10服务器虚拟化技术在企业信息化中的应用

服务器虚拟化技术在企业信息化中的应用摘要随着企业信息化建设步伐的加快目前，分散于数据机房中的服务器数量不断增加，数据大量集中，将无法了解服务器的负荷情况，无法调整负荷，难以充分利用服务器资源。本文将从服务器虚拟化的角度探讨服务器CPU、内存、硬盘等资源根据应用负荷进行动态分配。改善硬件资源利用率，降低硬件采购和管理成本，改善灾难恢复和业务持续性。关键词资源动态调度；虚拟化引言虚拟化的概念在20世纪60年代首次出现，利用它可以对属于稀有而昂贵资源的大型机硬件进行分区。虚拟化技术又在小型机上进行了应用，如IBM、HP的小型机，把一台小型机虚拟成几台小型机使用。随着时间的推移，微型计算机和X86服务器不断发展，可提供更有效、更经济的方法来分配处理能力。因此到20世纪80年代，虚拟技术已不再广泛使用。到了20世纪90年代，研究人员开始探索如何利用虚拟化解决与廉价硬件激增相关的一些问题，例如，利用率不足、管理成本不断攀升和易受攻击等。虚拟化技术再次得到了广泛认可，作为一项新技术领域被研究了。为此，x86平台上虚拟化技术的出现，首次向人们展示了虚拟化应用的广阔前景，因为x86平台可以提供便宜的、高性能和高可靠的服务器群，可以将物理服务虚拟化。一虚拟化技术概述在计算领域，虚拟化是一个宽泛的术语，指的是对计算机资源的抽象，本质上讲是一种方法，是指从逻辑角度而不是物理角度来对资源进行配置，是从单一的逻辑角度来看待不同的物理资源的方法。虚拟化对其用户，不管是应用程序还是终端用户，隐去计算资源的物理特性，呈现为一个物理的资源表现为多个虚拟资源，或多个物理资源表现为一个单一的虚拟资源。也就是说虚拟化的对象是各种各样的计算资源，经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了具体的硬件实现细节，用户可以在虚拟化中实现真实计算环境中的部分或全部功能。虚拟化技术常用的大致分类：（1）基础设备虚拟化。包括网络虚拟化、存储虚拟化等作为支撑计算环境的基础设施。网络虚拟化是指将网络的硬件和软件资源进行整合，向用户提供虚拟网络连接的技术，例如现在成熟的VLAN技术和VPN技术等。存储虚拟化是指为物理存储设备提供一个逻辑视图，通过这个视图的统一逻辑接口来访问被整合的存储硬件资源的技术，例如广泛使用的RAID技术、SAN、NAS技术等。(2)系统虚拟化技术。这里主要指服务器虚拟化，它是被广泛接受和认识的一种虚拟化技术，通过虚拟化可以实现操作系统和物理计算机的分离，使得在一台物理计算机上可以同时安装和运行一个或多个虚拟的客户机操作系统（GuestOS）实例。在这种虚拟化技术的背后，其核心是虚拟化平台（Hypervisor）的概念。虚拟化平台负责对虚拟机提供硬件资源抽象和虚拟机的管理，为客户机操作系统提供虚拟硬件运行环境。根据虚拟化平台的运行方式，又可分为寄宿型虚拟化和原生型虚拟化。寄宿型虚拟化的虚拟化平台表现形式为运行在宿主操作系统（HostOS）之上的应用程序，利用宿主操作系统的功能来实际硬件资源的抽象和虚拟机的管理，而原生型虚拟化的虚拟化平台表现形式则是直接运行在硬件平台之上，不需要宿主操作系统的支持。二虚拟化技术原理所有的IT设备，不管是PC、服务器还是存储，都有一个共同点：它们被设计用来完成一组特定的指令。这些指令组成一个指令集。对于虚拟技术而言，“虚拟”实际上就是指的虚拟这些指令集。虚拟机有许多不同的类型，但是它们有一个共同的主题就是模拟一个指令集的概念。每个虚拟机都有一个用户可以访问的指令集。虚拟机把这些虚拟指令“映射”到计算机的实际指令集。三、虚拟化技术的类型虚拟化技术之所以会被广泛的采用，都有其应用背景，当前虚拟化技术大致看来主要有以下几种类型:拆分、整合、迁移。拆分某台计算机性能较高，而工作负荷小，资源没有得到充分利用。这种情况适用于拆分虚拟技术，可以将这台计算机拆分为逻辑上的多台计算机，同时供多个用户使用。这样可以使此服务器的硬件资源得到充分的利用。