张运涛

摘 要 本文从技术引入、部署实施、IT管理创新等方面，论述了服务器虚拟化技术的基本原理和架构，在某设计院信息化建设管理中的设计思路，实施效果和重要价值。

关键词 服务器；虚拟化；云计算；信息化；管理；应用

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）211-0147-02

某设计院信息化基础设施架构为传统形式，包括星型以太网，路由交换设备，服务器群，NAS存储，安全设备群等组成部分，是典型的传统数据中心。目前，随着公司业务发展，应用服务数量及量级持续增长，旧有IT基础设施频繁出现持续高负荷状态，可靠性下降。考虑公司信息化建设的现状和规划，云计算等新的IT建设管理服务模式逐渐成熟，传统IT架构和管理模式已不适应当前行业发展趋势，亟待进行改造升级，以保障信息系统的高效稳定运行，设计科研业务有序开展。

1 服务器虚拟化技术引入

服务器虚拟化技术是云服务架构中计算能力的典型表现方式，通过将物理硬件资源抽象为逻辑资源，将差异化的硬件封装，实现了应用与硬件隔离。从而极大提高资源利用率，简化系统管理，整合计算力，使IT基础设施对业务的变化更具适应力。

考虑某设计院的军工背景和企业性质，IT基础设施改造以建设注重数据安全性的私有云服務模式为总体思路。私有云模式要求企业自行建设IT基础设施，由于总体投资巨大，因此按照循序渐进，先易后难，分步投资的原则，首先进行服务器虚拟化改造。

2 服务器虚拟化系统设计思路

系统设计的目标，一方面考虑设计院的业务特点，使服务器虚拟化技术和核四院现有信息化基础设施相结合，发挥独有优势和价值；另一方面，初步搭建云计算运行管理模式，为未来私有云建设奠定基础。

2.1 网络连接

硬件服务器，vShpere虚拟化管理平台（包括ESXi Server，vCenter，HA，vMotion，DRS等组件），虚拟化专用FC-SAN存储网络，作为逻辑整体接入原服务器网段，多物理网卡绑定以扩展宿主服务器与核心交换机之间的带宽。

2.2 设备选型

设计院行业主要以日常办公、三维图形、科研计算为主要应用，在服务器配置方面应在预算允许的情况下，提高单台服务器配置，以提供更好的峰值性能。

2.3 规划容量设计

计划迁移至虚拟服务器的固定应用主要分为系统管理，安全防护，通用服务，专业软件等几类共约30个左右，按照平均每个虚拟机50GB的预分配容量，并保留1.5倍冗余，使用约3TB的SAN存储分区。采用Thin Provision磁盘置备方式以更灵活地利用磁盘资源。SAN存储上划分独立区域作为VDP虚拟机专用备份区。

2.4 高可用性

采用多台物理主机组成HA群集，vSphere HA可将虚拟机及其驻留主机集中于群集内，为虚拟机提供高可用性，如其中一台主机发生故障，故障主机上的虚拟机将在另外一台主机上重新启动。

2.5 存储

原则上虚拟服务器应使用ESXi提供的主机级存储虚拟化，即逻辑方式从虚拟机中抽象物理存储器层。共享存储方式使虚拟化应用在本身并不支持的情况下自然获得了故障转移，负载均衡等高可用特性。

3 服务器虚拟化技术平台，运行环境的部署

服务器虚拟化技术平台，主要由以下要素构成。

3.1 硬件设施

考虑系统运行可靠性，首期工程使用两台物理服务器组成数据中心资源池，实现虚拟机故障转移群集及负载均衡，未来也可通过增加池中服务器数量来持续扩展计算能力。虚拟化物理主机位于原服务器网段，绑定两个千兆网口与核心交换机千兆模块板进行双路连接，扩展带宽及增强可靠性。通过光纤交换机连接磁盘阵列组成FC SAN存储网络。

3.2 虚拟化核心软件组件（嵌入式或服务式）

基于性能及稳定性考虑，采用嵌入式部署ESXi系统，资源利用率相对较高。配备Linux核心的vCenter管理服务，VDP数据备份服务，通过Web界面，客户端程序等多种方式可进行虚拟化平台的日常管理。

