到的效果:
根据现有信息系统资源利用率及未来可能扩展的信息系统及数据系统规模，建立和禹水电公司虚拟化信息系统，利用虚拟化软件达到虚拟化服务器内部双机热备效果。
利用和禹水电公司在保修期内还可利用的服务器，升级内存及光纤扩展卡后，搭建虚拟化服务器组，并通过新购光纤交换机将所有数据储存在新购置的大存储阵列中，建设成可扩展的虚拟化系统，并在搭建的虚拟服务器资源池系统中创建单个虚拟化服务器，并对现有业务系统功能及数据经行移植。利用虚拟化软件建立“高、可、用”效果，既实现传统意义的双机热备，原系统服务器宕机后，系统自启动另一虚拟服务器。
通过虚拟化服务器后，将原有服务器上搭载的业务系统迁移到虚拟化后的服务器组上，虚拟化后服务器组建立多个独立虚拟服务器，将业务系统转移到新的虚拟化出来的服务器上运行，数据存储在存储阵列上，并通过虚拟化实现业务系统服务器的双机热备。日后再次更换服务器时不再涉及业务系统及数据的迁移，只更换资源池中的服务器即可。
转移后的将OA系统、生产数据实时查询系统、物资管理系统、公司内部网站、工作票系统、安全管理系统、邮件系统、考勤系统等转移至虚拟化服务器系统中，通过建虚拟化系统建立虚拟服务器后配置成为FTP服务器及DNS服务器。
各应用系统在虚拟化配置的服务器中可以长期稳定运行，保证数据安全共享。
四、和禹公司服务器虚拟化技术解决方案
4.1 VMware服务器整合解决方案
和禹公司虚拟化服务器拓扑图如下：
4.2 虚拟化方案优势
虚拟构架提供前所未有的负载隔离，为所有系统运算和I/O设计的微型资源控制。虚拟构架完美地结合现有的管理软件并在共享存储（SAN）上改进投资回报率。通过把物理系统整合到有VMWARE虚拟构架的数据中心上去，企业体验到：
•更少的硬件和维护费用
•空闲系统资源的整合
•提升系统的运作效率
•性价比高，持续的产品环境
4.3 整合IT基础服务器
运行IT基础应用的服务器大多数是Intel构架的服务器
这一类的应用通常表现为文件和打印服务器，活动目录，网页服务器，防火墙，NAT/DHCP服务器等。
虽然大多数服务器系统资源的利用率在10％－15％，但是构架，安全和兼容性方面的问题导致必须指定不同的物理平台来运行它们。
因为低服务器的利用率，低CPU的合并和中等I/O的要求，IT基础服务器首选作为虚拟化和相关整合的候选者。
虚拟化使得企业能实现：
•达到甚至超过每个CPU，4个负载的整合比率
•更便宜的硬件和运作成本
•在服务器管理方面的重大改进，包含添加，移动，变更，预制和重置
•基础应用将变得更强壮和灾难抵御能力
4.4 整合重要应用服务器
根据5个不同的企业使用服务器软件来大幅降低成本的实例，VMWARE出具了一份研究报告。
使用服务器TCO模型来分类和计算成本，我们分析显示VMWARE服务器软件帮助这些企业实现：
•减少28％－53％的硬件成本
•减少72％－79％的运作成本
•减少29％－64％的综合成本
客户目标：
•整合空闲服务器和存储资源，为新项目重新部署这些资源
•提升运作效率
•改进服务器的管理灵活性
•通过零当机维护改善服务等级
•标准化环境和改进安全
•灾难状态下，减少恢复时间
•更少冗余的情况下，确保高可用性
•更有效的适应动态商业的需求
•高级备份策略
•在技术支持和培训方面降低成本
4.5 刀片服务器上的VMWARE软件性能优化
新的诸如IBM刀片中心和HP ProLiant刀片P系列的刀片服务器长期致力于满足企业IT主管的整合需求。
刀片平台提供改良的服务器管理性能和使运作参数最优化，例如减少预制，复杂线缆，动力和散热等方面的开支，并节省机房空间。
带虚拟中心的VMWARE ESX服务器部署在刀片平台上能改进刀片的使用率和刀片效价比。除此之外，在预制新的软件服务和维护现有的服务时，VMWARE软件提供更大的灵活性和响应能力。部署在刀片服务器上的VMWARE虚拟中心通过管理虚拟和实体主机，让用户连续的整合负载，进而优化硬件使用率和降低成本。
虚拟构架把可用的硬件看成普通的资源池，因此，在资源规划分配阶段能确保灵活性。在某一负载达到峰值的情况下，任务能轻松地重新分配。预制一个新的负载无须部署一个新的刀片。除此之外，虚拟构架帮助我们降低购买新刀片底座的成本。
有了VMWARE您能：
•灵活而恰当的控制您当前的运算能力
•由于更高的系统利用率，节省超过35％的运作成本
•使您的基础构架能实现按需动态预制，高可用性和灵活管理
