虛擬化技術在數據中心的應用

張皓瑜 王莉 林靜 王梅

【摘 要】隨著服務器技術越來越成熟，服務器的云端化也變得普及。服務器虛擬化技術作為云計算的支撐技術，主要是通過將物理服務器組建成為一個虛擬化的邏輯資源池，能夠實現硬件資源與軟件資源的動態分配，使數據中心的運維得以簡化管理、提高效率。

【關鍵詞】虛擬化;數據中心;VMWare

中圖分類號： TP308 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）07-0080-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.032

【Abstract】With the server technology becoming more and more mature， the server's cloud is becoming more and more popular. Server virtualization technology， as the support technology of cloud computing， can realize the dynamic allocation of hardware resources and software resources by building physical servers into a virtualized logical resource pool， which can simplify the management and improve the efficiency of data center operation and maintenance.

【Key words】Virtualization;Data Center;VMWare

0 前言

目前，信息化技術高速發展，服務器技術也不斷的隨之更新換代。傳統模式下的數據中心管理已經逐漸不能適應新時代下對服務器的應用需求。越來越多的業務部署對服務器的性能提出了更高的要求，在傳統數據中心管理下只能不斷隨之升級服務器硬件，增加了業務部署的成本。而實際使用中，單臺物理服務器的資源利用率很低，使得服務器硬件資源的沒有充分利用，運維管理的人力支出性價比極低。本文以四川旅游學院信息管理實驗教學中心數據中心虛擬化改造為例，對虛擬化技術在類似服務器環境中的應用進行闡述。

1 虛擬化技術

擬化技術誕生很早，1959年6月hristopher Strachey就在其學術論文《Time Sharing in Large Fast Computers》中提出了該技術的理論。從技術應用普及角度來看，虛擬化技術經歷了硬件管理集中化、硬件資源共享化、硬件負載均衡化及資源云端化四個發展歷程。而針對于數據中心的虛擬化手段主要是將物理服務器資源轉化為邏輯資源，池化后的服務器資源能夠實現動態分配與管理。使得服務器硬件資源得到整合，硬件資源利用率得到提高，服務器的運維管理得到簡化。圖1為虛擬化前后服務器情況對比圖。

2 主流企業級虛擬化技術對比

目前服務器虛擬化技術已經非常成熟，市場占有率高的主流有VMware的vSphere、Microsoft的Hyper-V與Citrix的XenServer。

vSphere本質上是以操作系統的形式部署，能夠直接運行在裸金屬服務器上。由于不需要底層宿主操作系統作支撐，使得服務器的可以將硬件資源盡可能的用于虛擬化，給虛擬服務器提供與物理服務器性能相差無幾的性能。Hyper-V是依靠Windows Server操作系統開發而來，其運行環境需要依托Windows操作系統。由于Windows本身就會消耗掉一部分硬件資源，導致虛擬化性能打折。XenServer是源于名為Xen系統管理進程的開源技術，能夠直接運行于物理服務器裸機，依靠介于物理服務器與虛擬主機之間的虛擬層以及虛擬機監控器實現虛擬化功能。

Hyper-V需要基于Windows操作系統運行，屬于半虛擬化。而vSphere與XenServer都可以直接運行于裸機服務器，是真正意義上的完全虛擬化。但XenServer如果運行的物理服務器上搭載的CPU不支持VT技術，則只能處于半虛擬化模式。三種服務器虛擬化技術對比情況如表1所示：

3 部署與測試

3.1 虛擬化部署實現

在實施虛擬化部署前，可根據數據中心的實際情況，在內網中將需要虛擬化的物理服務器劃分在一個獨立的VLAN中，并針對各應用系統的使用情況，配置應用系統的內外網訪問權限，以保證服務器網絡的安全性。在完成網絡設置后，可根據物理服務器的磁盤配置情況設置陣列，之后便可通過安裝介質（光盤/U盤）進行VMware vSphere系統的安裝。系統安裝完成之后，界面會與引導安裝系統是一樣顯示ESXI系統的版本信息以及物理服務器配置信息，敲擊F2鍵，輸入之前系統安裝時設置的ROOT管理員密碼即可進入后臺對IP地址進行設置。配置完成后即可使用遠程客戶端對虛擬服務器進行管理，vSphere后臺配置界面如圖2所示。

虛擬服務器又被稱為虛擬機。其在運行方式上與真實的服務器并沒有什么不同，都搭載著不同的服務器系統與各類業務應用。每一臺虛擬服務器的虛擬硬件都提供著與物理服務器硬件相同的功能，相比物理服務器，虛擬機的可移植性、安全性都更強，IT運維管理人員對虛擬服務器的管理更加便捷。

