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服务器虚拟化解决方案

 

某图书馆服务器虚拟化建设方案

 

一、项目背景

随着数字化图书馆建设的不断深入,信息化建设过程中暴露出越来越多的问题,比如欠缺整体规划,投资不断加大,资源利用率持续降低等。随着信息应用系统的不断增加,信息中心软硬件资源整合逐渐成为关注的重点。与此同时,虚拟化技术作为云计算时代背景下快速发展的一门新技术,已经引起了国内文化教育行业的普遍重视。

数字图书馆是21世纪图书馆现代化发展的方向,是我国图书馆事业从传统型向现代型转变的必由之路。它是知识经济的重要载体,它的建设为知识传播提供了一种崭新的手段,随着中央《数字图书馆推广工程》文件的下发执行。数字图书馆的发展和普及将更加迅速,它在信息社会中的地位和作用将越来越重要,成为我国信息产业的重要组成部分。

二、数据中心建设中存在的问题

随着信息化的快速发展,服务于读者、科研、办公和管理的各类应用系统越来越多。按照传统数据中心建设思路,为避免应用系统之间软件和资源配置的冲突,每增加一个新需求、新应用,就需要申请经费、采购服务器、安装系统、部署应用,因此服务器数量急剧增加。而每增加一台新服务器,就意味着需要更多的空间、电源、散热、网络接口、数据存储以及管理人员。省图书馆向外提供上的应用已经在10种以上,并且还在不停的增加,这些应用分散地部署在几十台服务器上,维护工作量极大。另外,许多应用运行在单台物理服务器上,一旦设备出现问题,服务就会中断,导致系统稳定性差,业务连续性不高。

因此,从整个某图书馆信息化工作全局出发,我们需要整馆内数据中心硬件资源,提高硬件资源利用率,提升关键应用的业务连续性,加强IT基础设施的运维管理,以适应省图书馆信息化发展的快速需求。

三、整体目标及长期规划

本次系统改造的目的是为了更加合理的使用分配应用资源,消除系统中的大部分安全隐患,提升整个系统的安全及可靠性;更换及淘汰已经过时的老旧设备;扩充系统的整体性能;可以综合管理、并根据实际应用需求的变化来对资源进行快速无缝调整和分配;并且为日后的系统扩展延伸做好准备,使其在将来不需做太大的变动就可与全省所有直属图书馆系统相结合,形成成一个结合相对紧密的整体;对内实现资源的共享、数据的异地互备、业务系统的远程灾备,对外可统一提供信息服务的综合性数字化信息服务平台。

同时确保省数字图书馆的高效、经济、环保节能和安全可靠性。及其本身的可持续发展性。

四、资源的虚拟化整合

虚拟化技术是将底层物理设备与上层操作系统、软件分离的一种“去耦合”技术。利用虚拟化技术可以将计算、存储、网络等IT基础资源整合起来,形成共享的虚拟资源池,把逻辑资源按实际需求同时提供给各个应用。

服务器虚拟化

实现云计算的第一步就是对服务器基础架构进行虚拟化。服务器的虚拟化就是将服务器物理资源抽象成逻辑资源,让一台服务器变成几台,甚至上百台相互隔离的虚拟服务器,不再受限于物理上的界限,而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”,从而提高服务器资源的利用率,简化系统管理,实现服务器整合。

在传统方式中,一台服务器装载和使用一个物理服务器操作系统,每台服务器平均CPU利用率仅为10%左右。如本次更新设备还采用同样的方式,我们所需购买的服务器会高达40台,这会导致资源的极大浪费。因此,使用VMware,虚拟化技术,整合分散的物理服务器部署多台虚拟机,当有新的业务加入,信息中心即可为该业务动态分配一台或多台虚拟机。一般来说,虚拟环境由三个部分组成:硬件、虚拟机监控器(VMM,VirtualMachineMonitor)和虚拟机。VMM取代了操作系统的位置,管理着真实的硬件。如图1所示,在一台物理服务器上虚拟出两台虚拟服务器。而且从应用者的角度看,使用虚拟机和使用物理服务器是完全一样的。

