虛擬化與資源整合

摘 要 本文探討了虛擬化技術在信息化建設中的應用，提出了虛擬化技術在信息系統建設與整合過程中的必要性與可行性，重點闡述了虛擬服務平臺在信息系統整合中起的重要作用及其發展前景。隨著互聯網與云計算技術的廣泛應用，作為云核心的虛擬化技術，將為我國信息化發展起到更加重要的作用。

關鍵詞 信息化 虛擬化技術 系統整合

中圖分類號：TP368.5 文獻標識碼：A

一、引言

隨著科學技術的不斷發展，互聯網、移動互聯網已經真正進入人們的社會生活，隨之而年來的是“資源的無限需求和有限供給，總體社會資源高效利用和粗放管理等諸多挑戰” 。虛擬技術、云計算、數據中心作為新型資源服務模式應運而生。虛擬技術作為“云”的基礎和核心，為用戶提供資源的“多種粒度”分配、動態擴展和回收的手段，廣泛的需求使得虛擬技術的研究、開發、應用在IT業蓬勃發展。

二、虛擬化技術的發展

虛擬化（Virtualization）技術的發展要追溯到十九世紀六十年代，至今已有四十多年的發展歷史，作為IT業的研究領域之一，它與操作系統有著同樣悠久的歷史。

在計算機技術發展過程中，虛擬化技術始終以各種方式存在，最早的程序員為了使程序代碼執行的更快，將程序指令和數據存放在內存中因而出現了虛擬內存。隨著計算機的不斷發展，人們為了充分利用昂貴的大型服務器資源，出現了虛擬服務器，然而虛擬技術的內涵遠遠不止這些。伴隨科學技術的發展，虛擬網絡、虛擬微處理器、虛擬文件、虛擬存儲等新技術層出不窮，IT業正在從更廣泛的領域更高級的抽象來思考虛擬技術的發展。如今的虛擬技術已經成為一個非常強大的概念，“虛擬化技術是資源的邏輯表示，它不受物理限制的約束” 。

歷史上第一臺虛擬機是1965年IBM公司開發的System/360 Model 40 VM[2]。其設計初衷是將當時先進的虛擬內存概念用于計算機的其它子系統，從而搭建共享系統，實現多用戶共享昂貴物理計算機資源的目標。真正將虛擬技術應用于大型機，是以IBM VM/370 為標志，直至今日VM/370的設計理念，仍然存在于IBM z系列的大型機上。

隨著臺式計算機性能的日益提高，20世紀90年代小型機、微機領域的虛擬化技術應用迅速升溫，帶動了沉寂一時的虛擬化技術發展，與此同時虛擬化軟件也呈現出“百花齊放”的繁榮景象。

未來的虛擬化技術將為云計算提供安全、可靠、自適應的基礎架構。

三、虛擬化技術的應用背景

我國信息化發展已經經歷了近30年，各級政府部門和企業內部都運行著十幾個以至于幾十個不同功能的應用系統，這些系統的應用從某種程度上，起到了對各單位信息化的促進作用。但隨著各單位信息化的不斷深入，IT主管部門逐漸發現這些系統之間產生了不可逾越的數據鴻溝，寶貴的數據資源不能夠得到充分利用，相反為了維護這些系統，需要花費大量的人力對這些應用進行管理。IT管理人員通常稱這樣的系統為“信息孤島”。維護“信息孤島”需要耗費大量資源包括：電力、環境、服務器等等，它在方方面面影響著信息化發展，主要表現為：

（1）信息孤島之間數據封閉，無法實現各系統間的數據一致性校驗。（2）軟件功能交叉、重復，數據多頭重復采集，增大數據采集量。（3）無法建設綜合管理的輔助決策支持系統。（4）各系統之間由于體系架構和物理設計上難于實現數據聚合。（5）縱橫交錯的信息源造成數據不一致，數據維護難度大。

據2009年的一項研究報告顯示，虛擬化技術已經被大多數CIO、IT總監、IT技術經理等IT管理者及其系統架構師、網絡工程師、數據庫工程師所接受，絕大多數用戶或多或少的對虛擬化技術有了一定的了解，并廣泛參與測試工作，但在測試中有近三成人表示“未達到預期目的”，其關鍵在于虛擬化技術應用難以衡量的投資回報率。

IT資源的利用越來越成為IT主管部門的關注點，而桌面虛擬系統成為關注熱點，對于下屬單位較多的企業，虛擬桌面系統為確實IT管理部門降低了維護成本，增加了系統的安全性。提高可靠性和降低運維成本這兩項具有關聯性的工作，已經成為各單位數據中心的工作重點。以整合為目的的服務器虛擬化成為公認的解決之道。

四、虛擬技術應用于資源整合

經過多年信息化建設工作，在建設過程中產生的一系列孤立的資源維護，直接影響IT管理部門的工作效率。通過建立統一的應用服務平臺，有效地進行資源整合，為業務部門提供高效、便捷的服務，已經成為各單位IT主管部門的首要任務。一些軟件廠商適時地出臺了各種針對系統整合、數據整合的方案，各路大軍的中間件產品應運而生。但從資源整合手段來看，不乏兩個方面的整合，其一是物理環境整合，即將多臺設備整合為一臺或較少幾臺高性能設備，實現統一管理和快速反應；其二是邏輯整合，通過系統管理軟件等手段對物理上分散的設備資源和數據資源進行虛擬化的集中管理。