虛擬服務器的基本架構通常為兩層，即虛擬化層與管理層。而在整個虛擬化系統框架中，每一臺ESXI服務器作為一個平臺存在，主要功能是把物理服務器硬件資源通過虛擬化手段整合現有資源，然后根據實際運行中的需求情況對資源進行再分配。而其客戶端管理程序作為虛擬化管理層，通過連接至對應的服務器實現對ESXI主機中的虛擬服務器集中管理。

VMware vSphere Client作為平臺管理的最主要接口軟件，利用vSphere Client登錄虛擬化后的地址即可進行管理。該軟件擁有非常直觀的界面，用戶能夠直接通過其內置向導新建虛擬服務器，也可通過界面顯示的信息了解當前虛擬服務器的運行狀態，處于啟動還是掛起、關閉。除了C/S架構的客戶端應用程序外，vSphere還提供有B/S架構的web管理端，其不需要額外安裝應用程序的特點使得虛擬服務器的管理更加的便捷。VMWare vSphere官方也在逐步推進管理端從C/S架構向B/S架構的演進，目前最新版本的服務器虛擬化系統已經全部采用web客戶端，不再提供傳統C/S架構的應用程序。Web客戶端可選擇基于ADOBE FLEX框架或基于HTML5架構進行虛擬服務器的管理。Web客戶端管理首頁如圖3所示。

在虛擬服務器日常使用與管理方面通常有兩種方式，既可以通過直接連接單個VMware ESXI主機進行管理，也可以使用虛擬機管理客戶端連接到VMware vCenter Server主機，通過vCenter平臺實現對關聯的所有VMware ESXI主機的集中管理。如果采用第一種方式，只能管理該VMware ESXI主機上的虛擬服務器及資源，如果采用第二種方式則能夠同時管理分布在多臺VMware ESXI主機上的所有虛擬服務器及資源。無疑在部署統一管理中心之后，采用第二種方式管理更加便捷，效率也更高，更加符合構建虛擬化數據中心的要求。

3.2 測試及評估

本文涉及數據中心虛擬化方法已在四川旅游學院上線使用。通過數月的測試，目前服務器運行穩定，提高了物理資源的利用率，降低了運維管理的工作量。性能測試方面，性能測試方面，為了檢測虛擬化服務器在高并發訪問量的情況下實際使用。以學生選課系統為例，每學期選修公選課時，選課系統服務器的的負載會很快達到峰值，從而造成因服務器無響應導致無法登錄選課系統的現象，帶來了很大的負面影響。性能測試時，主要采用模擬學生登錄的方式，通過壓力測試軟件“LoadRunner”，加載虛擬并發連接用戶進行訪問測試，并觀測“選課系統”在服務器虛擬化前后的響應時間以及對服務器資源的消耗情況。通過在物理服務器與虛擬服務器集群上分別進行測試，得到了服務器虛擬化前后的服務器響應、CPU使用率等信息，其中服務提供響應時間圖4所示。

通過上訴測試結果，證實了該技術在應用性能上帶來的改變。不僅是簡單的整合物理服務器資源、提高物理服務器資源的利用率，更重要的是讓服務器的性能變得更加的穩定，服務器應對并發連接數大的應用系統時，在不增加硬件配置的情況下能夠提供更加均衡的服務體驗，保證了該類應用的正常運行。

總的來說，通過服務器虛擬化技術起到了四方面的作用。第一，使每一臺物理服務器的資源利用率得到了提高，池化后的服務器資源打破了傳統物理服務器之間的硬件壁壘，多個業務系統能夠共享多臺物理服務器的硬件性能，避免了資源浪費的同時也提供了負載均衡的能力。第二，使數據中心管理人員的工作效率得到了提高，傳統模式下的業務部署往往花費大量的時間成本，虛擬化后的業務部署可以同時對多臺虛擬服務器進行操作，對于業務環境要求相似的服務器，還可以采取克隆的功能減少系統環境搭建的時間。第三，使業務系統的服務更加穩定可靠，虛擬化后的服務器資源能夠實現負載均衡，同時在網絡環境變化時需要做的遷移服務器操作不影響業務的訪問，實現在線遷移。第四，使整個數據中心的運營成本得到了降低，虛擬化后，如需部署新業務，只要資源池有空余資源就不再需要購置新的物理服務器，減少了電力負荷，節省了物理空間的占用。

4 結束語

使用服務器虛擬化技術，構建虛擬化數據中心，能夠使計算、存儲及網絡匯聚至虛擬資源池。實現了硬件資源及業務系統的負載均衡，提高了利用效率，簡化了運維管理，保障了業務穩定，對數據中心的新建或改造方案有一定的參考意義。

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