 

 

五、基于虚拟化技术构建数字图书馆

2003年以前,某图书馆一直采用传统数据中心架构模式建设数字图书馆。每增加一个或一类网络应用时,往往需要对应增加一台或几台服务器,应用系统数据通常存放在服务器本地磁盘上,仅对少量特别重要的应用,如读者管理系统、等采用双机热备加磁盘阵列方式。截止到2012年底,数字图书馆网上包括TRS数据库、Cnki知识服务平台、Apabi数字资源平台、万方数据资源镜像系统、TRSWCM、TRSGetway4.5、TRS天下论坛系统、TRS论坛系统、参考咨询平台、古籍普查平台、有声读物平台近40项应用系统,服务器数量40余台,大部分应用运行在单台物理服务器上。但常常由于物理服务器故障导致应用中断,系统稳定性差。为了不影响用户应用,服务器维护只能在夜间或节假日进行,管理人员维护工作量大,没有更多精力投入到创新性的工作中。

我们应在本次数字图书馆大规模投入建设的机会开始使用虚拟化技术构建新型信息中心,打造全新的数字图书馆。其设计思路是采用将数据中心硬件设施资源“池”化的方法,形成虚拟的计算池、存储池、并对网络安全及物理链路层进行加强,每个池均可实现动态的资源配置,使资源的使用方式从专有独占式转变为完全共享式。即根据实际情况自动部署并动态调整资源分配,建立一个基于业务的资源共享、灵活配置、面向服务和自动化管理的新型数据中心。数据中心能够集中承载全馆所有业务应用系统,实现统一管理、统一运维。

我们本次通过采用VMware的整体解决方案,整合了现有的硬件资源和网络应用。借鉴其多年的探索和实践,建成了一个具有高可靠性、高扩展性、易于管理的高品质数据中心,为图书馆教学、科研、管理工作提供了更加全面和高效的服务,将使省图书馆数字图书馆建设上了一个新的台阶。某图书馆数据中心的架构方案如下:

利用服务器虚拟化技术搭建数据中心计算资源池

在信息中心4台高性能机架服务器中安装了VMwarevSphere虚拟化软件,通过VMwarevCenterServer对所有的物理服务器进行统一管理,按照应用级别不同,建立多个服务器群集。所有的虚拟机形成一个可统一分配的计算资源池,对应标准的全虚拟化结构图(图2)的ComputePoo部分。

 

利用VMware实现新型数据中心的迁移

利用VMware的P2V技术,将传统数据中心运行的几十项应用系统,包括TRS数据库、Cnki知识服务平台、Apabi数字资源平台、万方数据资源镜像系统、TRSWCM、TRSGetway4.5、TRS天下论坛系统、TRS论坛系统、参考咨询平台、古籍普查平台、有声读物平台等业务全部迁移到虚拟化平台上,并使用Avamer备份系统对所有应用虚拟机和数据进行备份。

六、方案优势

提高了硬件设备的资源利用率

使用虚拟化技术,可以使数据中心每台物理服务器实现30:1,甚至更高的整合比率(可根据虚拟机负载情况预先设定策略动态进行调整)。这意味着,以前需要十台物理服务器完成的工作,在部署虚拟化后,仅一台服务器就能满足需求。对于负载较大的虚拟机可适当降低整合比率,甚至可设定策略让其独享一台物理服务器,以确保重要应用。利用VMware电源管理及虚拟机的动态迁移技术,在虚拟机负载较低时,将其自动迁移到一台或几台物理服务器上,并将空闲物理服务器电源自动关闭。反之,当虚拟机负载加大时,则根据预先设定的策略自动打开物理服务器电源,保证虚拟机的性能。一般设定物理服务器的利用率在60%~80%之间,既能保证应用系统性能,又能节约电能。

