服务器虚拟化技术应用

服务器虚拟化技术应用 服务器虚拟化技术的应用 刘智勇 王蕾 薛宇宁 摘 要 随着信息化建设步伐的加快，数据大量集中将是数据持续性保障之一。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。 1 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，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。 2 解决的问题 现在的服务器主机群，除一部分用于大型数据处理的小型机外，大部分是由PC服务器主机构成，并随着用户需求的不断增加，PC服务器的数量也在不停的增加，但终端用户总是觉得访问速度慢，而此时网络流量的确很少，利用率极低。其中部分因素是服务器资源没有整合，造成资源分配的不合理，有些系统在设计 当初是没有问题的。但是，运行一段时间后数据量的增加，使得系统变得很慢，这时，就需要将这些资源(主要是CPU、存储架构 3 解决方案 首先建立一套SAN存储资源共享，将企业的数据存储在更加可靠的SAN盘阵中，同时建立操作系统的虚拟环境，并将有相同应用的主机实现HA的连接。采用虚拟架构相比于传统单台服务器部署单一应用方式的另外一个好处是，可以充分满足不同应用对系统资源的不同要求，如有的应用只需要一个3.0 GHz CPU，512MB的内存就可以很好的运行，而有的高访问率、高吞吐量的应用则需要2个甚至是4个双核的CPU，8GB的内存才能保证稳定的运行。在传统方式下，往往不可能针对每一种应用来采购服务器， 而是用一种或几种配置的服务器来统 一采购，这样，势必会造成某些应用资源富裕，而另一些应用面临资源紧张的情况，且应用之间不能互相调配资源。采用虚拟架构后，由于每个虚拟机所需使 用的系统资源都是由虚拟架构软件统一调配，这种调配可以在虚拟机运行过程中在线的发挥作用，使得任何一个应用都可以有充分保证的资源来稳定运行。同时，该应用在此时用不到的资源又可以被其它更需要资源的应用临时借用过去，最大限度的提高了整体系统的资源利用率。 虚拟技术可以实现动态资源调度。通过DRS (Distributed Resource Scheduling)允许自动地在不同的相应硬件主机之间分配虚拟机。当DAS发现一个虚拟机没有足够的可用资源，会用VMotion技术迁移这个虚拟机从现在的ESX主机到另一个虚拟机主机。ESX Server是一个强健、经过生产验证的虚拟层，它直接安装在物理服务器的裸机上，将物理服务器上的处理器、服务器虚拟化系统架构图 4 需要考虑的因素 1)性能 首先是性能，因为它影响应用程序的性能，并最终影响终端客户的满意程度。 那只能运行非产品级或不太重要的应用服如果虚拟化基础架构的处理损耗较高， 务。由于产品不同，虚拟化解决方案的处理损耗从1%到最多的60%。虚拟化的应用程序的运行效率差异很大，有的能够做到接近原始物理环境下运行的效率，有的则低劣到终端用户所难以接受的程度。同一虚拟化技术路线的不同产品性能也有很大差异，但通常来说，虚拟化硬件会造成较大的性能损耗，但操作系统虚拟化性能损耗极低，几乎可以忽略不计。 2)管理工具 许多组织采用虚拟化项目是因为他们可以降低硬件成本，因为这些数据中心的硬件仅有15%—20%的利用率。虽然硬件和环境的成本本身已经相当可观，但管理成本中更大的部分仍然是来自于服务器的管理成本。管理性任务包括操作系统和应用程序更新、打补丁、备份、安装、开通和应用管理等等。因此对于虚拟化基础设施的管理而言，管理工具就更加重要，只有很好地进行资源的管理和监控才能真正做到有效地利用虚拟服务器的资源。每种虚拟化解决方案能提供的管理工具都很不相同。一些虚拟化解决方案几乎没有什么管理工具，而且使用非常受限制。某些特定的虚拟化解决方案提供很多优秀的工具集，并和产品放在一起以优惠价打包促销。但某些工具却非常的贵，常常是按可选择的产品组件的价格进行销售。将物理服务器迁移到虚拟服务器是非常复杂的工作，以至于经常令管理人员望而却步，特别涉及到企业的关键业务系统时更是如此。大多数虚拟化软件厂商提供迁移工具，而且某些厂商不仅提供从物理服务器到虚拟服务器的迁移工具，他们还提供虚拟环境间甚至从虚拟服务器迁移到物理服务器的迁移工具。