面向炼化企业的服务器虚拟化技术方案设计

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　　[摘    要] 随着虚拟化技术的日趋成熟，数据中心虚拟化已成为传统炼化行业信息化建设的最佳选择。本文针对虚拟化技术的特性，结合炼化行业在信息化建设过程中普遍遭遇的局限性，设计出了一套服务器虚拟化技术在炼化企业中的应用方案。
　　[关键词] VMware;虚拟化;服务器;虚拟数据中心
　　doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 05. 064
　　[中图分类号] TP391    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）05- 0164- 04
　　1      引    言
　　傳统的炼化企业往往历史悠久，经过多年的持续建设，数据中心会非常庞大，设施多、数据散、维护难，这几乎是所有炼化企业都会遇到的问题。虚拟化技术作为解决这些问题的“良药”，将其融入数据中心是十分有必要的。
　　1.1   整合信息资源，降低运维成本的需要
　　在炼化企业中，绝大部分信息系统的建设是基于传统的烟囱型IT架构，每上一个新的IT应用，都需要采购新的硬件设备（各种服务器、专用存储、交换机等）和系统软件，这不仅大大增加了企业信息化采购成本，资源包括硬件和软件资源）分散，且硬件资源利用率一般也在5%-20%之间;另外，设备更新换代频率高，部署在专用硬件平台上的各种应用不断增多，从而导致大量的IT资源的浪费，且确保这些IT资源长周期安全稳定运行的运维服务和机房环境保障等成本也居高不下，因此，整合信息资源，提质增效刻不容缓。
　　1.2   保障信息资源安全的需要
　　数据中心运维的常见问题一般可分为软件系统故障、服务器故障、网络故障、数据中心保障设施故障等，其中以服务器故障影响最为严重。特别是针对传统的烟囱型架构，每套业务系统都有单独的硬件服务器，故障率高，数据分布零散，当硬件设备出现故障时，往往面临的是艰难而耗时的数据恢复，甚至当出现无法修复的情况时，将会直接面临直接丢失，不仅业务连续性无法保障，公司信息资产的安全也受到严重影响。
　　1.3   实现数据中心敏捷运维的需要
　　传统模式下部署一套业务系统的简单流程。
　　数据中心部署一套业务系统，从硬件采购申请批复到硬件系统安装并配置完毕，需要运维人员至少耗费10天的时间，如果再将设备巡检维护、扩容升级的时间计入在内，那么整个运维的过程将是十分繁重而冗长的。
　　2      虚拟化技术的特性和优势
　　虚拟化是一项“一虚多”的技术，是众多IT自愿虚拟化技术中的一种，简单来讲，就是可以在一台服务器上虚拟出多台虚拟服务器，从而实现一机多用，从而显著提高服务器的工作效率。
　　2.1   硬件虚拟化
　　一台服务器通常是由CPU、内存、磁盘，及一些周边设备（如网卡、HBA卡等）组成。硬件虚拟化可以将组成服务器的每一种硬件进行虚拟，虚拟后的硬件成为一种公用资源，供所有运行在这台服务器上的虚拟机使用。
　　虚拟化的平台提供了丰富的设备虚拟功能，能把物理设备虚拟成标准的虚拟设备，这样做的好处是降低了虚拟机对底层硬件的依赖，面向虚拟机的始终是标准化的设备。
　　2.2   群集技术
　　利用群集技术，可以将多台物理主机组成一个群集，群集中的虚拟机可以在群集主机之间随意迁移。当群集中的某一台主机需要维护时，可以先将这台主机上的虚拟机迁移到其他主机上，然后再将这台主机置为“维护模式”即可进行相应的维护操作。
　　2.3   实时迁移技术
　　虚拟机实时迁移技术类似手机通信基站软切换，当手机信号从一个基站切换到另一个基站时，信号的宿主已经发生改变，但用户是察觉不到的。对于虚拟机也一样，在虚拟化平台下可以动态地将虚拟机从一个主机迁移到另一个主机，应用系统不会中断，不对用户造成任何影响。
　　2.4   分布式资源调度（DRS-Distributed Resource Scheduler）技术
　　DRS技术可以不间断地自动平衡群集中主机的负载，并可以根据群集负载情况，在各个服务或应用之间根据实际需求动态地分配服务器资源，甚至可以自动休眠或开启主机以满足业务对性能的需求。当群集中的某台主机负载过高时，DRS会自动迁移部分虚拟机到其他主机上，以保证群集主机间的负载均衡。另外，在定义了虚拟机的优先级之后，DRS还会根据优先级来分配资源，这在业务密集型的情况下尤为重要。
　　2.5   虚拟机HA技术
　　虚拟机HA技术是群集模式下非常重要的一项技术，它可以保证当群集中的某一台主机发生故障时，自动将上面的虚拟机在另一台主机上重新启动，从而最大程度地保障业务的连续性。
　　3      服务器虚拟化技术方案
　　3.1   基础架构
　　虚拟中心核心架构。
　　3.2   技术特性
