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摘 要：教育资源快速增长，导致应用服务需求量陡增，如何减少投入，降低能耗，提升效率是设计数据中心时应首先考虑的问题。高校数据中心采用“云”技术，能为各种应用服务提供可扩展的计算资源，而资源的虚拟化则是“云”技术的核心支撑。
关键词：数据中心；云计算；虚拟化
中图分类号：TP302
目前数字化、信息化建设已成为现代社会进步的主要标志，它们引领着未来教育发展的方向。拥有一个高性能的数据中心是目前高校适应当今教育资源需求的必然趋势。现在数据中心技术已发展到了“云计算”的层面，而虚拟化服务能为此提供强有力的支持。
1 目前存在的问题
1.1 维护管理水平低
随着应用服务的增加，服务器的数量也成倍递增，导致维护成本大增，而硬件设备的多样性也导致系统恢复需要较长时间。
1.2 资源利用率不高
随着CPU多核技术的应用致使计算能力飞速的增长。但高负载时段的不连续性，却导致服务器在大部分工作时间内只发挥了10%-15%的运算能力，造成了计算资源的浪费，如图1所示。
图1 服务器资源使用利用比率
1.3 能耗高
硬件设备的用电量90%以上最终转化为热量，硬件设备的功耗每增加100W，在电能转换传递上就会多损耗10-20W，空调制冷会增加功耗120W。处理能力越强、集成度越高的设备需要消耗的电能就越多，这时机房温控和能源的消耗成了一个很大的问题。
1.4 数据迁移和资源共享难
在不同独立服务器之间，不同的硬件平台与操作系统之间进行数据迁移和资源共享困难，难以进行统一快捷的管理。
2 虚拟化技术优势
虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的运行，虚拟化技术是云计算的一个实现方式。总的来说虚拟化的优势主要体现在以下几个方面：
2.1 对计算资源的有效整合
对于传统的服务器应用方式，通常服务器的平均利用率在5-15%之间。而采用虚拟整合后，平均利用率可达到60%-80%。例如，我们可采用在N台高配置的服务器上创建N+1个虚拟服务器的方式来降低成本和网络环境的复杂性。
我们采用测试软件对虚拟化前后CPU的利用率进行了数据采集。如图2所示，采用虚拟化集群后，CPU利用率大幅提高。从图中我们可以看出，虚拟化后的CPU使用率较虚拟化前有了很大提升。
图2 虚拟化前后CPU资源使用率对比图
2.2 提高资源部署的灵活性和效率
通过虚拟化技术可实现动态的资源部署和多次分配，满足不断变化的业务需求。当有用户需要申请新的应用业务时，只需在虚拟池中划分一部分系统资源进行处理即可。这样不但业务扩展方便快捷，还节约了大量后续硬件投入成本。部署服务器时间能从小时级降到分钟级，服务器重建和应用加载时间从数十小时缩减到30分钟以内。
2.3 提高数据和服务的安全性
虚拟化技术可实现共享机制无法实现的隔离和划分。由于每个虚拟系统具有独立的处理器、内存、网络、存储器，因此能实现对数据和服务进行可控和安全的访问。
3 数据中心服务器虚拟化建设
目前数据中心设计方案都基于虚拟化架构平台构建，围绕数据中心的高可靠性、高可用性、易管理性和降低成本的需求，通过简化业务基础架构来创建更动态和灵活的数据中心，实现集中统一管理，提高业务敏捷性。
3.1 服务器虚拟化集群
为了实现高可用性，我们可以建立虚拟化集群。管理员能在运行重要应用的物理机和同等配置的虚拟机上创建集群。在待机状态下，虚拟机并不消耗计算机资源，并且能以非常高的比例整合到一个或几个物理机上去。采用冗余的方式将由2N变为N+1，集群软件支持实体到虚拟的集群和实体到实体的集群。集群后节省的成本能为更多的负载实现高可用性。
3.2 数据迁移
服务器虚拟化集群最大的风险就是“把所有鸡蛋都放在同一个篮子里”。一旦服务器发生故障就会导致服务中断。数据迁移应考虑计划内迁移和计划外迁移。
当需要对某台物理主机进行升级或者检修等计划内停机时，使用Vmotion技术将虚拟机事先动态地转移到另外一台物理主机（ESX主机）上，从而使应用服务不中断。其中值得注意的地方是，VMotion对于不同系列的CPU无法自动实现数据迁移。因此，我们在选购服务器时应尽可能的选购同一品牌，同一型号的服务器。