4.6 VMware解决方案解决业务系统连续性
使用虚拟构架，IT管理员能改进商业连续性的所有方面，例如：
•由于主备服务器之间的硬件独立性，使得灾难恢复更快而花费不多
•排除计划内的硬件当机，并明显的减少计划内的软件当机
•管理所有虚拟机和监控宿主机的单点控制技术
•为了实现捕捉和恢复，完全的把主机压缩到文件里去
•简化和可重复的自动程序
4.7 VMware完美测试和开发解决方案
实现以下功能：
1、在同一物理硬件上运行多操作系统
2、单一实体平台上配置开发环境
3、测试和开发环境下的预制库
4.8 搭建虚拟化设备清单
通过虚拟化整合前后的对比可以看出，信息中心减少了服务器数量和相应带来的运维成本，提高了服务器资源利用效率。而且如果在现有服务器上增加内存，整合应用虚拟机服务器的数量还可进一步提升，从而可以部署更多的业务系统。
5.2 解决实际问题，对工作帮助和未来价值
1、大大降低TCO
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。
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。
不需要象以前那样，硬件维护需要数天/周的变更管理准备和1 - 3小时维护窗口，现在可以进行快速的硬件维护和升级。
3、提高服务水平
帮助您的企业建立业务和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、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。
5、为将来的集中网络存储提供可能
对于由于成本或者其他原因没有接入到存储网络（SAN, iSCSi和NAS）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，为这些服务器和应用的以后的容灾打下基础。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。
6 总结与展望
6.1 总结
本论文的研究工作总结如下：
（1）研究了虚拟化技术的原理和架构，研究了vSphere的体系结构、数据中心的物理拓扑结构和关键技术。结合了基于虚拟化技术的VSphere操作系统，通过实验实现了基于vSphere的共享平台的总体结构、系统执行逻辑和系统架构。
（2）分析了服务器资源利用的现状，优化了服务器资源利用，提高设备利用率，降低企业能源消耗和管理成本。
（3）实现了硬件服务器虚拟化兼容性，证实了联想X3650、X3850，华为磁盘阵列，博科B300，各系统兼容，运行稳定。
（4）对虚拟化平台的各模块功能进行了实际应用论证，故障快速切换处理，缩短应用恢复时间，提高生产效率。
（5）方便快速进行应用部署和开发测试环境搭建，极大的提高信息服务和创新能力。
（6）提升了系统安全性，利用虚拟化集中管理的优势，提升了管理效率，防止数据泄密，方便快速巡检和备份等。
（7）极大的提高了硬件设备利用率和快速扩展性。
本文所做的研究工作，对信息中心发展过程中遇到的服务器需求越来越大，利用率却越来越低、空调制冷成本增加、管理越来越复杂等等问题提供了一个可行的解决方案和实现方法，为快速发展中的信息中心节约成本、提高效率做出了贡献，对其他企业的信息化发展也有借鉴之处。
6.2 展望
VMware 虚拟化是一项新技术，随着它技术越来越成熟以及它具有的各种优点，以及被越来越多的企事业单位使用。因此，服务器虚拟化将成为未来服务器发展的一个趋势。VMware 无疑使X86平台上迄今为止最成功的虚拟化技术，它的虚拟架构理念是用户可以通过VMware的虚拟化技术得到类似计算机网络技术按需分配的体验。
总之，服务器虚拟化技术在规划、部署和管理等各个方面在带来巨大收益的同时，也带来了新的问题和挑战，即如何驾驭虚拟化技术，并在规避风险的同时，发挥虚拟化技术的最大价值仍是长时间内值得深入研究和讨论的问题。
作者简介：王雷（1978—）男，吉林东丰县人，职称：工程师，研究方向：信息工程
论文作者:王雷
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
标签：服务器论文; 系统论文; 业务论文; 资源论文; 硬件论文; 成本论文; 信息系统论文; 《电力设备》2019年第9期论文;