　　3.2.1   高可扩展性
　　当设计一个数据中心时，鉴于成本控制和性能需求，建设标准不能过高或过低，其设施必须满足目前业务的需要，也必须能够满足未来扩展的需求。本架构的设计具有非常优秀的扩展能力，从底层的核心存储至上层的应用主机，任何一个环节如果出现瓶颈，均可以以增加设备数量的方式进行容量和性能的扩充，并且整个扩容过程方便快捷，不会影响业务系统的正常运行。 　　3.2.2   高可靠性
　　（1）冗余链路
　　冗余链路从定义上来讲是在多台交换机组成的网络环境中实施的一些备份连接，以提高网络的健壮性、稳定性。在本架构中，所有设备依托于两台FA-SAN交换机实现冗余链路，可避免交换设备单点故障或者单链路中断带来的影响。
　　（2）存储双活
　　在以往的数据中心架构设计中，针对底层核心存储采用最多的方案就是存储镜像，这种方案最大的不足是设备存在主次之分，在业务正常运行时，只有主存储在线提供服务，次存储仅仅是实现业务数据同步，当主存储发生故障时，次存储并不能实时接管，唯有停机手动切换数据链路，这样整个数据中心所有的服务器必须停机，所有的业务也将中断。不仅如此，链路切换是一个相当复杂的操作，整个过程耗时费力，很多时候还必须依靠第三方支持才能切换成功。
　　鉴于此，本架构在设计中引入了存储双活机制，通过两台Vplex接管底层的核心存储，在链路实现冗余的同时，两台存储同时在线提供服务，数据也可以实时保持同步，当其中一台存储发生故障时，Vplex可实时将其离线并维持其他存储在线提供服务，这样可彻底解决传统存储设计方案带来的不足。群集化主机。主机直接承载虚拟服务器的运行，在主机群集化之后，最大的好处是打破了原来单台主机之间的物理隔阂，所有主机处于同一平台，主机与主机之间变得透明。
　　当群集中某台主机内存不足、CPU负载偏高或者IO压力较大时，群集会提示告警，并自动将此主机上的负载迁移至其他的主机，以实现群集内部的资源平衡。
　　群集监控着所有虚拟服务器的活动情况，因此，当其中某一个主机节点失效时，失效节点的负载会自动在另一个节点上重新加载，整个过程虽会发生业务中斷，但相比传统的单节点失效来说，RTO可完全忽略不计。
　　数据中心的可靠性是业务连续性的重要保障，在链路冗余、存储双活的加持下，顶层的应用主机采用群集资源池的方式，再配合虚拟机VMotion、HA、FT等技术，架构中任何单节点设备发生故障时不会影响可最大限度的保障业务虚拟机的正常运行。
　　3.2.3   高安全性
　　仅仅在系统可靠性加持下的数据安全保障，对企业数据中心来讲还远远不够，本架构中数据备份的设计是非常重要的一环，是数据安全最重要也是最后的一道屏障。当系统或服务器发生故障无法修复时，备份系统的价值就显得尤为重要。在服务器虚拟化后，所有业务服务器的数据均被存放到特定格式的数据文件中，这为数据备份提供了方便。在系统发生故障时，在优秀的备份规划下的有效备份数据，可以最大限度地降低损失，降低RTO（RecoveryTime Object），基于此，在本架构中设计了三种备份方式：
　　（1）基于数据的备份
　　将数据库服务器中的数据库进行数据级别的备份，在恢复时，可进行基于时间轴的数据库表级恢复。这种备份方式主要适用于业务系统发生不严重的数据丢失的情况。
　　（2）基于文件的磁盘备份
　　将操作系统内指定磁盘的文件进行备份，这种备份方式主要对文件类型服务器，在数据丢失时，这种备份方式可提供文件级的数据恢复。
　　（3）基于VMDK的整机备份
　　在服务器虚拟化后，所有的业务数据及操作系统均存放在VMDK文件中，通过备份所有VMDK及相关配置文件，可实现虚拟机整机备份，类似于实体服务器的克隆存储，在操作系统发生崩溃是可以直接恢复出一台备份时的虚拟机。
　　3.2.4   高效能
　　本架构可实现一个经济实用、简洁高效的运行平台，一方面公司不再需要采购新的服务器、存储、网络设备甚至部分专业软件，成本得到降低;另一方面通过整合了资源，在提升了服务器使用效率的同时，大幅精简了传统“烟囱”架构的服务器，绝大部分服务器被下架，机房的设备机柜“空”了、噪音小了、耗电降低了，大幅精简了保障、运维成本;再则，实施虚拟化前，部署一个新业务系统，从采购审批到部署完成至少需要10天的时间，实施虚拟化后，为一个新业务系统部署服务器、数据库实例、中间件容器等软、硬件信息资源，只需要20分钟左右，效率得到革命性的提升。
　　4      总    结
　　本架构充分发挥了虚拟化技术的特性，构建了统一的应用服务资源部署平台，彻底解决了在传统的“烟囱”型架构中，一套应用系统一套设备，投入巨大的同时利用率低，大量设备正常运行所需的保障、运维成本随着时间的推移逐年增长的困境，在保障数据安全、提质增效的同时，还能实现一次投入、高效利用、按需扩充。
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