VMware虛擬化服務器的構建方法與展望

張 超

（民航西北電子技術開發公司，陜西 西安 710065）

0 引言

服務器虛擬化整合、集群概念始于上個世紀 90年代末期，它有助于梳理企業內部日益龐大繁雜的 IT工作環境，是全球信息技術發展的新趨勢。它可以使企業有效地利用IT資源、人力資源、機房空間，同時可以增強數據的安全性、方便管理和減少運營成本，也便于將來的靈活擴展。

隨著企業信息化快速發展，園區網的硬件數量逐年增加，實施應用范圍不斷擴大，在擴大的同時使得管理效率和成本相應提高，傳統的單機管理模式已經很難適應現有的集群環境。如何有效管理和使用近百臺的同構或異構集群，使之發揮最大功效是目前應用服務器領域的一個研究熱點，服務器虛擬化就是其中廣為應用的有效新技術之一。

所謂服務器虛擬化就是多個操作系統在同一時間運行在同一臺主機上的技術。它將傳統服務器應用程序環境封裝成可移動的檔案文件，利用這種特性可以將不同操作系統的應用服務同時提供給用戶，也能方便地實現對舊系統應用程序的支持，增強數據的安全性，延長軟件的生命周期，提高對服務器的利用率，降低系統總成本，并針對應用和訪問量進行靈活部署，非常適用于企業信息化建設與發展[1]。

1 虛擬服務器配置構想

如圖1所示，在VMware軟件的服務器上可同時啟動多臺虛擬服務器，實現多臺虛擬機操作系統之間相互切換。利用某臺服務器的部分內存、硬盤資源可構建成 “獨立” 的虛擬服務器平臺，而這些“獨立”的虛擬計算機擁有各自的CMOS、硬盤、軟驅、光驅、網卡、顯卡等硬件，不僅在每一臺虛擬的計算機中可以安裝當前各種流行的操作系統和應用軟件，而且還可以像對待新的服務器那樣對其進行分區、格式化等操作，并對原有的硬件都不會產生任何不良影響。Vmware Workstation對硬件的要求并不高，因此公司采用IBM X系列的硬件平臺來搭建虛擬應用系統服務器，完全可實現一臺硬件服務器提供多應用系統平臺。

圖1 同一平臺上的多個虛擬服務器

創建虛擬服務器就是創建一個擴展名為“vmx”的虛擬機配置文件。一般通過選擇“自定義” 選項，系統會自行調整虛擬服務器的物理內存大小和硬盤空間，也可以手工再分配物理內存和磁盤空間。Vmware Workstation所建立的硬盤是虛擬硬盤，是在主機硬盤上建立了一個特殊的文件，因此它的最大特點是：在VMware中如何對硬盤進行分區甚至低級格式化都不會影響主機的硬盤分區。而且為了保證系統的兼容性和穩定性，VMware把大部分的硬件設備都虛擬成最標準、兼容性最好的虛擬設備，不需要安裝驅動程序。

新創建的Windows 2003 Advanced Server虛擬服務器，如圖2所示。只是一臺用來安裝操作系統的裸機，就像剛下生產線的新設備一樣。在圖右邊窗口中顯示了虛擬服務器的硬件設備，如內存(Memory)、硬盤(Hard Disk 1)、虛擬光驅(CD-R0M)、軟驅（Floppy)、網卡(NIC)等。創建好虛擬機后當Vmware Workstation程序啟動時虛擬服務器會從光盤中引導需要的操作系統，因此接下來的安裝操作就在普通計算機上安裝操作系統完全一樣，這里不再贅述。

1.1 VMware虛擬服務器的創建方式

圖 2 VMware虛擬機創建系統界面

1.2 VMware虛擬機網絡連接方式

VMware虛擬機軟件提供了三種網絡工作模式。

（1）橋接模式（bridged）

在橋接模式下，需要手工為虛擬系統配置IP地址、子網掩碼，而且還要和宿主機器處于同一網段，這樣虛擬系統才能和宿主機器進行通信。同時，由于這個虛擬系統是局域網中的一個獨立的主機系統，那么就可以手工配置它的網絡通訊協議（TCP/IP）配置信息，以實現通過局域網的網關或路由器訪問互聯網。使用橋接模式的虛擬系統和宿主機器的關系，就像連接在同一個Hub上的兩臺電腦，想讓它們相互通訊，則需要為虛擬系統配置IP地址和子網掩碼，否則就無法通信。

（2）主機模式（host-only)