而当出现意外宕机或者断电等计划外停机时，Vmware HA技术能实时将虚拟系统迁移至还存活的ESX主机上继续运行。在一个HA群集中，每一台Vmware ESX服务器配有一个HA代理持续不断地检测群集中其他主机的心跳信号。ESX主机每隔五秒就会通过服务主机的网络连接发送心跳信号。若某台ESX主机在连续三个时间间隔后都没发出心跳信号，那么就会被认为发生了故障或段网。在这种情况下，原本在该主机上运行的虚拟机将会自动被转移到群集中的其他主机上。
将Vmotion与HA技术结合使用，能很好的保证数据中心的高可用性。高可用性技术能为虚拟机集群维持实时同步镜像，避免单个物理机故障或硬件资源不足时对虚拟机造成连续运行的影响。使虚拟机在物理机之间快速的实现在线数据迁移，以实现系统运行零停顿。
3.3 动态资源分配
利用虚拟化技术对资源进行整合后，就需要考虑如何合理的来分配系统资源。避免虚拟机的资源需求成为瓶颈。VMware的分布式资源调度（Distributed Resource Scheduler，DRS）可以持续不断地监控VMware主机集群中资源池的利用率，并能够根据应用需要动态、智能地分配硬件资源。资源分配可采用自动模式和手动模式两种方式。在自动模式中，DRS能自行判断虚拟机在物理服务器之间的最佳分配方案，并自动地将虚拟机迁移到最合适的物理服务器上。在手动模式中，可使用由DRS提供的一套虚拟机最优分配方案，然后由系统管理员来决定是否根据该方案对虚拟机进行调整。
4 结束语
在设计数据中心时，我们应充分考虑了技术的前瞻性，目前数据中心云架构的解决方案都依靠并利用虚拟化技术来提供服务。随着虚拟化架构的不断完善，业务质量的不断提高，相信会有更多的学习者从中受益。
参考文献：
[1]罗捷.服务器虚拟化技术在计算机实验室的实践应用[J].computer Era，2010（2）.
[2]谢杰.云计算环境下的数据存储[J].电脑知识与技术，2010（5）.
[3]龚利.云计算在高校教育应用中的探析[J].郧阳师范高等专科学校学报，2009（6）.
[4]周文煜.基于虚拟机迁移的虚拟机集群资源调度[J].华中科技大学学报，2011（6）.
作者简介：方颂（1978-），男，湖南长沙人，工程师，学士学位，研究方向：计算机网络。
作者单位：湖南广播电视大学，长沙 410004
关键词：数据中心；云计算；虚拟化
中图分类号：TP302
目前数字化、信息化建设已成为现代社会进步的主要标志，它们引领着未来教育发展的方向。拥有一个高性能的数据中心是目前高校适应当今教育资源需求的必然趋势。现在数据中心技术已发展到了“云计算”的层面，而虚拟化服务能为此提供强有力的支持。
1 目前存在的问题
1.1 维护管理水平低
随着应用服务的增加，服务器的数量也成倍递增，导致维护成本大增，而硬件设备的多样性也导致系统恢复需要较长时间。
1.2 资源利用率不高
随着CPU多核技术的应用致使计算能力飞速的增长。但高负载时段的不连续性，却导致服务器在大部分工作时间内只发挥了10%-15%的运算能力，造成了计算资源的浪费，如图1所示。
图1 服务器资源使用利用比率
1.3 能耗高
硬件设备的用电量90%以上最终转化为热量，硬件设备的功耗每增加100W，在电能转换传递上就会多损耗10-20W，空调制冷会增加功耗120W。处理能力越强、集成度越高的设备需要消耗的电能就越多，这时机房温控和能源的消耗成了一个很大的问题。
1.4 数据迁移和资源共享难
在不同独立服务器之间，不同的硬件平台与操作系统之间进行数据迁移和资源共享困难，难以进行统一快捷的管理。
2 虚拟化技术优势
虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的运行，虚拟化技术是云计算的一个实现方式。总的来说虚拟化的优势主要体现在以下几个方面：
2.1 对计算资源的有效整合
对于传统的服务器应用方式，通常服务器的平均利用率在5-15%之间。而采用虚拟整合后，平均利用率可达到60%-80%。例如，我们可采用在N台高配置的服务器上创建N+1个虚拟服务器的方式来降低成本和网络环境的复杂性。
我们采用测试软件对虚拟化前后CPU的利用率进行了数据采集。如图2所示，采用虚拟化集群后，CPU利用率大幅提高。从图中我们可以看出，虚拟化后的CPU使用率较虚拟化前有了很大提升。
