虚拟化在电力企业数据中心的建设与应用

第一章绪论

1.1电力企业数据中心应用虚拟技术的目的和意义

1.1.1数据中心应用虚拟技术的目的

通过对虚拟化技术的学习和对电力企业数据中心现状进行分析，对传统的电力企业数据中心存在的问题进行总结，阐述了对电力企业数据中心应用虚拟化技术的必要性，并给出了相应的解决方案，利用Vmware软件实现了对电力企业数据中心的资源整合，最终实现了对资源动态分配，提高了业务服务的可靠性，可对服务资源进行统一管理，降低了管理人员工作难度，提高管理效率，节省了长期的投入成本。

1.1.2虚拟技术应用于数据中心的意义

国家正在进行节约型社会建设，电力企业的资源也是国家资源的一部分，建设节约型校园既可以满足电力企业自身的发展要求，也履行了对社会的责任。

通过对虚拟化技术的研究，改变了建设传统电力企业数据中心的方法，提出了建设新电力企业数据中心的思路，提高了数据中心的工作效率，简化了管理，降低了成本，从而能满足数字化校园建设下对电力企业数据中心的新需求。

电力企业数据中心的虚拟化不但实现了对资源的有效管理，同时也为在云时代来

临，对企业云建设打下了基础。

第二章电力企业数据中心与虚拟化技术

2.1数据中心发展过程

如今，数据中心建设己经形成了规范的方案，具有被认可的设计标准。同时，关于数据中心的运行指标也被提出来。目前，提倡绿色、节能、基础设施共享、环保概念的面向服务的数据中心受到人们的广泛关注，集中计算、云计算、soa、虚拟化等一批新技术正在数据中心开展应用研究。

2.2数据中心发展方向

信息化发展是要以数据中心为基础的，数据中心有一套完整的设施，除了计算机、通信和存储，还包含了通信连接、环境监控、视频监控和安全设备。对数据中心的评价，涉及很多因素，因此我们可以从很多方面的对数据中心进行研究和改进。国内外都己经充分认识到数据中心的重要性，而中国的数据中心建设虽然起步晚，可是发展很快，某些大型的互联网和电力企业的数据中心的建设的理念、水评和运营都己达到一流水平，但总体上看还是稍差一些。

2.3虚拟化技术

在计算机研究中，虚拟技术是对现有资源进行组合或则分区，对其进行虚拟化的一种管理技术。虚拟技术的本质就是对资源管理的技术，通过加入一个虚拟化层面，将底层的实体资源抽象转化成另一种表现形式，通过向上层提供一个与其原本运行环境相一致的接口，使原本的软件可以正常运行在这个接口环境下。

它通过将计算机的物理资源（cpu、内存、存储、网络等）从底层进行抽象，转变为逻辑上的资源，同时，屏蔽了实际网络的架构，对其上的不同网络的数据包交换转发进行了有效隔离，打破了原本实体资源互相独立的壁垒，对用户提供对旧有资源优化配置访问。

第三章电力企业数据中心虚拟化设计

3.1总体设计框架

根据虚拟化理论和电力企业数据中心的实际情况，主要从服务器、网络和存储三个方面进行虚拟化，以服务器虚拟化为主，通过网络虚拟和对存储设备的虚拟连，完成对电力企业数据中心的资源提供架构的改变，其总体框架如图3.1所示

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3.1电力企业数据中心虛拟化框架

 

3.2服务器虚拟化部署

服务器虚拟化就是通过虚拟化技术，能够对服务器资源进行模拟，区分，确定其使用的优先顺序，并随时能将虚拟的服务器资源提供给当前最需要使用的工作中去，减少为了满足某些工作负载的峰值而保留资源的做法，将物理硬件和业务所使用的系统分离，让多个面向不同业务的不同操作系统的虚拟机可以同时运行在同一台物理服务器上，达到充分的使用物理硬件性能，简化管理提高工作效率的目的。

