1 項目現(xiàn)狀
焦家金礦是山東黃金集團數(shù)字化礦山建設示范單位擁有礦網(wǎng)站、綜合自動化集成平臺、安全管理、能源計量、人機定位、GIS、人力等20多個操作系統(tǒng)近30臺服務器，服務器資源不斷增長對IT部門維護的要求越來越高，對數(shù)據(jù)處理能力要求越來越高。若購買更多新服務器，運行更多操作系統(tǒng)，不僅增加采購成本和運作成本，還會帶來機房空間、供電和冷卻的開支。同時由于受操作系統(tǒng)版本不同、軟件開發(fā)平臺不同、應用不同、不同公司開發(fā)、相互之間協(xié)調(diào)、兼容等因素制約，IT人員只能考慮已經(jīng)部署和將來新增加的應用系統(tǒng)都需要單獨配置服務器，導致服務器數(shù)量的增加。
2 現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題
圖1 現(xiàn)有系統(tǒng)拓撲圖
1）服務器的利用率低。一臺服務器一個操作系統(tǒng)，CPU、內(nèi)存、硬盤空間的資源利用率不超過10%，大量的系統(tǒng)資源被閑置，沒有充分發(fā)揮硬件平臺的資源效率
2）耗電量大。服務器數(shù)量的不斷增加，耗電量大，用電成本支出很大。
3）可管理性差。幾乎每個應用服務器都是單機作業(yè)，一旦服務器出問題，相對應的業(yè)務也將中斷。系統(tǒng)維護、升級和擴容時需要停機進行。
4）兼容性差。軟件系統(tǒng)和應用遷移一直存在老代碼有時候很難移植到新的硬件平臺上的問題。而各種資源數(shù)據(jù)庫開發(fā)公司不同，運行的軟硬平臺不能保證一定兼容。
5）服務器和存儲購置成本高，維護成本遞增。
因此，實現(xiàn)重點業(yè)務提高資源利用率和運行效率，降低非關(guān)鍵業(yè)務系統(tǒng)的資源占用比率，有效管理和節(jié)約資源及能耗，形成綜合系統(tǒng)資源的集中管理和調(diào)度，依照準確的、被量化的業(yè)務應用資源占用情況與部署資源總量的需求發(fā)展比率來進行投資決策調(diào)控，深化已有投資效益縮減固定資產(chǎn)投入，成為IT部門目前和未來相當長時間內(nèi)的總體發(fā)展規(guī)劃。
3 VMware虛擬化方案設計
針對系統(tǒng)存在的各種問題，經(jīng)過分析和調(diào)研，采用虛擬化技術(shù)來進行服務器資源的整合是一條捷徑。
3.1 服務器虛擬化介紹
服務器的虛擬化就是在一個物理服務器上獨立并行運行具有不同操作系統(tǒng)的虛擬機，而每個虛擬機都獨立擁有一套虛擬硬件(例如RAM, CPU、網(wǎng)卡等)，進一步說，虛擬化對傳統(tǒng)的實體機向言，有三個方面突破了傳統(tǒng)的模式:
1)它是一個抽象層，它將物理硬件與操作系統(tǒng)分開，從向提供更高的IT資源利用率和靈活性。
2)虛擬化允許具有不同操作系統(tǒng)的多個虛擬機在同一實體機上獨立并行運行。每個虛擬機都有自己的一套虛擬硬件(例如RAM, CPU、網(wǎng)卡等)，可以在這此硬件中加載操作系統(tǒng)和應用程序。無論實際采用了什么物理硬件組件，操作系統(tǒng)都將它們視為一組一致標準化的硬件。
3)虛擬機封裝在文件中，因此可以快速對其進行保存、復制和部署�？稍趲酌腌妰�(nèi)將整個系統(tǒng)(完全配置的應用程序、操作系統(tǒng)、BIOS和虛擬硬件)從一臺物理服務器移至另-臺物理服務器，以實現(xiàn)零停機維護和連續(xù)的工作負載整合。
3.2具體方案設計
圖2 VMware虛擬化方案拓撲圖
根據(jù)焦家金礦的實際情況，每臺服務器上都安裝配置VMware第五代虛擬架構(gòu)套件-vSphere企業(yè)版軟件，將這些物理機器的硬件資源整合成一個大的資源池，并根據(jù)系統(tǒng)的需要建立虛擬機，從而大大提高資源利用率，降低成本，保護了投資，增強了系統(tǒng)和應用的可用性，提高系統(tǒng)的靈活性和快速響應，完美的實現(xiàn)了服務器虛擬架構(gòu)的搭建。
3.2.1 系統(tǒng)的高可用性及容災設計
當某1臺服務器發(fā)生故障時，此服務器運行的虛擬機可方便的自動在線遷移到其他的物理服務器上，對所有的應用實現(xiàn)了高可用性，通過零宕機維護提高服務級別，而且服務器之間不需要完全一致的重復硬件，比傳統(tǒng)的集群有更高的成本優(yōu)勢，同時易于使用和操作。
3.2.2 SAN存儲的設計