适用面：性能较好的大型机、小型机或服务器。目的：提高计算机的资源利用率。拆分形式的虚拟化示意图如下整合当前有大量性能一般的计算机，但在气象预报、地质分析等领域，数据计算往往需要性能极高的计算机，此时可应用虚拟整合技术，将大量性能一般的计算机整合为一台计算机，以满足客户对整体性能的要求。适用面：性能一般的计算机目的：通过整合，获得高性能，满足特定数据计算要求。整合形式的虚拟化示意图如下：迁移1、将一台逻辑服务器中的闲置的一部分资源动态的加入到另一台逻辑服务器中，提高另一方的性能。2、通过网络将本地资源供远程计算机使用。Windows下的共享目录，Linux下的NFS等，还包括远程桌面等等。目的：实现资源共享，实现跨系统平台应用等。迁移形式的虚拟化示意图如下：四、虚拟化的实现形式硬件虚拟化不需要操作系统支持，可直接实现对硬件资源进行划分，任一分区内的操作系统和硬件故障不影响其他分区。应用应用操作系统操作系统虚拟层硬件分区硬件分区逻辑虚拟化不需要操作系统支持。在系统硬件和操作系统之间以软件和固件的形式存在，任一分区的操作系统故障不影响其他分区。应用应用操作系统操作系统虚拟层（软件或固件）硬件分区硬件分区相对硬件虚拟模式而言，逻辑虚拟模式会占用一定比例的系统资源。目前大型主机的虚拟效率一般在95%以上，虚拟化损耗大约为2%~3%；AIX和HP-UX上的虚拟效率在90％以上，虚拟化损耗约为5％；而x86架构上的虚拟效率则在80%左右，虚拟化损耗大约为20%。软件虚拟化需要主操作系统支持。在主操作系统上运行一个虚拟层软件，可以安装多种客户操作系统，任何一个客户系统的故障不影响其他用户的操作系统代表：应用应用客户操作系统客户操作系统虚拟层（软件）主操作系统硬件分区硬件分区应用虚拟化需要主操作系统支持。在单一操作系统上使用，在操作系统和应用之间运行虚拟层，任何一个应用包的故障不影响其他软件包。应用包应用包虚拟层（软件）主操作系统硬件分区硬件分区虚拟化的实现形式的对比功能特性硬件虚拟逻辑虚拟软件虚拟应用虚拟文件系统独立独立独立不独立网络地址独立独立独立不独立OS数量多个多个多个单个主OS不需要不需要需要需要实施周期慢较慢中等快应用隔离程度完全强强弱硬件故障隔离无无无无实施成本高较高较低低六、服务器虚拟化的优势1、维护运行在早期操作系统上的业务应用对于某些早期操作系统，发行厂商已经停止了系统的维护，不再支持新的硬件平台，而重写运行在这些系统上的业务应用又不现实。为此，可以将这些系统迁移到新硬件平台上运行的虚拟系统上，实现业务的延续。2、提高服务器的硬件利用率“多数用户承认，系统平均利用率只有25%~30%之间”。这对服务器硬件资源是一种浪费。将多种低消耗的业务利用整合到一台服务器上，可以充分发挥服务器的性能，从而提高整个系统的整体利用效率。服务器虚拟化前服务器虚拟化后3、动态资源调配，提升业务应用整体的运行质量可在一台计算机内部的虚拟机之间或是集群系统的各个业务之间进行动态的的资源调配，进而提升业务应用的整体运行质量。在实际应用上，这一优势更偏重于集群系统。4、提供相互隔离的，安全的应用执行环境虚拟系统下的各个子系统相互独立，即使一个子系统遭受攻击而崩溃也不会对其他系统造成影响。而且在使用备份机制后，子系统可被快速的恢复。5、提供软件调试环境，进行软件测试，保证软件质量采用虚拟技术后，用户可以在一台计算机上模拟多个系统，多种不同操作系统，使调试环境搭建简单易行，大大提高工作效率，降低测试成本。6、快速统一部署服务器采用虚拟技术整合前所需要做的工作是：•3－10天的硬件采购•20－40小时，为一台服务器安装操作系统和应用程序•硬件上架安装•安装操作系统及补丁•配置安全策略，域和用户权限•配置网络（IP，DNS）•配置存储（DAS，SAN，NAS）•安装必要的系统管理代理，备份代理和其它的必要的系统软件•安装配置应用软件•测试应用•安排宕机时间，数据迁移整个周期长达数周时间，过程中完全依赖硬件的可用性，且由于过程繁琐易发生人为错误，标准化与审核也相当困难。