在主機模式中，所有的虛擬系統是可以相互通信的，但虛擬系統和真實的網絡是被隔離開的。在主機模式下，虛擬系統的網絡通訊協議（TCP/IP）配置信息(如IP地址、網關地址、DNS服務器等)，都是由主機模式虛擬網絡的DHCP服務器來動態分配的。

（3）網絡地址轉換模式（NAT）

使用網絡地址轉換模式，就是讓虛擬系統借助網絡地址轉換模式的功能，通過宿主機器所在的網絡來訪問公網。也就是說，使用網絡地址轉換模式可以實現在虛擬系統里訪問互聯網。網絡地址轉換模式下的虛擬系統的TCP/IP配置信息是由網絡地址轉換模式虛擬網絡的DHCP服務器提供的，無法進行手工修改，因此虛擬系統也就無法和本局域網中的其他真實主機進行通訊[2]。

2 虛擬機在WEB服務器部署

目前IBM X3650高配置服務器的軟硬件資源(包括計算能力、存儲器、外設接口等)，采用分配或共享的方式將劃分出來的資源虛擬成為一臺或多臺應用服務器，這些虛擬服務器擁有自己獨立的軟、硬件資源，可以像使用普通應用服務器一樣進行操作，安裝主流的操作系統，且可在此多個虛擬機之間方便地相互切換，如圖3所示。

圖 3 虛擬機切換操作系統

2.1 采用虛擬服務器優點

對于運行單個應用程序的服務器來說，容錯硬件特性（如分組網絡接口、多SAN存儲適配器及冗余電源和內存）可能會非常昂貴，但如果將這些特性的成本分散到多臺虛擬機，它們就變得很經濟了。虛擬機具有在任意虛擬化平臺之間遷移虛擬機、快照、在資源池中的備用主機上自動重新啟動等高級功能特性，因而在它創建的環境中，停機至多不過就是簡單的重新啟動，對于虛擬服務器上應用系統備份與恢復，只需要備份磁盤上相應的虛擬機文件，一旦發生服務器硬件損壞，重新搭建虛擬機平臺，利用所備份的虛擬機文件進行快速部署、恢復，免去了重新安裝調試的重復性繁瑣工作，大大縮短了服務器應急響應恢復時間。

2.2 采用虛擬服務器的必要性

企業每年都會大量購買新的服務器來滿足業務發展對于信息技術不斷增長和擴大的需求。英特爾芯片的WEB服務器由于其相對的低廉價格，因此，這就造成了一種普遍存在的現象，在網絡中心機房可以看到不同廠商、不同品牌、不同架構的服務器在運行。各個應用系統獨立配置服務器雖然可以立即、有效地解決 IT需求，但這種對有效基礎硬件資源無法控制的方法有它愈發明顯的缺點。這種非集中控制的分布式服務器環境，會產生許多不良的后果：服務器容量無法優化配置，居高不下的維護成本，低效的空間利用率，所有這些問題最終會造成公司為客戶提供的是低質量的服務。特別是面對如今全球低迷的經濟環境，因此需要積極地尋找減少相關資產，人力和運作成本的方法、提升系統維護的效率，快速部署新的系統來滿足公司運行的需要。研究利用建立虛擬服務器技術對服務器整合不僅提供了一種控制那些分散資源的服務器的方法，同時增加它們的利用率，減少復雜程度和相關維護成本，從而提高對公司各應用系統的應用效果,使企業信息化軟、硬件成本降低40%，生產環境整合比達到（10～15）:1,開發測試環境整合比達到（15～20）:1，而每個服務器的平均利用率從 5%～15%提高到 60%～80%,運營成本降低70%～80%（其中包括了數據中心空間、機柜、網線、耗電量、冷氣空調和人力成本等）, 從而有效地實現企業信息化應用系統的高可用性,并顯著降低實施成本。

2.3 虛擬服務器實施案例

利用虛擬機服務器，公司已經部署了計劃處應用系統、知識管理系統、管網信息系統、域控制服務器、網絡版瑞星殺毒、網絡版江民在線6項應用服務，通過采用VMware的虛擬化技術，整合了服務器，大大簡化了管理，并保證能快速升級和維護系統，也節約了數據中心的占用空間。英特爾至強雙核處理器為VMware的虛擬化提供了硬件平臺及廣泛的擴展空間，將可擴充性的硬件輔助虛擬化，以及最廣泛的行業虛擬化軟件支持結合在一起，有效地提高了VMware虛擬化方案的高可用性，服務器利用率明顯提升。使用虛擬機后的任務管理如圖4所示，服務器在同時運轉6項應用服務，任務管理器中CPU、內存等硬件負載很小，并沒有因為應用訪問量大造成硬件設備無法相應、宕機情況，可利用幅度還能大。而虛擬機的本質又決定了它們可以跨某臺物理服務器上的所有虛擬機利用該服務器的高可用特性[3]。

