虚拟化数据中心的实践和展望

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1、虚拟化数据中心的实践和展望内容提要：随着税务数据中心建设的不断深入，各类业务数据的处理、存储和应用等工作需要越来越多的高性能计算、存储和网络设备，大量IT 设备的使用、管理和运行已经逐渐成为税收业务技术支撑平台的重要环节。与此同时，以虚拟化技术为代表的新技术应用为数据中心的建设提供了强大的推动力。近年来，浙江国税在虚拟化数据中心建设方面作了一些实践和探索，取得了一些有益的经验。此外，本文还对虚拟化数据中心未来的发展方向进行了展望。 关键词：虚拟化 实践 展望 随着税务数据中心建设的不断深入，各类业务数据的处理、存储和应用等工作需要越来越多的高性能计算、存储和网络设备，大量IT 设备的使用、管理

2、和运行已经逐渐成为税收业务技术支撑平台的重要环节。与此同时，以虚拟化技术为代表的新技术应用为数据中心的建设提供了强大的推动力。近年来，浙江国税在虚拟化数据中心建设方面作了一些实践和探索，取得了一些有益的经验。此外，本文还对虚拟化数据中心未来的发展方向进行了展望。 一、虚拟化数据中心的概念和特征 （一）虚拟化数据中心的概念 虚拟化数据中心是指运用各类虚拟化技术来建设与业务发展相适应的信息化基础设施。数据中心的虚拟化技术是指通过映射或抽象的方式屏蔽物理资源的复杂性，将计算、存储和网络等基础资源整合起来，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业务应用，从而简化数据中心基础设施的管理

3、，增加数据中心资源的利用率，降低数据中心运营的能耗和成本。 （二）虚拟化数据中心的特征 虚拟化数据中心主要包含三大特征： 1、服务器虚拟化 服务器虚拟化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。在新型数据中心存在着数以百计的服务器，这会导致CPU资源的极大浪费。因此，使用VMware，Hyper-V和Xen

4、Server等虚拟化技术，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，数据中心即可为该业务动态分配一台或多台虚拟机。 2、存储虚拟化 存储虚拟化是将物理存储虚拟化成逻辑存储，使用者只访问逻辑存储，从而实现对分散的、不同品牌、不同级别的存储系统的整合。节约了大量的资金投入，简化了对存储的管理。同时，采用分级存储，根据数据的访问频率、保留时间、容量、性能要求等因素，将其存放在不同级别的存储设备中，整合一些闲散的、成本较低的存储资源用来存放访问频率较低的数据和信息，而成本高、速度快的设备，用来存储经常访问的重要数据和信息。可见，通过整合存储系统，能够有效提高存储容量的利用率，可以根据性能差

5、别对存储资源进行区分和利用。对用户屏蔽存储设备的物理差异，实现了数据在网络共享的一致性，并简化了管理，降低了存储成本。 3、网络虚拟化 网络虚拟化是使用基于软件的从物理网络元素中分离网络流量的一种方式。随着服务器虚拟化的实现，网络边缘或接入层自动扩展到服务器领域。虚拟服务器之间及虚拟服务器与外部的数据交换要求在服务器内部能虚拟出相应的交换机和网卡。虚拟交换机在主机内部提供了多个网卡的互联及为不同的网卡流量设定不同的VLAN标签功能，使得主机内部如同存在一台交换机，可以方便地将不同的网卡连接到不同的端口。虚拟网卡是在一个物理网卡上虚拟出多个逻辑独立的网卡，使得每个虚拟网卡具有独立的MAC地址，同

6、时还可以在虚拟网卡之间实现一定的流量调度策略。 数据中心虚拟化是服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化的综合展现，从这个意义上来讲，虚拟化必将渗透到数据中心基础设施的每个角落，并且带来数据中心运营成本的大量节约，以及数据中心管理模式的彻底变革。 二、 我省虚拟化数据中心的建设实践 （一）虚拟化数据中心的建设背景 随着税务信息化的快速发展，各类应用系统越来越多，相配套的硬件资源呈几何级增长。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，每增加一个新应用，就需要采购新的服务器和相配套的网络存储资源、安装系统、部署应用，因此硬件资源数量急剧增加，而相应的存放空间、能源消耗和维护人员

7、成本也随之增加。 以我省为例，省局数据中心在应用虚拟化技术之前，各类PC服务器及存储设备的保有量超过百台，硬件设备购买批次各异，也缺乏完备的备份环境。这些硬件设备承载了近50个不同规模省级应用系统的运行，且各应用系统相对独立。数据中心的运行主要存在着硬件老化、资源浪费、应用离散、能耗巨大等诸多突出问题。近些年，随着虚拟化技术的不断成熟，其在数据中心建设中的广泛应用也成为了大家的共识。在这一背景下，有效利用虚拟化技术整合信息化资源是我局数据中心建设的首要任务，也是我局建设虚拟化数据中心的动因。我局建设虚拟化数据中心的主要目的就是利用虚拟化技术整合数据中心的硬件资源，提高硬件资源利用率，提升关键应

8、用的业务连续性，加强基础设施的运维管理，以适应税务信息化快速发展的需求。 （二）虚拟化数据中心的具体做法 1、部署数据中心计算资源池 省局数据中心计算资源池由15台高性能（4路4-6核CPU和64G内存）的机架式服务器和部分旧服务器组成，安装了最新的VMware Esxi 5虚拟化软件，通过VMware vCenter Client对所有的物理服务器进行统一管理。根据应用的不同类别，建立了多个应用群集，所有的虚拟服务器形成一个可统一分配的计算资源池，足以支持上百台虚拟机的运行和备份需求。 我们通过VMware的P2V技术，将物理服务器中运行的数十个应用系统，包括综合办公、税库银等大型应用关键业