IBM DS3512存儲利舊， 增加6塊3.5.in 15000rpmSAS磁盤，做成Raid5+hotspare以增加數(shù)據(jù)的可靠性、安全性，提高數(shù)據(jù)存取速度，提高IOPS，增加2塊4端口8Gb FC擴展子卡，與光纖存儲交換機互聯(lián)組成SAN存儲架構(gòu)，同時配置2臺光纖存儲交換機，與存儲雙控制器連接，形成冗余的光纖線路，組成標準的共享集中存儲SAN架構(gòu)。同時，利舊另一臺IBM DS 3400存儲，作為主存儲的備份，利用Vmware的VDP功能，可以把虛機備份到IBM DS 3400備份存儲上，利用重復數(shù)據(jù)消除功能減少磁盤使用空間，而且，萬一當主存儲宕掉后，備份存儲還可以暫時替代主存儲，防止了業(yè)務長時間的中斷，可以快速將數(shù)據(jù)恢復到應用中的業(yè)務。
3.2.3 虛擬化服務器的設計
為了集中管理和監(jiān)控虛擬機、實現(xiàn)自動化以及簡化資源調(diào)配，利用一臺舊有IBM X3650M3服務器安裝Window系統(tǒng)，用于安裝vSphere套件中的VCenter Server軟件，對ESXi物理服務器及其上的虛擬服務器進行統(tǒng)一的管理，大大節(jié)省了成本，保護了原有的投資，由于虛擬化后還有閑置的IBM X3650M3，還可以用一臺IBM X3650M3服務器作為VCenter管理服務器的冷備份。也可以把虛擬化管理服務器作為虛機，不需要額外占用物理服務器的資源。
把4臺配置有2顆物理CPU的IBM 3650M3服務器作為虛擬化的主機，同時把另外兩臺單CPU的IBM 3650M3服務器合并為一臺雙物理CPU的虛擬化的主機，把其中一臺的內(nèi)存條移除16G，放到其中一臺只有16G內(nèi)存的IBM 3650M3服務器上，充分利用資源，節(jié)省投資。
另外每臺服務器增加一塊雙千兆網(wǎng)口網(wǎng)卡，在第一、二塊以太網(wǎng)卡上創(chuàng)建虛擬交換機vSwitch1，連接到物理交換機的內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng)的虛擬機，用于該應用服務器網(wǎng)段上面的虛擬機使用，使用2塊以太網(wǎng)卡的目的是為內(nèi)部應用服務器的大網(wǎng)絡流量進行容錯和負載平衡；在第三、四塊以太網(wǎng)卡上創(chuàng)建虛擬交換機vSwitch2，連接到物理交換機的Vmotion網(wǎng)絡，用于VSphere5.1之間進行虛擬機遷移的網(wǎng)絡通信。
3.2.4 現(xiàn)有運行中的物理機向虛擬化的遷移設計
使用VMware vCenter Converter可以實現(xiàn)P2V（物理機在線或離線遷移到虛擬機），針對正在運行的近30臺服務器，可以快速而可靠地將本地和遠程物理機轉(zhuǎn)換為虛擬機，而不會造成任何中斷或停機。
3.2.5 新的應用的部署
如果有新的應用增加，只需要在現(xiàn)有的虛擬化環(huán)境中添加新的虛擬機即可，通過模板部署新的應用，縮短新應用或業(yè)務上線的準備時間，提高工作效率。
4 未來規(guī)劃
利用2臺IBM X3650M3服務器安裝SSD加速卡，對為辦公系統(tǒng)和工業(yè)網(wǎng)系統(tǒng)的應用加速，顯著地提升吞吐量和應用程序的性能，服務器應用的可以提升7到20倍，（經(jīng)過第三方測試過），使同一臺物理服務器上面的虛機數(shù)量增加10多倍，節(jié)約購買服務器的成本 。
目前基于容災的設計是以業(yè)務連續(xù)性為目標的，VMware平臺上的應用都是包含操作系統(tǒng)整體，并且是以文件形式存在且脫離具體硬件的，所以容災的設計和實現(xiàn)可以方便的部署異地虛擬化容災，做到應用的容災，在災難情況下，遠程備份系統(tǒng)迅速接管業(yè)務運行。
圖3 VMware虛擬化未來規(guī)劃
5 系統(tǒng)的研究和應用效果
1）大大降低TCO：通過服務器整合優(yōu)化，控制和減少物理服務器的數(shù)量，明顯提高每個物理服務器及其CPU的資源利用率，從而降低硬件成本；降低運營和維護成本，包括數(shù)據(jù)中心空間、機柜、網(wǎng)線，耗電量，冷氣空調(diào)和人力成本等；電費支出按照1元/度，經(jīng)過計算：部署VMware服務器虛擬化方案前，數(shù)據(jù)中心服務器直接電力和冷卻電力消耗費用為21萬元/年，部署VMware虛擬化方案之后，數(shù)據(jù)中心服務器直接電力和冷卻電力消耗費用為6萬元/年。
2）提高運營效率：加快新服務器和應用的部署，降低服務器重建和應用加載時間；主動地提前規(guī)劃資源增長，對客戶和應用的需求響應快速；可以進行快速的硬件維護和升級。不再出現(xiàn)單點故障，確保應用24小時不間斷的運轉(zhuǎn)。
3）提高服務水平：幫助企業(yè)建立業(yè)務和IT資源之間的關(guān)系，使IT和業(yè)務優(yōu)先級對應；將所有服務器作為大的資源統(tǒng)一進行管理，并按需進行資源調(diào)配。
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