例如某部委機關信息化建設啟動較早，但初期缺乏統一規劃，經過數年的建設后，在線運行的系統約有十幾個，但每個系統的使用率比較低，這是一個較為典型的可以利用虛擬化技術進行資源整合的案例。

資源整合工作首先應根據單位現狀進行資源的重新規劃，通過建立符合實際需要的虛擬化服務平臺，對平臺的服務器、存儲、網絡進行虛擬化管理。

（一）現狀資源的重新規劃。

首先IT主管部門應根據各系統使用情況，摸清資源占用率，對資源中心進行規劃，通過引進新型高性能服務器，將原有系統遷移到服務器上，利用虛擬技術支持多系統的特點，將幾個系統遷移到一臺服務器中，共享服務器資源及數據資源。例如：一臺基于westmere-EX架構的Xeon E7-8837最多可以虛擬出64臺虛擬機，這樣IT部門就可以通過VClient或VCenter對虛擬服務器進行系統部署與管理。也可以通過vmotion高級虛擬化功能實現諸如：在零停機（用戶毫無察覺）的情況下執行實時遷移、持續地自動優化資源池中的虛擬機、主動將虛擬機從發生故障或性能不佳的服務器中移出等功能。

（二）虛擬化服務平臺。

服務器、網絡、存儲設備的建設，是各單位信息化建設的基礎，也是系統運行和維護的保障。建立合理、高效的服務基礎平臺，對提高系統建設、運行、管理的質量和效率起著“事半功倍”的作用。

1、虛擬服務器工作原理。

服務器虛擬化是將硬件、操作系統和應用程序一同裝入一個可遷移的虛擬機檔案文件中，每臺服務器上有多個負載，軟件相對于硬件獨立。

圖1 資源整合整體架構圖

VMware vSphere虛擬化平臺的工作原理是將平臺中的每臺服務器安裝配置vSphere虛擬架構軟件，用來承擔虛擬化宿主服務器的作用，此軟件功能是在單個服務器上，生成多個虛擬服務器，這些虛擬服務器從功能、性能和操作方式上，等同于傳統的物理服務器。這樣以前的物理服務器就變身為VMware vSphere服務器上的虛擬機，當物理主機被虛擬化后，計算資源均被池化。當資源池里一個節點發生故障時，運行在其上的虛擬機將自動遷移到健康的物理主機上，從而大大提高資源利用率，降低成本及宕機風險，增強了系統和應用的可用性，提高系統的靈活性和快速響應。

2、虛擬存儲。

為了實現存儲服務，需要在虛擬化層中對存儲資源實現虛擬化的管理，以實現存儲的集中分配使用、集中備份以及充分利用VMware虛擬化技術中的虛擬機動態在線從一臺實體服務器遷移到另一臺實體服務器上的特性等。采用光纖存儲陣列產品，配置冗余的光纖交換機，組成標準的SAN集中存儲架構，虛擬平臺上的所有虛擬機都以封裝文件的形式存放在SAN存儲陣列上。通過共享的SAN存儲架構，進行動態的存儲管理與調配。

3、虛擬網絡。

vSphere 虛擬網絡的運行方式與物理以太網交換機十分相似。它檢測與其虛擬端口進行邏輯連接的虛擬機，并使用該信息向正確的虛擬機轉發流量。但不具備物理交換機所擁有的一些高級功能。

vSphere Distributed Switch 在虛擬服務平臺上所有關聯主機之間充當單一交換機。這使得虛擬機可在跨多個物理服務器進行遷移時確保其網絡配置保持一致。分布式端口是連接到主機的 VMkernel 或虛擬機的網絡適配器的 vSphere Distributed Switch 上的一個端口。端口組為每個端口指定了諸如寬帶限制和 VLAN 標記策略之類的端口配置選項。網絡服務通過端口組連接到標準交換機。端口組定義通過交換機連接網絡的方式。通常，單個標準交換機與一個或多個端口組關聯。分布式端口組是與 vSphere Distributed Switch 相關聯的端口組，用于指定各成員端口的端口配置選項。分布式端口組可定義通過 vSphere Distributed Switch 連接到網絡的方式。

五、結束語

虛擬化是繼互聯網之后，又一個對整個信息產業有突破性潛力的信息技術。互聯網技術是從應用程序方面，突破信息的格式局限，虛擬化技術則是從最底層入手，突破空間局限，通過虛擬服務平臺將分散的計算資源整合到一起，統一調配，供不同的虛擬機使用。虛擬化作為一種理念已揭開了一個新時代的序幕。虛擬化技術利用軟件把不同層面的應用分開，其帶來的結果是簡化了管理，使IT資源得到有效利用。

虛擬化技術不僅降低IT采購成本、能源消耗，實現綠色環保，還能快速響應政府、企業的業務變革，作為“云計算”的核心，虛擬化技術的已被大多數CIO及IT主管部門所接受，特別是對于管理業務繁雜，但業務量不高的應用群體，利用虛擬技術建立服務平臺將會在各單位的信息化建設中發揮更大優勢。

（作者單位：國家新聞出版廣電總局信息中心）

注釋：

①廣小明、胡杰、陳龍、郭京.虛擬化技術原理與實現.電子工業出版社.

②因特爾開源軟件技術中心、復旦大學并行處理研究所 系統虛擬化原理與實現清華大學出版社 2009.3

③中國虛擬化技術及應用現狀的調查報告年.北京無憂創想信息技術有限公司，2009.