服務器虛擬化技術的應用

李健虹

(天津中環創新科技有限公司 天津 300190)

0 引 言

虛擬化概念的提出應追溯到 20世紀 60年代，當時 IBM的工程師 Jim Rymarczyk首次在大型機上采用虛擬化技術，使不同的應用程序可以在一臺大型機上同時運行。隨著技術的不斷發展，微型計算機以及價格經濟的 x86服務器被廣泛使用，虛擬化技術逐漸淡出人們的視野。20世紀90年代末，x86服務器和硬件的增加帶來了新的問題：基礎架構使用率低下(通常只有 10%～15%)，電力成本上漲，管理成本激增以及安全保護不足等。為解決上述問題，針對x86系統的虛擬化技術應運而生，再次成為研究熱點。虛擬化技術能夠降低管理成本，提高系統使用率；實現資源的動態分配，滿足終端用戶復雜的需求；另外，虛擬化技術能夠極大地提升系統安全性。因此，針對x86系統的虛擬化具有廣闊的應用前景。

1 解決的問題

目前中等規模的服務器機房一般都有幾十臺服務器，分別部署著不同的應用系統，包括 Web服務器、數據庫服務器、郵件服務器、文件共享服務器以及冗余備份服務器等。這些服務器的配置不同，性能也高低不一，只有很少部分是用于高速數據處理的小型機，其余大部分是PC類服務器。初期時，所有的業務系統都能高效正常運行，但隨著業務系統的增加，PC服務器的數量也不斷增加，逐漸出現部分業務系統運行效率降低，維護和管理成本急劇上升的問題。這些問題主要是因為有些業務系統在運行初期系統負載較小，隨著時間的推移，業務在不斷增加，但原有服務器的資源卻沒有相應增加，從而導致服務器負載太大，業務系統運行效率降低。與此同時，其他服務器資源利用率卻很小，各服務器之間負載不均衡。另外隨著服務器數量的增加，投入的硬件成本也在不斷增加，由于不能集中管理，導致管理成本也急劇增加，因此高效整合服務器、動態調整資源、集中式地管理成為解決這些問題的關鍵，而服務器虛擬化正是解決這些問題的利器。

2 解決方案

首先建立一套共享的存儲系統，將企業數據集中存儲在更加可靠的共享存儲系統中，以保證數據的完整性和可靠性。其次利用虛擬化軟件建立虛擬服務器環境，并將安裝有關鍵應用的服務器實現 HA(高可用性)的連接，構建一個以共享存儲為基礎、以虛擬化為核心的服務器架構(見圖1)。

目前主要有 SAN(存儲區域網絡)和 NAS(網絡附加存儲)兩個主流的共享存儲系統部署方式，本文采用 SAN部署方式。具體做法是，將光纖存儲陣列產品通過高性能的光纖通道交換機相連，并采用光纖網絡協議通信，這些連接基于固有的光纖通道和 SCSI(通過 SCSI到光纖通道轉換器和網關)，一個或更多的光纖通道交換機在主服務器與存儲設備之間提供相互連接，確保連接的可靠和高效。

為了保證系統資源的負載均衡，可充分利用虛擬環境中虛擬機可動態遷移的特性，將由虛擬管理軟件生成的虛擬主機文件存放在 SAN共享存儲系統上。通過共享的 SAN存儲系統，可以最大化地發揮虛擬架構的優勢，當某個關鍵應用的服務器出現問題時可將虛擬機動態遷移到別的服務器，保證關鍵業務的連續性。VMWare的 DRS(Distributed Resource Scheduler，分布式資源調度)技術可以實現動態資源調度的自動化，當 DSR發現某個虛擬機的可用資源短缺時，會采用VMotion技術將這個虛擬機動態遷移到另一個可用資源充足的主機。另外，關鍵應用的備份也至關重要。

圖1 服務器虛擬化系統架構圖Fig.1 Architecture of the Server virtualization system

3 需要考慮的因素

3.1 性能

服務器虛擬化的目的之一就是提高應用程序的性能，因此性能是需要考慮的首要因素。這里不僅要考慮虛擬化產品自身的性能，還要考慮虛擬化技術對應用程序帶來的影響。與直接部署在物理服務器上的應用程序相比，采用虛擬化架構的應用程序性能普遍下降 1%到 60%，因此不同虛擬化架構的產品對應用程序性能帶來的損耗差異非常大，甚至相同虛擬化架構的不同產品都會有所不同。理論上，對虛擬化軟件比虛擬化硬件帶來的性能損耗要低得多。

3.2 管理工具

除了性能，成本也是尤其需要考慮的因素。正如前面所講，虛擬化產品通過分布式資源調度技術提高服務器的硬件利用率，最終降低了硬件成本。但除了硬件投入的成本外，服務器的管理操作產生的成本也不容忽視。服務器的管理包括應用程序和操作系統的安裝、更新、備份、補丁升級等，一般的服務器集群，少則三、四十臺服務器，多則上百臺服務器，甚至更多，如果按照傳統的管理方式，對這些服務器進行單獨維護和管理，可想而知成本非常大，而采用虛擬化產品的管理工具就可以對這些服務器進行集中管理，包括集中更新、升級和備份等，也可以集中監控所有服務器資源，因此優秀的管理工具是虛擬化產品的殺手锏。

3.3 虛擬化技術

目前主流的虛擬化技術主要分為 3類：硬件虛擬化技術、并行虛擬化技術和操作系統虛擬化技術。其中前兩種技術都是對服務器的硬件進行虛擬化，都支持在單臺物理服務器上虛擬多個不同的操作系統，區別在于第 1種技術會帶來較大的硬件損耗，而第 2種技術針對操作系統做了一些修改，降低了硬件損耗，但遺憾的是目前并沒有成熟的商用產品。第3種技術是基于軟件的虛擬化，它對硬件的損耗幾乎可以忽略不計，因此具有較高的性價比，但是缺點就是單臺物理服務器上只能虛擬一種操作系統，甚至有的虛擬化產品只支持固定的1種操作系統。另外 3種虛擬化技術對平臺的支持程度也不同，前兩種虛擬化技術的產品，需要考慮其是否支持服務器的CPU、內存、主板、硬盤以及顯卡等所有硬件，有時還要考慮其對服務器某些硬件特性的支持程度，比如是否支持SMP和64位處理器，或者多路 CPU以及大內存等。第 3種是針對操作系統進行虛擬化，只要被虛擬的操作系統支持服務器的硬件，其就可以完美支持。

4 結 語

從服務器的利用率和性能損失來說，操作系統虛擬化是服務器整合的最有效方式，但是單臺服務器上只能虛擬 1種操作系統，不夠靈活。硬件虛擬化技術支持多種操作系統，但需要考慮物理服務器的硬件，各有利弊。總之，服務器虛擬化技術可以有效降低數據中心的硬件和管理成本，提高服務器的利用率，并且可以快速創建關鍵服務器，保證業務的連續性。因此，服務器虛擬化技術是系統資源負載不均衡、保證系統關鍵業務不間斷運行的有效解決方案。■

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