圖 4 使用虛擬機后的任務管理器

3 虛擬服務器技術展望

近年來，越來越多企業應用服務器開始應用虛擬化技術，虛擬化技術已經逐漸成為主流技術，虛擬化技術除了提高硬件資源利用率之外，還有其他諸多優點，很多用戶通過利用虛擬化軟件的優點與集群技術來整合服務器，虛擬化軟件與集群技術之間不是誰替代誰的問題，而是互相補充，隨著 IT部門越來越熟練使用虛擬化應用，他們也可以更好地處理負載均衡和可用性等問題，這些都是虛擬化與集群解決方案涉及的領域，下面向大家介紹幾個典型的虛擬化集群技術。

3.1 單臺服務器內的集群

集群簡單地說，就是把兩臺或兩臺以上的服務器綁定在一起作為單獨的計算資源，提供高可用性、高性能。當然對于硬件實現的集群在考慮性能和可用性的同時，也需要考慮對于空間、電源、冷卻和管理等諸多問題。隨著虛擬機技術的出現，可以在一臺機器上建立多個虛機服務器，虛擬機內部的虛擬網絡也能確保在同一臺服務器的所有虛機間建立起高性能的網絡環境。通過減少實際服務器和相關連接設備的數量，可以大大降低總體擁有成本。

單臺服務器內的集群將創建在同一臺物理服務器上的虛機建立集群。如圖5所示，這種配置在整合硬件的同時對于應用程序提供高可用性和高性能，減少硬件成本、減少硬件管理成本、減少物理空間需求。

圖5 單獨服務器內的集群

3.2 跨服務器的集群

跨服務器的集群將分別創建在兩臺物理服務器上的虛機建立集群。這種模式需要兩臺運行虛擬機軟件的實際服務器，每臺服務器上分別建立了若干虛擬機，在兩臺機器上的虛擬機間建立起集群。有兩種情景會使用這種模式。如圖 6所示，跨服務器的集群，可以包含機器內部的集群也可以滿足用戶對于多節點（超過兩個節點）的集群要求。

圖6 跨服務器的集群①

整合原有集群，簡單地將所有集群的第一個節點加到一臺服務器，第二個節點加到另一臺服務器中，可以減少硬件成本、減少硬件管理成本、減少物理空間需求，如圖7所示。

圖7 跨服務器的集群②

3.3 低成本備機集群

低成本備機集群在幾臺物理服務器分別創建虛機，同創建在一臺物理服務器上的多個虛機建立集群。如圖8示，這種方式提供成本低廉的備機系統，在防止軟件失效的同時防止硬件失效。一般當用戶尋找節約的整合方案時，可以考慮采用這種方式。它可以減少硬件成本、減少硬件管理、硬件級容錯繼續提供服務，直到原來的服務器恢復為可用狀態。

圖8低成本備機集群

3.4 虛擬機集群未來發展的方向

雖然虛擬機集群的管理和部署系統技術有了很大的進展，但與應用的需求還有較大的距離，目前虛擬機的高版本軟件在部署時已經做到不依賴操作系統，部署系統一般采用軟件的方式，但是，隨著集群環境的多樣化，部署系統對多種操作的支持將是要解決的主要問題，硬件技術將在這種模式下發揮較大的作用。

降低對網絡帶寬需求技術。部署系統依賴于網絡技術，當集群規模增大時，網絡將成為瓶頸，需要解決在網絡擁塞、帶寬較低的情況下如何保證系統能夠有效工作。

對移動節點的部署和管理技術。隨著筆記本用戶越來越多、手機功能的增強，對移動節點的支持將成為一個技術熱點。

4 結語

采用 VMware虛擬架構軟件的服務器虛擬架構解決方案，將極大地提供服務器整合的效率，大幅度簡化服務器群管理的復雜性，提高服務器系統的伸縮性，整體系統的可用性，同時還可明顯減少投資成本，具有很好的技術領先性和性價比。下一階段采用后端接入SAN存儲的方式，如高可用性(HA)、在線遷移、災難備份和恢復等企業級的高級特性，將更多的系統部署到虛擬化平臺，使得系統實現集中管理，保證業務連續性，為生產一線提供高品質信息化服務是今后工作的重點。

[1] 王春海，劉曉輝.虛擬機實用寶典[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2] VMWARE公司白皮書.Wmware Infrastructure體系結構概述[S].北京：VMWARE公司,2008.

[3] 尹洋，肖展業.集群的部署和管理[M].北京：中國科學院計算技術研究所工程中心，2007.