3.3服务器虚拟化技术

当前主要使用的服务器虚拟化技术主要有四种，分别是硬件分区、完全虚拟化、逻辑分区及操作系统级虚拟化四种技术。

1）硬件分区技术

硬件分区技术也被称为物理分区技术，其实现方法是对物理服务器的硬件资源进行区域划分，不同区域都拥有各自独立的硬件资源，区域之间相互独立，不同区域安装各自独立的操作系统，单独某个区域出现问题的时候，不会影响其他区域，所以系统独立性较强，可靠性较高。相反，由于在底层就完成了对硬件资源的分区划分，就不能再对硬件资源进行划分，这就导致了硬件分区技术的灵活性较差。

2）完全虚拟化技术

完全虚拟化也被称为虚拟机技术，其实现方法是在硬件底层和Vm之间建立一个抽象层HyperVisor，通过hyperVisor来捕获cpu发出的指令，对硬件设备进行模拟，从而实现对硬件资源进行分区，操作系统可以完全的实现对底层硬件的调用，并安装在Vm上，通过hyperVisor来管理各个虚拟服务器，使用者完全感觉不到是运行在虚拟机上，同时，运行在物理机上的服务可以实时的迁移到虚拟机上，灵活性很高，缺点是hyperVisor会带来一些额外的开销。

VmwareVsphere就是采用的此技术，VMwareESXSerVer就是起到hyperVisor的作用，我们称为虚拟机监视器。

3）逻辑分区技术

逻辑分区技术也被称为准虚拟机技术，其实现的方法是对操作系统的内核进行修改，使其能够与hyperVisor层协同工作，系统会认为自己是工作在虚拟机环境上，其指令会由操作系统直接发出，并执行返回，其反应能力会得到提高，性能开销下降。可是由于需修改操作系统内核，其对操作系统的兼容性较差。

第四章网络虚拟化部署

4.1网络虚拟化部署

为了配合服务器虚拟化，就必须提供网络访问与隔离，VMwareVSphere本身具有用来提供虚拟网络访问的一组元素。我们称为VNetwork，VNetwork元素可以让处在不同ESXi服务器上虚拟机像连接在一个实际存在的物理交换机上一样，实现网络互连和网络通信。进而实现网络的虚拟化。

VNetwork包含以下几个元素，虚拟网络接口卡（VNIC)、交换端口组(portgroup)、虚拟分布交换机（Vds)和虚拟交换机（Vswitch)。

根据电力企业数据中心物理网络交换的实际情况来进行部署网络虚拟化，通过将虚拟机通过虚拟网络交换与物理网络相连，最终实现不同虚拟机之间的通信以及与其他物理服务器的通信。

4.2网络虚拟化交换机体系架构

在旧有的数据中心的网络中，每个服务器都通过线路连接到交换机上，服务器与网络连接设置就是在这个交换机和其端口上。而在VSphere网络中提供了二种网络连接体系架构，来实现虚拟网络交换功能。分别是标准交换机体系和分布式交换机体系。其中标准交换机是用于主机级别来提供虚拟机和主机网络连接的，而分布式交换机是用数据中心级别来提供虚拟机和主机网络的连接设置的。这样就可以对网络进行集中配置，从而简化对数据中心的管理配置。方便了对ESX主机的虚拟网络设置。

VSphere里的标准交换机的所有组件都是在物理主机上进行配置的，每台主机都具有各自的标准虚拟交换机，不能复用，每台物理主机最多可创建多达127台虚拟交换机。标准虚拟交换机实际上类似一个二层物理交换机，负责维护端口转发表，进行帧转发，实现网络虚拟化的功能。

标准虚拟交换机通过其的上联线路将虚拟机与物理机的网络适配器连接，并与外部相连。上联线路可以连接多个网络适配器，进行网卡绑定和负载均衡，这样当某个适配器出现故障的时候，可以自动切换保障网络的畅通。由于标准虚拟交换机必须在各个主机上进行设置，所以涉及的Vlan，.策略等都需要在主机上进行设置，当需要进行某项修改，就必须在每各主机上进行修改，所以一般用来设定管理和迁移用，而不用来设定服务Vlan和策略。

