基于vSphere的虚拟化技术在高职院校数据中心中的应用

杨皓

摘要：随着计算机技术的飞速发展，高校信息化建设也在不断推进。VMware vSphere为我们实现数据中心虚拟化提供了一个可靠的工具，它可以帮助我们实现服务器、网络、存储和桌面的虚拟化，还能智能地控制资源平衡。本文以VMware vSphere虚拟化架构为基础，介绍了虚拟化的概念、类型和技术优势。

Abstract： With the rapid development of computer technology， the construction of information technology in college is also constantly advancing. VMware vSphere provides a reliable tool for our data center virtualization， which can help us to realize the virtualization of servers， networks， storage and virtual desktop， and intelligent control of the balance of resources. This paper is based on the VMware vSphere virtualization architecture， introduces the concept， types and advantages of virtualization technology.

關键词：虚拟化技术；vSphere；高校

Key words： virtualization technology；vSphere；college

中图分类号：TP308 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）22-0146-03

0 引言

高校的信息化建设是国家信息化建设的重要组成部分，随着国家的大力投入建设，高校信息化建设已经具有较大规模，各种应用也层出不穷，为教学形式、教学理念和教学改革带来了深远的影响。云南财经职业学院从2000年初开始建设计算机实训室至今，已陆续建设了近20间计算机实训室以及3间数据中心机房。随着应用需求增加，服务器也在增加，对应的机房基础配套设施、机柜、UPS、空调和电力需求等也随之增加，造成了机房建设运行成本高、故障率增加、防灾能力弱、管理复杂化。在大量资金投入的同时，大部分的设备利用率却很低，服务器很多时候都是闲置的，造成了巨大的资源浪费。此外，采用传统物理架构的操作系统，直接安装在物理硬件上，使得整个学校网络基础架构非常不灵活，同时由于软硬件的故障，稳定性较差，对教师的正常上课造成影响，提高了维护人员的工作量，效果却不甚理想。针对以上问题，笔者在满足正常教学和工作需求的前提下，充分利用服务器闲置资源，减少浪费，降低能耗，减轻管理人员负担，积极研究探索一个符合该校情况的合理高效的虚拟化建设方案。

1 虚拟化技术概述

虚拟化[1]的概念早在上世纪六十年代就已经诞生，经历几十年的发展，在各个领域的应用都在不断深化。云计算[2]作为虚拟化技术、分布式计算技术和并行计算技术等技术的混合演化结果，是未来研究的热门。所以说计算机虚拟化技术是一个重要的技术基石，支撑起了云计算伟大构想的实现。

虚拟化技术是一种调配计算资源的方法。它将计算机的硬件层、软件层、数据层、网络层和存储层分为不同的层面。对传统计算机来说，所有层面都是一个整体，运行模式为：先在在计算机“裸机”上安装操作系统，装好系统后再装应用程序，最后在显示器上显示程序界面。在这种情况下，改动一层将影响到其他层，使得改动难以实施。为了更容易地实施改动，虚拟化技术通过软件，让不同层面的应用分开，让管理简单化，让计算机资源的使用更加灵活。

利用虚拟化技术，我们可以把各种物理硬件设备都变为虚拟设备。总的来说主要分为几大类：①平台虚拟化。主要指上述所说的服务器虚拟化和桌面虚拟化。服务器虚拟化又可以细分为硬件和软件虚拟化。硬件虚拟化指平台直接运行在物理硬件上，如VMware vSphere平台[3]；软件虚拟化指平台运行在操作系统上，如VMware Workstation。②网络虚拟化。利用虚拟交换机和虚拟网卡，可以组建一个虚拟网络，在虚拟机内部进行通信，也可以与外部的物理网络进行连接。③存储虚拟化。利用存储网络，可以把磁盘空间连接到服务器硬盘上，用户使用时感觉不到磁盘资源和在本地有什么区别。④应用虚拟化。把操作系统中的应用程序分离出来，让用户可以远程使用服务器上的应用资源，跟操作系统相对独立。

2 虚拟化平台概述

云计算的实现依赖于虚拟化平台，利用虚拟化平台软件，我们可以把传统的物理服务器、交换机等物理资源转化为虚拟资源，构建“资源池”，协调统一的管理数据中心。从国际市场占有率看，这一领域的提供商以VMware、Microsoft和Citrix为主流[4]，占据了x86平台的90%以上市场份额。其中又以VMware为主导，占据了系统虚拟化85%以上份额，旗下的vSphere平台是目前最先进的企业级服务器虚拟化解决方案。

