高校数字化校园高性能虚拟化服务器平台建设规划

高性能虚拟化服务器 建设规划 信息与网络管理中心 2010年10月 目录 1.校园主要信息化应用需求分析 (2) 1.1.通用信息服务 (2) 1.2.数字化校园应用 (2) 1.3.主机托管服务 (2) 2.为什么选择虚拟化建设模式 (4) 2.1.大多数校园信息化应用适合虚拟化部署 (4) 2.2.传统服务器平台建设模式存在很多弊端 (5) 2.3.虚拟化服务器平台建设模式有着明显优势 (5) 3.选择合适的虚拟化服务器硬件平台 (8) 3.1.传统服务器架构存在的明显弊端 (8) 3.2.高性能虚拟化服务器平台建设目标 (9) 3.3.高性能虚拟化服务器平台建设规划 (11) 1.校园主要信息化应用需求分析 XX大学信息化对服务器的需求主要来自“通用信息服务”、“数字化校园应用”、“主机托管服务”等方面应用，每种应用的部署对硬件服务器有着不同的需求： 1.1. 通用信息服务 “通用信息服务”指的是传统的Internet服务，如电子邮件、门户网站与管理信息系统等，这些系统往往集中部署在校园数据中心机房，每个信息系统的部署需要独立的服务器系统进行部署，一般可以根据不同的软件系统对服务器计算能力的不同需求，选择配置相当的PC服务器担任，服务器平台建成后应当为管理员提供简易、有效的管理手段。 1.2. 数字化校园应用 “数字化校园应用”指的是“教学”、“办公”、“财务”等方面的校园业务综合应用系统，主要包含“数字化校园信息平台（信息门户、统一身份认证、共享数据库等）”以及“数字化校园应用（教务、办公自动化、财务等）”软件系统，“数字化校园应用”的部署对硬件服务器有着高密度、高性能、高可靠等方面的部署需求，而且需要提供强有效的集中管理手段。“数字化校园应用服务器平台”的建设不仅要能满足应用系统部署的基本要求，还要充分考虑到学校未来3-5年的发展需求，要求系统具备一定的扩展性，最大限度地保护既有的投资，减少对系统的维护和未来开发的成本，保证系统在技术上、经济上的可持续性发展。 1.3. 主机托管服务 “主机托管服务”指的是由校园数据中心统一为校内教学、科研、党政管理等单位提供服务器资源共享方面的服务。为了满足不同托管单位不同的应用需求，同时由于托管服务器由托管单位自行远程登录控制和维护，所以托管服务器应当具备高密度、高安全等方面的特征，同时应当具备可灵活划分和调配硬件资源的 能力。 2.为什么选择虚拟化建设模式 2.1. 大多数校园信息化应用适合虚拟化部署 结合校园信息化应用以及虚拟化应用技术特征对比分析，校园信息化系统中大多数应用非常适合于虚拟化的部署模式，可以简单归纳如下： 温馨推荐 您可前往百度文库小程序 享受更优阅读体验 不去了 立即体验 2.2. 传统服务器平台建设模式存在很多弊端 从上一章节的需求分析可知，高校校园信息化系统有着高密度、高性能、高可靠、高稳定等方面的部署需求，而且要充分体现管理的灵活性、系统的可扩展性等方面的特征，如果采用传统的校园数据中心服务器建设方式往往就是通过不断地投资购买新的硬件服务器来满足不断发展的校园业务系统的部署需求，使得校园数据中心服务器平台成为一堆同品牌或者多品牌的硬件服务器的堆叠，而且每台服务器需要单独地安装、配置和运维管理，从而带来服务器的数据剧增、服务器类型杂乱、服务器管理异常复杂、数据中心能耗成倍增加、硬件设备对机房环境和空间等方面的要求不断提高，总体投资成本的成倍增长等缺点。 2.3.