第五章存储虚拟化部署

本次电力企业数据中心存储虚拟化的主要目的就是通过主机与存储之间的虚拟层来实现对数据的存储服务，改变以往前台物理主机对后台存储服务器的依赖性，从而提高对存储资源的利用率，实现数据的无缝迁移等。同时，通过使用VMwareVSphere虚拟化技术可以对虚拟存储架构进行更好的管理，提高对存储资源的利用率和使用存储资源的灵活性。

5.1存储虚拟化实现要点

数据存储虚拟化在实现的时候，要特别考虑以下重点

(1) 数据的安全和数据的一致性

数据中心当前数据大多是共享的，那么如何保证共享数据的安全和一致是十分重要的，具体涉及到数据的分配，存储网络的设定划分，以及lun的设定。

在分配存储的时候，我们首先要了解什么样的数据需要保存在存储设备或则存储池中，根据这些需求来划分存储池，要保证多个应用的数据存储能在共享的基础上保证高性能。

(2)不同平台的支持性

电力企业使用的服务器品牌多种多样，有hp、联想、浪潮等，安装的操作系统主要分为linux、windows等，目前存储使用的是hp，未来采用却不一定是hp，而且，即使同一品牌的，不同型号也可能有差别，所以在用虚拟技术进行存储整合，要充分考虑对系统平台和存储平台的支持。

(3) 结构设计上的高可用性

对存储进行整合后，数据进行集中管理，风险也相对变得更高，因此，在对其架构的设计上，要避免出现单点故障。存储需要冗余，虚拟化设备和连接链路也要冗余，同时，利用存储或则虚拟化的数据镜像功能来实现数据的备份拷贝。

(4) 对存储集中化，标准化

对存储虚拟化进行设计的时候，要保证能具有一个标准化的管理接口，能第所需的存储设备进行集中化管理，来确保使用和扩展的便利，和数据一致性与安全。

5.2实现存储虚拟化具体方法

通过对电力企业数据中心存储设备进行虚拟化，可以有效的解决存储空间利用率过低的问题，又可以很方便的对其将来进行扩容。目前电力企业基本上采用的是开放式的系统和外挂存储，因此，髙校存储虚拟化主要

Nas主要是通过网络交换机来连接服务器和存储，建立数据存储的存储网络。Nas是主要采用tcpip协议来进行网络交换，不论是什么厂商的厂品只要能满足tcpip协议就可以实现互联互通，通过标准的网络拓扑连接，无需考虑兼容性。特别是网络交换性能的大幅度提升，和Vlan虚拟网、Trunk通道等技术广泛使用，使网络接入存储虚拟化的性能得到了改善，Nas得到了更加广泛的应用。

其次，Nas在解决足够的存储和扩展空间的同时，还具有极高的性价比。因此，Nas成为很多人的选择。

每个应用对应一个存储器，这不但使得数据处理变得复杂，而且随着应用数目的增加，网络的传输效率也会变得低下，可是将存储单独分离出来后，利用存储网络来对存4进行集中管理，这样既实现了对数据的统一管理，也实现了逻辑上统一，未来的扩展也变得十分容易，整个存储网络也更容易实现容错和避免单点故障。因此，NAS和FC-SAN最适合电力企业数据中心进行存储虚拟化的部署。

5.3存储虚拟化实施过程

在本次存储虚拟化中，每个ESX主机都安装了双接口的HBA卡，通过光纤与二台存储光纤交换机相连，存储的二个控制器分别接在二个存储交换机上，存储交换机将对应的端口与存储上联的端口设为同一个zone,然后我们就可以开始对存储进行登录设置，以P6350为例来设置和主机相连和存储区域。

第六章总结和展望

6.1展望

本文对电力企业数据中心虚拟化实现进行了设计，但需要改进的方面很多有些地方设计的不够缜密，需要对今后的工作作出更深入的研究

(1) 虚拟化的安全防护的研究

(2) 虚拟化与其他设备联动，实现对数据流量和用户接入的有效验证的研究

(3) 办公电脑桌面虚拟化的研究

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