而通过虚拟技术整合后则只需要2个步骤即可完成，周期也缩短至数小时。•5－30分钟，用模板和自动部署向导或拷贝虚拟机，启动即可•把虚拟机拷贝然后重新启动[工具已经安装][应用已经安装，配置]7、节约成本降低服务器投资成本约50%，降低服务器电源开销50%。七、服务器虚拟化技术存在的问题1、虚拟技术的认知用户对虚拟技术不了解，不明确虚拟技术在提升用户现有系统效率和降低总体运营成本上的优势，这是阻碍虚拟技术推广的最大障碍。2、虚拟系统的可靠性客户采用服务器，很大程度上是为了保障业务的稳定性。如果用户在一台服务器上运行多个业务，类似于多个鸡蛋放在一只篮子，一旦出现重大硬件故障势必会影响到所有的应用，这种威胁很难消除。而对于用户，这种潜在的业务危险往往也是不可接受的。3、虚拟系统的运行效率使用虚拟技术的目的在于提高用户服务器的整体利用效率，如果虚拟系统的运行效率太低，也就失去了它在服务器上应用的价值。4、平台支持硬件支持方面，需要虚拟系统能够不断更新，以兼容新的硬件平台。操作系统支持，需要能够支持老操作系统。这样对于某些使用早期操作系统的客户才有意义。对于这两方面，虚拟化平台都需要不断更新，这些都依赖虚拟化提供商的维护。5、迁移能力高端应用需要做到零宕机，迁移成本较高，且需要SAN集中存储设备的支持；低端应用，虽然可以使用系统备份还原的迁移模式，以降低系统迁移成本，但迁移效率低。6、部署效率和易用性当前虚拟化标准尚不统一，移植和管理工具还不够成熟，这也影响到虚拟化的大面积普及。特别是远程管理功能需要配合虚拟化标准工作大力发展，以使得不同的虚拟化平台可以通过网络进行统一管理。八、服务器虚拟化技术存在的实现九、VMware虚拟化产品介绍随着x86服务器虚拟化市场的日益发展,众多厂商加入该领域，包括VMware、Xen、Redhat、Microsoft等。作为x86虚拟化领域具有主导地位的厂家，VMware产品可以帮助用户实现虚拟化基础设施、整合资源、提高资源利用率、在降低运行维护成本的同时，增强业务的灵活性、可用性和安全性。VMware的虚拟化产品可以运行在Windows、Linux和MacOS平台上。目前VMware主要有三条虚拟化产品线：数据中心产品主要面对企业服务器市场；桌面和应用产品面向企业桌面用户或个人用户以及虚拟化辅助管理产品。下面我们就对常用的VMare产品组件进行介绍。(1）VMwareESXServer：是VMare公司最重要的企业级虚拟化平台产品，也是VMareinfrastructure虚拟化套件最重要的组成部分。它是数据中心虚拟化的基础，能够整合数据中心的计算资源，网络资源，和存储资源，并将它们动态地分配给虚拟机。ESXServer直接运行在服务器硬件裸机上，不需要任何操作系统的支撑。比VMwareServer的性能更好，系统资源开销更小。(2）VMwareESXiserver：是免费的服务器虚拟化平台，在保持ESCserver功能的前提下，对原有的虚拟化平台进行了缩减，使得ESXi的安全性有所提高，成为固件虚拟化平台合适的选择。ESXi上所运行的虚拟机性能接近于物理机的性能。(3）VMwareServer：也是免费的服务器虚拟化平台（前身是GSXserver）。与ESXserver不同，VMwareserver是作为一个应用程序安装在宿主操作系统Win-dows或Linux上，而虚拟机则运行在VMwareserver上。由于没有直接安装在物理机上，因此VMwareserver的性能不如ESXserver。(3）VMwareWorkStation相当于个人版的虚拟化平台，和VMwareServer类似，也是要安装在一个宿主操作系统下，操作系统可以是Windows或Linux，区别在于没有web远程管理和客户端管理功能。(4）VMwarePlayer也是一款免费的运行在Windows和Linux上的虚拟化软件应用程序。它本身不能创建和管理虚拟机，但能够运行多种虚拟机，