虚拟化服务器平台建设模式有着明显优势 虚拟化建设模式可以避免传统服务器采购和运维管理模式的弊端，虚拟化建设模式通过虚拟化软件对服务器硬件资源进行有效的整合，消除旧的“一台服务器、一个应用程序”模式，而是采用在每台物理机上运行多个虚拟机的方式，同时通过统一的管理中心对多台服务器的所有的虚拟机实现统一控制和管理，充分实现服务器资源的任意划分和调配，提高服务器硬件资源的利用率，大大地降低服务器设备总投资成本和设备能耗。 如何正确应对虚拟化带来的挑战，把握机遇适应未来IT技术的发展，是摆在各高校信息化进程中亟需解决的问，相对于传统的校园数据中心服务器平台建设模式，虚拟化服务器平台的建设模式有着明显优势：： 一、提高了硬件资源的利用率，通过整合服务器将共用的基础架构资源聚 合到池中，打破原有的“一台服务器一个应用程序”模式：采用传统的 服务器建设模式，经常会出现有些服务器负载过重，而有些服务器比较清 闲，导致了资源的严重浪费，而且随着校园信息化应用的不断发展，一味地增加硬件服务器，带来昂贵的硬件设备采购成本，和巨大的能耗，而通过虚拟化部署方式，可以在单台物理服务器上部署多个虚拟服务器，不同的虚拟服务器可以安装不同的操作系统和应用，充分提高了硬件资源的利用率，大大地减少了硬件设备的采购数量。 二、简化了服务器的综合管理，并且通过缩减物理基础架构和提高服务器 /管理员比率：传统模式下的服务器平台由于数量众多，而且分布在多个管理域里面，往往会出现不同的服务器不同的管理界面、不同的服务器不同的管理方式而且每个服务器需要单独地进行管理控制，使得服务器的运维管理显得相当复杂，而采用虚拟化的建设模式，可以在一个管理中心对所有的虚拟机进行统一的管理，而且可以对不同的虚拟机设置不同的管理权限分配给不同的管理员（如：整个数字化校园系统只要在同一个管理界面下对所有的应用服务器、信息平台服务器进行统一集中管理；主机托管业务可以灵活地实现对托管单位进行虚拟机的分配以及虚拟机管理权限的设置，同时可以根据虚拟化内部丰富的安全策略确保每个虚拟机的安全保密性。），从而提高了服务器设备/管理员比率，因此服务器运维管理人员需求也随之减少；另外由于虚拟化的应用带来了服务器及其它基础设施数量的减少，因此也减少了硬件设备占地空间以及设备的电耗和散热量，使得数据中心机房更加环保，充分体现绿色数据中心的建设理念。 三、极大地加快了应用部署速度：通过引入虚拟化应用发布格式OVF（Open Virtualization Format），不仅能使学校在信息化不断建设过程中更方便地发布校园信息化应用，而且可以使系统管理员非常简单地部署这个应用（比如：在校园信息化建设过程中需要增加一些数字化校园应用系统，或者要扩大主机托管业务规模，采用虚拟化部署模式大多数情况下只要轻轻一个点击就可以完成整套部署工作）。 四、进一步实现了自动化管理：虚拟化部署模式通过使用类似DRS （Distributed Resource Scheduling，分布式资源调度），Live Migration （动态迁移），DPM（Distributed Power Management，分布式电源管理）和HA（High Availability，高可用性）等高级虚拟化管理技术，能极大地提高整个数据中心的自动化管理程度。 五、提高了硬件和应用程序的可用性，进而提高业务连续性：传统模式下 的服务器平台都是通过额外采购第三方软件来实现系统的集群、备份以及容灾，部署比较复杂，需要专业的技术人员才能得以实施和运维管理，并且会带来昂贵的第三方软件采购费用，而虚拟化部署模式可以通过虚拟化软件自带的功能，可以灵活、安全地实现校园数据中心不同应用或者整个虚拟化环境的备份和迁移，而不会出现服务中断，消除计划内停机，并可从计划外故障中立即恢复。 六、实现了运营的灵活性：虚拟化部署模式支持动态资源管理、从而加快 了服务器部署并改进了桌面和应用程序部署，因此可响应校园业务系统不断变化要求，特别有利于类似主机托管等业务开展。 