9、务系统全部迁移到虚拟化平台上。同时，还将新上线的系统，包括车购税电子档案、内网站群等应用直接部署在虚拟机上，形成了目前近90台虚拟机的运行规模。此外，我们还采用了VMware VDR备份软件对应用虚拟机进行全盘备份，并对虚拟机、WEB应用、数据库等应用建立实时监控及故障短信报警机制，确保省局数据中心计算资源池的安全性和可靠性。 2、配备数据中心存储资源池 省局数据中心的存储资源主要包括EMC、HDS等高端存储和服务器本地存储等。我们基于存储虚拟化技术将这些存储资源统一管理，依据不同的业务类型和技术指标，建立分级的存储资源池。由FC、SAS盘组成的高端存储池用于日常业务系统的运行，由本地硬盘组成

10、的存储池用于数据量大但读写要求不高的数据备份，充分利用各类存储资源。 目前，建立数据中心一般有全FC（光纤）方式和FC、IP混合方式。全FC方式下，所有服务器到数据中心都使用光纤连接，传输速度高达4Gb/s，但成本偏高。省局数据中心现有的15台服务器都通过FC模式连接到存储资源池，以确保日常业务系统的高效运行。而在FC、IP混合方式下，服务器通过网线连接存储资源池，传输速度较慢，但成本较低。考虑到省局目前还有众多未配置HBA卡的旧服务器，如果维护得当还可以正常运行，这些服务器通过IP SAN模式连接存储，可以充分发挥这些服务器的计算能力，弥补数据中心计算能力的不足，同时也能克服旧服务器脱保运行

11、的单点故障问题。在今后的数据中心建设中，我们将采用FC、IP混合方式来构建存储资源池。 此外，存储设备中的LUN概念可以近似的理解为单机上的分区，建立合理的LUN大小和数量对存储的性能和方便的管理相当重要。我们经过大量的专项测试，在存储资源池中针对服务器及业务特点分别建立LUN，为每个LUN分别指定主备控及存储读取路径和备用路径，这样可以大幅提升虚拟机运行性能，同时也不会因为LUN过多而增加管理的难度。 3、构建数据中心网络资源池 数据中心计算资源的集中，使得同一台物理主机上需要承载数十倍的IO吞吐量，对于主机网卡和网络压力大大增加。通过VMware网络的Teaming技术，可以把多个物理网卡

12、聚合在一起，提高单个服务器实际吞吐能力，同时大大增加网络资源池的冗余度，避免网络单点故障的发生。 FC方式下，服务器通过HBA卡连接数据中心，不会对网卡造成额外负担。但在IP方式下，应用环境和存储环境的连接均通过以太网实现，需要对网卡进行功能划分，以确保数据流的独立性。为此建立了独立的存储资源子网，将数据中心的ISCSI端口和服务器的对应网卡划分在同一网段中，通过独立的千兆以太交换机连接，专门用于存储资源池的访问。考虑到服务器间网卡的连通性及服务器集群的要求，将流量控制等管理功能加载在提供应用的网卡上。同时，在服务器上安装VMware虚拟交换机，充分利用VMware的分布式虚拟交换机（DVS）

13、，为虚拟机提供高性能网络功能。 （三）虚拟化数据中心的应用效果 在构建虚拟化数据中心后，我局对数据中心的性能进行了测试。在业务系统正常运行的情况下，平均CPU占用率从5%以下上升到30%左右，平均带宽占用率从50%左右上升到80%左右，对数据中心进行大容量的读写，在FC下平均达到110-120MB/S，在ISCSI下平均达到60MB/S，平均延迟在2MS以下，完全能满足业务系统的要求。 同时，通过新型数据中心建设带来的优势主要体现在： 1、减少了硬件设备的采购需求 在建立虚拟化数据中心以前，省局运行的PC服务器上百台之多，维护难度很大，新上系统也不断新增配套设备。通过数据中心的虚拟化应用，以虚

14、拟机替代老旧服务器，并在新项目实施时直接使用虚拟机，大幅度减少了服务器及相关设备的采购数量，从而节约了硬件开支。15台虚拟化主机共运行虚拟机59个，覆盖网站群系统、综合办公信息系统、税库银前置系统、身份信息核查系统等共27个信息系统，共节约PC服务器51台。同时，存储虚拟化的实现，整合了分散的存储阵列和异构存储环境，大大减少了存储碎片的产生，从而提高了存储空间的利用率和信息交流的灵活性。 2、增强了应用系统的稳定运行 在建立虚拟化数据中心以前，省局的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。通过数据中心的虚拟化应用，有效利用动态迁移技术，

15、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。 3、缩短了核心数据的恢复时间 在建立虚拟化数据中心以前，由于缺乏有效的主机级备份手段，服务器崩溃宕机后的恢复时间至少需要8小时以上，而且很可能会丢失部分数据。通过数据中心的虚拟化应用，应用系统在服务器间的迁移可以在几分钟内完成；结合集群技术，服务器宕机后应用系统的恢复可以控制在半小时以内；结合虚拟机备份技术，使应用系统数据更加安全，数据恢复的周期可以大大缩短 4、加快了应用系统的部署效率 在建立虚拟化数据中心以前，过去部署系统前每次都需要准备相应的硬件资源和安装操作系统，准备工作不可能在短时间内完成。通过数据中心的虚拟化应用，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，管理人员可以根据实际需求快速定制新系统，并将应用部署到指定的服务器计算节点上，大大缩短了业务系统的部署时间。 5、降低了数据中心的整体能耗 在建立虚拟化数据中心以前，一台PC服务器的额定功率为500W，众多服务器的能耗物理叠加，资源浪费严重。通过数据中心的虚拟化应用，从原来的百余台服务器缩减到二十