3.3 核心技术和逻辑架构

服务器虚拟化的核心技术，即硬件抽象层，工作在硬件服务器上，将物理硬件（CPU，内存，网络，磁盘等）抽象为可灵活分配，变更，回收的计算资源。其中最底层为基础物理硬件，包括高性能服务器，模块化可扩展的存储设备，存储交换机等，支撑服务器虚拟化整体架构的运行，虚拟化平台作为硬件抽象层，提供一体化解决方案，统筹解决虚拟服务器信息安全，数据存储备份等管理要素。

4 服务器虚拟化技术为企业IT管理模式带来的变革和重要价值

在不改变管理和技术架构的情况下，传统信息化基础建设管理模式中长期存在的多种顽疾难以彻底根除。例如由于业务发展，信息系统不断增加，网络规模持续增大，多种类型软硬件设备之间的耦合，导致了系统集成的高复杂度，进而引发了部署实施成本高，管理运维成本高，故障率高，解决难度高，灵活性差，业务应用故障恢复不及时等一系列问题，传统的用于提高可靠性的如多节点故障转移群集等技术手段部署和管理成本亦居高不下，后期运维管理也需要由专业IT运维管理团队来进行，IT总拥有成本已成为企业的沉重负担。

服务器虚拟化作启动了企业IT基础设施建设管理运维变革，管理对象从数量确定，拓扑结构相对固定的有形实体设备，变为了数量，性能，配置，拓扑结构不确定，而完全由管理者进行规划，设计，即时变更调整的计算资源。

相对于传统模式，服务器虚拟化的另外一个明显优势表现在硬件资源利用效率，长期的IT管理实践表明，服务器硬件安装调整完毕后，用途基本固定，多数服务器系统资源占用长年处于较低水平，实质上造成了IT投资的巨大浪费。服务器虚拟化技术带来了系统资源的弹性使用。服务器虚拟化管理系统实现了对传统的物理资源和新的虚拟资源进行统筹管理，可从全局而非割裂地管理资源，统一管理与自动化将成为IT管理的必然趋势。

5 典型案例

ANSYS有限元分析软件是典型的科研设计计算软件，对于CPU和内存资源有较高需求，传统来说，我们会购置高性能的，价格昂贵的服务器或工作站来运行它。

在公司已有的运行计算软件的工作站中，我们了解到很多问题，主要有以下方面。

1）全年至少70%的时间，用于计算的服务器或工作站是停止或关闭的，这部分投资未发挥任何作用。

2）根据项目进展或不同项目需求，当计算负荷提高到一定程度后，发现要进行实体硬件的性能升级是复杂的，需要考虑多种兼容问题，并且很可能带来稳定性的下降，而购买全新硬件意味着更大程度的浪费。

3）单台工作站性能有限，某些情况下，希望有极高的硬件性能在较短时间内获得结果，但硬件本身限制了这种想法的实现。

ANSYS运行在虚拟服务器之后，解决了很多传统模式下的弊端。

首先，虚拟服务器性能是弹性的，ANSYS未运行时，预分配的计算资源和所有虚拟服务器共享，闲置计算资源可以被调度用来进行动态分配，也可在夜间集中起来进行数据备份，完整性检查等消耗较高的维护工作。

其次，虚拟服务器性能不能满足需求时，可即时进行提升，根据项目进展及变更情况，ANSYS软件初期使用8核心处理器，24GB内存进行计算，本年度需求提高到20核心，64GB内存，这个调整是即时的，对业务应用系统运行没有影响，从效率和可靠性等方面是传统硬件方式无法比拟的。如有必要，虚拟服务器可将自身计算能力提高到实体物理服務器的极限，带来巨大的性能提升，完成一些非常态的，对时间要求迫切的计算任务。

6 结论

作为云计算的核心技术，服务器虚拟化极大地降低了企业IT管理成本，提高了管理效率，降低了业务运行风险，更好地保障数据安全性。服务器虚拟化项目的成功实施，确立了未来信息化基础设施建设的宏观技术架构，是今后云服务，软件定义数据中心建设的重要支撑。

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