3.选择合适的虚拟化服务器硬件平台 3.1. 传统服务器架构存在的明显弊端 传统的校园数据中心服务器平台往往是采用普通的以太网技术以及X86服务器来构建，随着高校各类业务应用对IT需求的深入发展，业务部门对资源的需求正以几何级数增长，传统的IT基础架构方式给管理员和未来业务的扩展带来巨大挑战： 3.1.1. 服务器I/O性能低下 传统架构的服务器I/O技术普遍表现为GE、4Gbps FC等技术，已经很难满足不断发展的校园信息化业务系统良好低运行需求，特别是在虚拟化应用中，虚拟机的实时迁移等应用对I/O的性能有着较高的要求，采用传统架构的服务器I/O 技术很难体现出虚拟化应用在高性能集群、灵活的容灾备份机制等方面优势；另外传统架构的服务器内存可扩展性方面的限制也很难满足虚拟化应用对单个物理服务器内存高可扩方面的要求； 3.1.2. 网络基础设施管理复杂 传统架构的服务器网络往往包含数据网络（LAN）、存储网络（SAN）、管理网络（MAN）等几套不同的网络传输系统，在传统构架的网络中进行业务扩容、迁移或增加新的服务功能越来越困难，每一次变更都将牵涉相互关联的、不同时期按不同初衷建设的多种物理设施，涉及多个不同领域、不同服务方向，工作繁琐、维护困难，而且容易出现漏洞和差错； 3.1.3. 应用部署复杂、可扩展性差 传统架构的服务器普遍采用普通的LAN交换机进行互联和数据交换，每个服务器需要单独地进行安装、配置和管理，而且同一管理单元里服务器数量也受到很大的限制，即使采用普通的刀片服务器方式，在一个管理单元里也最多能同时 管理10~16片刀片服务器，很难满足数字化校园应用以及主机托管业务等方面对服务器可扩展性方面的需求； 3.1. 4. 服务器硬件资源利用率低下 传统架构方式对底层资源的投入与在上层业务所收到的效果很难得到同比发展，最普遍的现象就是忙的设备不堪重负，闲的设备资源储备过多，二者相互之间又无法借用和共用，这是由于底层IT建设是以功能单元为中心进行的，没有考虑到底层业务对底层资源调用的优化，这使得对IT的投入往往无法取得同样的业务应用效果的改善，反而浪费了较多的资源和维护成本； 3.1.5. 服务器运维服务策略不一致 传统架构最严重的问题是这种以孤立的设备功能为中心的思路无法真正从整个系统角度制订统一的服务策略，比如安全策略、高可用性策略、业务优化策略等等，造成跨平台策略的不一致性，从而难以将所投入的产品能力形成合力为上层业务提供强大的服务支撑，因此，按传统底层基础设施所提供的服务能力已无法适应当前业务急剧扩展所需的资源要求； 3.2. 高性能虚拟化服务器平台建设目标 3.2.1. 确保I/O性能、简化网络环境（10GE/DCE/FCoE） 虚拟化应用对服务器的I/O提出了更高的要求，在其它条件同等的情况下，进行虚拟机实时迁移测试，结果表明10Gbps I/O环境下比普通的Gbps环境下延时降低4.5倍左右，所以只有采用高性能的I/O技术，才能充分体现虚拟化应用的优势；另外为了避免传统服务器建设模式中存在着多种网络平台带来的复杂性，新建的服务器平台应当可以做到将所有的网络交换资源集中在一起，能在一个联合基础设施上传输局域网、存储和高性能计算流量（同时支持 10GE/DCE/FCoE），从而能够很好地整合或完全消除多个服务器适配器、机箱交换机、线缆及其它外围础设施，尽量减少刀片机箱内部的交换，减少网络接入 层分段，成倍地提高网络带宽，使得整体架构比传统服务器基础设施所需的电源、冷却、管理和安全设备减少一半。 3.2.2. 