淺談虛擬化技術在數據中心建設中的應用

摘 要：虛擬化技術最早出現在 20 世紀 60 年代的 IBM 大型機系統，在70年代的 System 370 系列中逐漸流行起來，這些機器通過一種叫虛擬機監控器（Virtual Machine Monitor，VMM）的程序在物理硬件之上生成許多可以運行獨立操作系統軟件的虛擬機（Virtual Machine）實例。隨著近年多核系統、集群、網格甚至云計算的廣泛部署，虛擬化技術在商業應用上的優勢日益體現，不僅降低了 IT 成本，而且還增強了系統安全性和可靠性，虛擬化的概念也逐漸深入到人們日常的工作與生活中。

關鍵詞：虛擬化技術；數據中心；管理及應用

虛擬化技術的分類

虛擬化技術主要分為以下幾個大類 [1]：

1.平臺虛擬化（Platform Virtualization），針對計算機和操作系統的虛擬化。

2.資源虛擬化（Resource Virtualization），針對特定的系統資源的虛擬化，比如內存、存儲、網絡資源等。

3.應用程序虛擬化（Application Virtualization），包括仿真、模擬、解釋技術等。

我們通常所說的虛擬化主要是指平臺虛擬化技術，通過使用控制程序（Control Program，也被稱為 Virtual Machine Monitor 或 Hypervisor），隱藏特定計算平臺的實際物理特性，為用戶提供抽象的、統一的、模擬的計算環境（稱為虛擬機）。虛擬機中運行的操作系統被稱為客戶機操作系統（Guest OS），運行虛擬機監控器的操作系統被稱為主機操作系統（Host OS），當然某些虛擬機監控器可以脫離操作系統直接運行在硬件之上。運行虛擬機的真實系統我們稱之為主機系統。

虛擬化的數據中心體系結構就是將物理的設備、網絡、存儲等硬件通過平臺虛擬化后將資源邏輯為一個整體，統一管理，并分配給最終用戶使用。它適用于任何應用和任何硬件，能夠滿足當前和未來的需求。但移動云時代為虛擬化提出了新的挑戰。 為了迎接這一挑戰，IT 組織需要對其余的數據中心進行虛擬化，使所有基礎架構服務和虛擬機一樣成本低廉且易于調配和管理。

虛擬化的數據中心可將您所了解的虛擬化概念（抽象化、池化和自動化）擴展到所有數據中心資源和服務。 數據中心的組件可以一起部署或者分階段部署：計算虛擬化、網絡虛擬化和虛擬存儲可以實現計算以及網絡和存儲基礎架構服務的抽象化、池化和自動化。

1 虛擬存儲和可用性

虛擬存儲是虛擬化的數據中心的基本組件，可對存儲資源進行抽象化處理，以支持存儲的池化、復制和按需分發。 這使存儲層與虛擬化計算層非常相似：都具有聚合、靈活、高效和彈性擴展的特點。 它們的優勢也如出一轍：全面降低了存儲基礎架構的成本和復雜性。

虛擬存儲支持對異構存儲池中的所有資源實施一致的策略，使存儲的使用像為每個應用或虛擬機指定容量、性能和可用性要求那樣簡單。 這種基于策略的自動化最大限度地利用了底層存儲資源，同時將管理開銷降至最低。數據服務（如快照、克隆和復制）作為虛擬數據服務在軟件中交付，并按虛擬機進行調配和管理。 獨立于底層存儲硬件使得這些服務的分配極其敏捷和靈活。隨著服務器功能的增多，虛擬存儲解決方案可讓企業利用廉價的行業標準計算硬件來擴大其存儲資源。 利用固態磁盤和硬盤作為虛擬機的共享存儲，可獲得高性能，并將存儲總體擁有成本降低 。

2 數據中心管理和自動化

虛擬化的數據中心的管理比物理基礎架構更輕松、更高效，其敏捷性也提高到了一個全新的水平。部署過程高度自動化：應用只需數分鐘（而不是數周）即可完成準備，達到可供使用狀態，從而大大縮短業務計劃的上市時間。可以使用一致的方法和標準化可重用的組件，結合調配過程中內置的監控策略，以前所未有的簡單性和速度構建新應用。

智能管理軟件是虛擬化的數據中心的關鍵支柱，可以簡化管理、實現更高的資源利用率。 策略驅動的自動化可使各項基礎架構資源與不斷變化的業務和工作負載需求相匹配，促進客戶滿意度的提升。 容量規劃功能可以通過識別閑置和過度調配的虛擬機，以及優化虛擬機密度，進一步提高基礎架構的效率。

作為統一的標準化環境，虛擬化的數據中心使管理員能夠實現更高水平的成本透明度和成本責任。 您可以跟蹤并反饋各業務部門、應用或客戶使用的 IT 服務的數量和類型明細。 您還可以利用基準測試將您的 IT 成本與同行及云計算服務提供商的成本進行比較，以制定明智的采購決策，降低開銷。

3 網絡虛擬化

服務器虛擬化的普及徹底改變了應用調配和管理，為企業節省了數十億美元。 但是，這些動態工作負載所連接的網絡卻未能跟上它們的步伐。 網絡調配仍然極其緩慢：甚至簡單拓撲結構的創建也需要數天或數周時間。 工作負載安置和移動性受制于物理網絡限制，并且硬件獨立性需要特定于供應商的專業技能。 網絡配置需要手動執行，而且維護起來既昂貴又需要消耗大量資源。

虛擬化的數據中心通過創建軟件驅動型抽象層（與推動計算轉型的抽象層完全相同），提升了網絡連接和安全性。 除此之外，還有許多類似的優勢：快速的編程式調配、無中斷部署、在任何通用 IP 網絡連接硬件上同時支持舊版應用和新應用，并使網絡連接服務擺脫與硬件綁定的限制條件。

虛擬網絡可以采用與虛擬機相似的方式，將邏輯網絡組件（邏輯交換機、邏輯路由器、邏輯防火墻、邏輯負載平衡器、邏輯 VPN 等）提供給已連接的工作負載。

可以利用底層物理網絡作為簡單的數據包轉發底板，以編程方式創建、調配和管理邏輯網絡。 對于服務器虛擬化，可將邏輯網絡設備和安全策略的任意組合組裝到任何拓撲結構中。 網絡和安全服務綁定到每一個虛擬機，并隨虛擬機遷移，這樣無需人工干預即可大量添加或轉移工作負載。

網絡虛擬化通過將網絡連接組件與底層物理網絡基礎架構完全分離，可確保硬件獨立性。 可以從終端主機的角度忠實地再現物理網絡模型，工作負載感覺不到任何差異。 在運營方面發生了革命性的變化，從網絡調配直到部署和維護，所有的一切都實現了前所有的自動化。

在虛擬化的數據中心，策略驅動的自動化支持邏輯計算、存儲和網絡服務的調配和持續管理。 其結果就是實現了前所未有的 IT 敏捷性和效率，并能靈活支持目前和未來的硬件和應用。

作者簡介

賀軍（1977-），男，湖北丹江口人，助理工程師，學歷：本科，研究方向：計算機軟件，網絡安全。