在物理服务器到虚拟服务器的迁移过程中，预估物理服务器的资源使用率趋势并以此为基础配置够用的虚拟服务器是非常重要的，其重要性甚至要高于将数据迁移到可靠的虚拟服务器时的要求。 3)平台支持 虚拟化技术将虚拟服务器从其下的硬件中抽象出来，但这并不意味着虚拟基础结构可以支持任何硬件。需要特别注意的是，硬件虚拟化和并行虚拟化必须支持从CPU芯片到显卡等计算机的所有硬件。而操作系统虚拟化技术建立在标准的操作系统之上，因此自然而然的支持操作系统支持的所有硬件，所以操作系统虚拟化产品部署过程更容易。某些虚拟化技术除了支持基本的硬件，还有充分利用 64位处理器，直到16路CPU和64GB的内所有硬件的能力，包括支持SMP、 存。 4)资源管理 三类不同的虚拟化技术对服务器资源分配采用不同的处理方式。硬件虚拟化技术和并行虚拟化技术将虚拟出的硬件资源分配给不同的虚拟服务器使用。这两种技术在分配和更换硬件资源方面的灵活性有所不同。某些资源是动态的可以实时更新，而其它资源可能需要重起服务器或至少中断虚拟服务器。实际上这两种技术为虚拟服务器分配的是虚拟资源，虚拟的资源会有很多的限制，比如可以用于分配的CPU和内存资源总是有限的。操作系统虚拟化对资源的管理是非常灵活的，允许在不中断应用服务或虚拟服务器情况下实时更新资源。特别需要指出的是SWsoft的Virtuozzo允许任何临时需要更多资源的虚拟服务器猝发性使用服务器中未被占用的资源。 5)隔离和安全 对于隔离和安全问题，每种虚拟化技术的处理方式都不同。虚拟化解决方案最基本的组件就是分区。所有虚拟计算机必须完全的隔离，这样进程、动态连接库及应用程序才不会影响同一台服务器的其它虚拟服务器上的应用。相对于普通服务器，由于虚拟化技术改变了访问节点和不同的组件，所以不太可能对于虚拟服务器实施常规性攻击。同隔离一样，对于同一台物理服务器上的两个虚拟服务器来说，彼此之间的安全同样重要。每种技术在处理隔离和安全问题时采用不同的方式，除了XEN和Solaris Container外，已经有大量的客户对现有的虚拟化技术作了广泛的试验确保这些技术隔离和安全的级别是可靠的。 6)服务器利用率 提升服务器的利用率可以显著降低数据中心的资源总拥有成本。在服务器合并项目中主要考虑的成本因素有数据中心的存储、电力和年复一年的硬件维护成本。在评估不同虚拟化解决方案的资源利用率时，需要考虑在一台物理服务器上能够运行的虚拟服务器的数量限制。尽管所有的虚拟化技术对虚拟服务器的数量都没有限制，但在过去由于过高的额外损耗，根本就不能支持更多的虚拟服务器数量。操作系统虚拟化技术在处理服务器利用率方面有着得天独厚的优势。操作系统虚拟化技术在一台物理服务器上没有限制虚拟服务器的数量，高效的架构使得单个服务器在硬件条件允许的情况下可以支持更多的虚拟服务器，这无疑极大的提高了服务器的实际使用率，同时最大化服务器的性价比和投资回报率。 7)平滑将物理服务器迁移到虚拟服务器上 对一些已经在运行的老服务器，可以通过VMware Converter工具在线迁移到新建的ESX Sever上，这样才是真正意义实现了服务器平滑升级。 VMware Converter 可以在多种硬件上运行，并支持常用的大多数 Microsoft Windows 操作系统版本。通过这一功能强大的企业级迁移工具，可 以实现: (1)快速而可靠地将本地和远程物理机转换为虚拟机，而不会造成任何中断或停机。 (2)通过集中式管理控制台和直观的转换向导同时完成多个转换。 3)将其它虚拟机格式(如 Microsoft Virtual PC 和 Microsoft Virtual Server) ( 或物理机的备份映像(如 Symantec Backup Exec LiveState Recovery 或 Ghost 9)转换为 VMware 虚拟机。 ware Consolidated Backup (VCB) 映像恢复到运行的 (4)将虚拟机的 VM 虚拟机。 (5)作为灾难恢复的一部分，将物理机克隆并备份为虚拟机。 5 结语 服务器虚拟化技术是动态资源调度的核心，也是灾难恢复的一个有效解决方案。对服务器整合来说最好的解决方案是操作系统虚拟化，因为操作系统虚拟化拥有更低的服务器损耗，因此能够显著的提升服务器的利用率。由于虚拟化服务器可以被激活、重起且可在限定的时间内创建重要服务器，所以虚拟化服务器在短时间内快速成为经济高效且具有更高管理性能的灾难恢复解决方案之一。