管理集中化、简易化 整个服务器平台应当可以支持嵌入式的统一管理功能，作为学校数据中心服务器管理员可以在一个统一管理域内，实现对服务器平台中所有服务器进行集中管理，嵌入式设备管理软件应当能支持将一个拥有数百台服务器和数千台虚拟机的系统作为一个高度可用的联合系统来管理，同时可以使多个管理员角色能够在管理基础设施及其策略方面实现动态交互，使得管理员可以整合所需的一切基础设施策略，将应用部署到被称作服务配置文件的可重复移动结构中，从而可以有效改进校园信息化生产率和业务灵活性。 3.2.3. 针对虚拟化进行端到端优化 建成的服务器系统架构应当对从处理器到汇聚层的整个虚拟化环境能得到优化，应当采用最新的工业标准技术从而带来更出色的虚拟化性能，服务器硬件应当充分考虑平衡CPU和I/O能力，同时提高内存容量，使得每服务器可以托管更多的虚拟机；系统架构应当可以通过向虚拟机提供网络策略和安全性的可见性和可移植性，从而实现在物理与虚拟环境之间实施一致的运营模式，结合嵌入式管理和服务配置文件结构，可以提高响应能力、减少人为错误出现机会、提高一致性并缩短服务器和网络部署时间。 3.2. 4. 可以满足未来业务系统不断发展的需求 建成的服务器架构应当为今后业务的扩展预留充足的可扩展空间（同一管理单元里应当支持百台以上服务器节点的任意添加），同时能够支持未来的技术发展，避免传统模式下增加服务器的复杂性，同时最大化地降低服务器投资成本，充分体现项目建设的投资保护。 3.3. 高性能虚拟化服务器平台建设规划 3.3.1. 系统架构规划 3.3.2. 系统设计描述 3.3.2.1.1.10GE/DCE/FCoE统一交换平台 采用10GE/DCE/FCoE技术，在统一的网络传输平台上同时支持数据网络和存储网络的数据交换和传送，从而简化服务器后端以及在SAN环境中等方面的布线，最大化地实现网络基础资源的整合，降低系统复杂程度，同时，也能够降低在拓展数据中心设备或建立新的数据中心时所花费的成本。 10GE/DCE/FCoE技术在虚拟化服务器平台中的应用最大的好处就是能够帮助用户更好的利用虚拟化技术，加快网络的吞吐量，10GE/DCE/FCoE 环境下虚拟机的迁移、集群等应用比传统网络环境下延时要减少4.5倍以上。 3.3.2.1.2.高度可扩展的体系架构 整个系统平台表现为多个刀片机箱+可选配的刀片服务器形式，所有的服务器通过10GE/DCE/FCoE网络技术上联到冗余架构的统一控制器系统和存储系统，随着学校业务应用系统的不断扩展，可以在同样的管理单元里灵活地添加硬件服务器数量（单一管理系统可以容纳300台以上刀片服务器节点的任意添加）。 3.3.2.1.3.集中、全面的统一管理中心 统一管理中心提供多种方式的管理界面，与统一交换平台相结合，通过单一控制台，能够全方位管理所有服务器的配置（系统身份、固件版本、网卡(NIC)设置、HBA设置和网络配置文件等），无需为单个系统组件配备单独的管理，从而不仅提高了数据中心生产效率，而且在需要的时候，可以快速实现资源的扩张。 3.3.2.1. 4.灵活的应用部署和资源分配 通过对服务器属性（UUID、MAC地址I/O接口类型等）进行抽象，可以灵活地定义不同的逻辑服务器与物理服务器绑定，真正做到集成式“无状态”计算，同时可以简单地实现系统在不同的服务器之间进行迁移。 3.3.2.1.5.虚拟化应用实现服务器资源整合和统一管理 综合采用虚拟服务器和物理服务器部署方式分别满足不同的校园信息化应用系统部署需求（如：虚拟服务器集群模式部署数字化校园应用系统；物理服务器集群模式部署数字化校园身份认证、数据库等平台），有效地实现了数据中心硬件资源整合、提高了硬件资源利用率、加快了业务系统的部署并简化了系统的管理。