2.1 VMware vSphere概述

VMware vSphere是VMware公司推出的虚拟化平台产品，在服务器虚拟化市场处于领导地位，也是当前最先进的企业级虚拟化平台。从2001年的ESX到现在最新的ESXi6.0版本，功能经过不断完善，已经可以实现搭建一整套的虚拟数据中心方案，获得了广大用户的认可。

2.2 VMware vSphere组件层架构

VMware vSphere[5]是VMware公司推出的虚拟化产品系列软件。它利用虚拟化功能将传统的物理服务器数据中心转换为简化的虚拟数据中心，且具有高度的灵活性。VMware vSphere 让物理数据中心的服务器、交换机等硬件变为虚拟架构， 成为大量的虚拟资源。

VMware vSphere 的组件层如图1所示。

①底层：主要有虚拟计算、虚拟存储和虚拟网络。也可以叫做基础设施服务，它是整个vSphere平台架构的基石，组件名为ESX/ESXi。②应用层：具体指对程序的应用，同时也包括了程序的安全性和可扩展性。③管理层：它是平台的数据管理中心。我们所有的操作都可以通过它来完成，包括增加删除虚拟机，资源的动态平衡，虚拟机迁移等，组件名为vCenter Server。④客户端：用于访问 VMware vSphere的数据中心，工具主要有 vSphere Client 或 Web Access（通过 Web 浏览器）等。

2.3 VMware vSphere的主要组件

①VMware ESX和VMware ESXi 。运行在物理机上的底层架构，它将CPU、内存、 磁盘、交换机等物理设备虚拟化为逻辑资源。②VMware vCenter Server。管理整个虚拟平台的控制中心，大部分操作都得通过登录它来完成。③VMware vSphere Client。客户端程序，通过它来登录vCenter Server或 ESXi主机，然后在程序界面中完成操作。④VMware vMotion。vMotion的功能是虚拟机的迁移，在迁移 同时保持用户的正常使用，但不迁移磁盘，这也是HA、DRS等高级功能部署的前提。vMotion迁移能在不关机的情况下将正在使用的虚拟机迁移到另一台虚拟机上，但无法迁移到另一个数据中心，而且存储无法移动。vMotion还有一个加强版，叫做 Storage vMotion。Storage vMotion迁移除了具有vMotion的功能外，还可以移动虚拟机的存储器。

3 数据中心虚拟化实施

3.1 硬件环境 ①服务器。学院训导楼数据中心共配备了4台物理服务器，表1是服务器配置说明。②物理网络。使用学院训导楼数据中心机房网络。

3.2 软件环境说明

3.3 实现原理 在曙光I840上安装域、DNS和证书服务，安装SQLServer 2012数据库。网络内所有计算机都加入域。在2台IBM上部署底层架构ESXi5.5，作为虚拟服务器主机，并创建一个独立网络vMotion。考虑到管理端配置要求不高，在配置较低的DELL服务器上安装vCenter server，通过管理网络内任意一台PC机使用VMware vSphere Client客户端程序登录vCenter server服务器对整个网络进行统一配置管理。

3.4 网络拓扑结构（图2）

3.5 安装部署

3.5.1 准备工作 ①配置域控制器。按拓扑配置IP，DNS配置127.0.0.1指向自己；更改计算机名为dc；插入光盘，添加角色，安装AD域服务和DNS；新建林，添加域名test.com；最后提升本机为域控制器。②把vCenter服务器和一台客户机（win7 64位）加入域，并按拓扑更改计算机名和IP地址。③安装数据库。在DC服务器上安装SQL Server 2012数据库。④配置DSN，连接数据库。在vCenter服务器上安装数据库管理工具，运行管理工具，使用域用户名dc.test.com登录。在ODBC数据源程序系统DSN中创建一个新数据源，取名vsphere-db，连接服务器DC，更改默认数据库为vsphere。配置完成测试成功。

3.5.2 环境要求 ESXi[6-7]是vSphere产品套件中最核心的部分。它负责将计算机的物力资源转化为逻辑资源，其他的组件都是建立在它之上的。这里笔者使用的是5.5版本。最低配置要求主机CPU至少具有两个内核；如果是AMD 平台的系统，处理器版本至少是Opteron Rev E；如果是Intel平台的系统，处理器必须支持Virtualization Technology（VT）技术，许多CPU虽然支持VT但默认都禁用，需要进BIOS手动启用；需要至少2GB内存，至少一个千兆或10GB以太网控制器；至少一个控制器。如果想知道自己的计算机硬件是否满足要求，可以登录VMware的官方网站查询。当然，上述要求只是最低配置要求，要想真正体验虚拟化，这样的配置是远远不够的。