图2 虚拟化前后CPU资源使用率对比图
2.2 提高资源部署的灵活性和效率
通过虚拟化技术可实现动态的资源部署和多次分配，满足不断变化的业务需求。当有用户需要申请新的应用业务时，只需在虚拟池中划分一部分系统资源进行处理即可。这样不但业务扩展方便快捷，还节约了大量后续硬件投入成本。部署服务器时间能从小时级降到分钟级，服务器重建和应用加载时间从数十小时缩减到30分钟以内。
2.3 提高数据和服务的安全性
虚拟化技术可实现共享机制无法实现的隔离和划分。由于每个虚拟系统具有独立的处理器、内存、网络、存储器，因此能实现对数据和服务进行可控和安全的访问。
3 数据中心服务器虚拟化建设
目前数据中心设计方案都基于虚拟化架构平台构建，围绕数据中心的高可靠性、高可用性、易管理性和降低成本的需求，通过简化业务基础架构来创建更动态和灵活的数据中心，实现集中统一管理，提高业务敏捷性。
3.1 服务器虚拟化集群
为了实现高可用性，我们可以建立虚拟化集群。管理员能在运行重要应用的物理机和同等配置的虚拟机上创建集群。在待机状态下，虚拟机并不消耗计算机资源，并且能以非常高的比例整合到一个或几个物理机上去。采用冗余的方式将由2N变为N+1，集群软件支持实体到虚拟的集群和实体到实体的集群。集群后节省的成本能为更多的负载实现高可用性。
3.2 数据迁移
服务器虚拟化集群最大的风险就是“把所有鸡蛋都放在同一个篮子里”。一旦服务器发生故障就会导致服务中断。数据迁移应考虑计划内迁移和计划外迁移。
当需要对某台物理主机进行升级或者检修等计划内停机时，使用Vmotion技术将虚拟机事先动态地转移到另外一台物理主机（ESX主机）上，从而使应用服务不中断。其中值得注意的地方是，VMotion对于不同系列的CPU无法自动实现数据迁移。因此，我们在选购服务器时应尽可能的选购同一品牌，同一型号的服务器。
而当出现意外宕机或者断电等计划外停机时，Vmware HA技术能实时将虚拟系统迁移至还存活的ESX主机上继续运行。在一个HA群集中，每一台Vmware ESX服务器配有一个HA代理持续不断地检测群集中其他主机的心跳信号。ESX主机每隔五秒就会通过服务主机的网络连接发送心跳信号。若某台ESX主机在连续三个时间间隔后都没发出心跳信号，那么就会被认为发生了故障或段网。在这种情况下，原本在该主机上运行的虚拟机将会自动被转移到群集中的其他主机上。
将Vmotion与HA技术结合使用，能很好的保证数据中心的高可用性。高可用性技术能为虚拟机集群维持实时同步镜像，避免单个物理机故障或硬件资源不足时对虚拟机造成连续运行的影响。使虚拟机在物理机之间快速的实现在线数据迁移，以实现系统运行零停顿。
3.3 动态资源分配
利用虚拟化技术对资源进行整合后，就需要考虑如何合理的来分配系统资源。避免虚拟机的资源需求成为瓶颈。VMware的分布式资源调度（Distributed Resource Scheduler，DRS）可以持续不断地监控VMware主机集群中资源池的利用率，并能够根据应用需要动态、智能地分配硬件资源。资源分配可采用自动模式和手动模式两种方式。在自动模式中，DRS能自行判断虚拟机在物理服务器之间的最佳分配方案，并自动地将虚拟机迁移到最合适的物理服务器上。在手动模式中，可使用由DRS提供的一套虚拟机最优分配方案，然后由系统管理员来决定是否根据该方案对虚拟机进行调整。
4 结束语
在设计数据中心时，我们应充分考虑了技术的前瞻性，目前数据中心云架构的解决方案都依靠并利用虚拟化技术来提供服务。随着虚拟化架构的不断完善，业务质量的不断提高，相信会有更多的学习者从中受益。
参考文献：
[1]罗捷.服务器虚拟化技术在计算机实验室的实践应用[J].computer Era，2010（2）.
[2]谢杰.云计算环境下的数据存储[J].电脑知识与技术，2010（5）.
[3]龚利.云计算在高校教育应用中的探析[J].郧阳师范高等专科学校学报，2009（6）.
[4]周文煜.基于虚拟机迁移的虚拟机集群资源调度[J].华中科技大学学报，2011（6）.
作者简介：方颂（1978-），男，湖南长沙人，工程师，学士学位，研究方向：计算机网络。
作者单位：湖南广播电视大学，长沙 410004