增强了应用系统的业务稳定性

利用VMware的HA动态迁移技术,保证了虚拟机的高可用性,提升了整个数据中心基础架构的稳定性。当某一台服务器发生故障,虚拟机会自动根据预置策略,将对应的虚拟机迁移到其他正常运行的主机上。整个过程无须人工干预,用户也没有明显的服务中断感觉,从而大大增强了应用系统的业务稳定性。

使用用Hitachi Shadow Image® Replication对业务数据进行完整的卷克隆,并采用Hitachi Thin Image的数据时点虚拟卷保证一致性。BlueArc® Jet Mirror高速文件复制速度是采用逐步变更方式的文件复制的26倍,是采用完整文件复制方式的文件复制的2.8倍。Blue Arc® Jet Clone将每个文件系统的克隆数量提高了16倍。多数据中心复制意味着您可以随时随地共享任何数据。Hitachi Universal Replication可在任意光纤通道距离之间复制任何虚拟化存储系统的任何数据。利用我们的虚拟技术、您可复制日立和第三方存储数据。记录的异步传输保证不会由于同步延迟而发生服务中断,从而确保自动恢复功能能够满足您的业务目标。

实现了业务系统的快速部署

虚拟服务器可以在线复制为模板,通过预先建立的模板和克隆技术,管理人员可以在数分钟,甚至数十秒时间内将新应用快速部署到相应的服务器计算节点上,实现对服务和应用的统一化管理。采用HUSVM进行数据迁移的工作量非常小。对存储进行虚拟化减少了应用的中断窗口,从而快速完成技术更新。事实上,与基于主机或复制的方法相比,数据迁移工作量减少了80%。由于存储控制器在后台移动数据,因此对性能没有任何影响。HUSVM还可将分层存储扩展到外部存储,同时Hitachi Dynamic Tiering可自动放置数据,从而实现最优的性能和成本。可帮助IT人员为Microsoft SAP、VMware和Oracle解决方案提供企业级性能,从而延长应用正常运行时间,缩短备份窗口,并提高服务水平。利用应用插件,可直接通过应用管理控制台管理HUSVM。Hitachi Application Protector可简化备份、恢复和故障切换。应用程序一致快照可为文件、块和对象数据提供更好的支持,包括Microsoft Exchange、SQL Server和SharePoint。

降低了数据中心机房能耗

新型数据中心正式投入使用后,由于物理服务器设备数量极大降低,同时结合分布式电源管理(DPM)技术,自动关闭负载较低的空闲虚拟主机,使得数据中心主机电力消耗由降低到40%左右。随着存储的虚拟整合使得空间的浪费率大大降低,并且利用其动态分层技术在只增加少量投资的情况下可以提升更多的性能。

随着数字图书馆建设的快速发展,通过引入虚拟化技术构建新型图书馆数据中心,不仅解决了当前图书馆数据中心建设中存在的众多问题,如提高服务器资源利用率、实现硬件资源高度共享、降低管理维护成本等,而且可以灵活、敏捷地管理不同的应用和需求。

基于虚拟化技术的新型图书馆数据中心,展现出了一种新颖的观念和灵活的管理模式,有效地推动数据中心朝高效、稳定、节能、环保的方向发展,使之能更好地服务于大众。我们完全有理由相信,虚拟化技术在未来数字图书馆建设的应用前景将会十分广阔。

成本节省

 

 项目

 节省效率

 节省情况

 维护成本  86%-94%  更少、更新型的服务器使维护成本大大降低
 软件支持成本  82%-84%  更少的软件和CPU使用、更新、服务的费用大大降低
 人员管理成本  36%-50%  更少的物理服务器提高管理自动化,从而降低相关系统管理人员的成本
 设备管理成本  65%-70%

 更少的物理服务器,更少的覆盖面积和有效的能源管理,帮助中心降低能耗

 缩小占地面积

 平均节省效率  72%