VMware vCenter Server是vSphere产品套件中的重要组件，它负责对整个平台的各个组件进行集中管理，是整个vSphere虚拟化平台的中心。

vCenter[8-9]的安装要求：可以安装在一台物理机上，也可以安装在一台虚拟机上，按照拓扑这里笔者选择安装在物理机上。

硬件要求：两个64位cpu或一个64位双核CPU，CPU主频为2.0GHz或2.0GHz以上；内存4G，如果数据庫也装在同一台电脑上，则配置要求更高；4G存储空间；千兆网络。内存大小主要影响可控制的虚拟机台数，小清单（主机小于100 台或虚拟机小于1000台）内存至少要 1G，中等清单（主机 100～400台或虚拟机1000～4000台）内存至少要 2G，大清单（主机超过 400台或虚拟机超过4000台）内存至少要 3G。笔者准备创建的虚拟机不超过 100台，所以这次选择小清单。

软件要求：操作系统不支持32位，只能使用64位版本，如windows server 2008 R2；必须安装数据库，vCenter安装时自带Microsoft SQL Server 2008 R2 Express数据库，通常我们要事先准备好一台专用的数据库服务器，安装时把数据源链接到数据库服务器。vCenter支持的数据库有IBM DB2 9.5、IBM DB2 9.7、Microsoft SQL Server 2008 R2 Express、Microsoft SQL Server 2005/2008/2008 R2、Oracle 10g R2和Oracle 11g；必须安装Microsoft .net 3.5 SP1 Framework。如果要使用自带数据库，还必须安装Microsoft Windows Installer 4.5（MSI 4.5）。

3.5.3 部署流程 搭建环境准备好后就可以进行安装部署，按照以下流程依次进行安装：

安装ESXi5.5→安装vCenter及相关组件→安装vSphere Client客户端工具→创建虚拟机。

3.5.4 管理虚拟机 在PC机启动Client程序，输入vCenter Server服务器名和密码登录。右键新建虚拟机，然后根据需求配置操作系统版本、CPU、内存、网络、存储和SCSI控制器类型等参数，注意CPU核数不能超过物理机，网络适配器类型默认E1000。配置完成后启动虚拟机安装操作系统就可使用了。

3.5.5 管理网络 虚拟机的网络[10]通过配置虚拟交换机来实现，通过添加标准虚拟交换机和分布式虚拟交换机，与外部物理交换机相连接进行使用，同样是在vCenter管理平台进行操作。为了未来管理需要，添加了一个标准虚拟交换机用于配置vMotion虚拟机迁移网络，连接到第二块物理网卡。

4 结语

经过服务器虚拟化改造后，服务器的利用率从之前的不到10%增加到了70%左右，1个管理员就可以轻松管理维护，虚拟数据中心的建设也完成了最重要的基础搭建。随着校园信息化建设的推进，新设备也会逐渐增加，经过了虚拟化改造后，我们的设备已经不再是独立的资源，而是整合成一个“资源池”，新的设备加入，作为管理者只用在vCenter Server中对设备进行添加就可以进行管理。如果需要的服务器不够或利用率过低，我们也可以在vCenter Server中創建虚拟服务器或整合服务器来实现灵活管理，经过测试，我们的2台ESXi主机可以支撑近20台单路6核、4GB内存配置的虚拟机同时运行，整合比接近1：10。虚拟化技术还有许多资源可以挖掘，值得各学院的机房管理人员进行学习和探索。

参考文献：

[1]李乔，郑啸.云计算研究现状综述[J].计算机科学，2011，04：32-37.

[2]张耀祥.云计算和虚拟化技术[J].计算机安全，2011，05：80-82.

[3] David B. Henderson .VMware vSphere 5： building a virtual datacenter[J]. Computing reviews， 2013， 54（6）.

[4] 马博峰.VMware Ctrix和Microsoft虚拟化技术详解与应用实践[M].北京：机械工业出版社，2012，11.

[5]VMware.vSphere 5文档中心.http：//pubs.vmware.com/vsphere-50/index.jsp#com.vmware.vsphere.doc_50/GUID-553E2EBD-6D19-4873-98FD-265B3A92F1F0.html，2016.01.

[6]施庆. 基于VMware vSphere的高校数据中心虚拟化建设研究[D].复旦大学，2012.

[7]白晟，包锋.基于VMware构建的虚拟实验教学平台[J].河北省科学院学报，2016，01：14-17.

[8]李永亮，郑晨溪. 基于VMware vSphere应用的虚拟化技术[J].科技展望，2015，27：18.

[9]叶建辉.服务器虚拟化技术在高校数据中心的应用探究[J]. 赤峰学院学报（自然科学版），2016，05：30-31.

[10]柳华.服务器虚拟化在高校网络中的应用[J]. 科技创新与生产力，2016，04：87-88.