虛擬主機服務應用技術研究1

李永紅 周 娜 房曉亮 吳 晨

1）山東省地震局，濟南 250014

2）中國地震臺網中心，北京 100045

引言

虛擬化，包括網絡、安全、服務器、存儲、應用（應用程序、虛擬桌面）等，是現(xiàn)代信息技術發(fā)展的方向。本文圍繞“十一五”山東區(qū)域數(shù)據(jù)中心虛擬主機服務的建設需求，總結了服務器虛擬化的關鍵技術、建設經驗、存在的缺點與不足，旨在為服務器虛擬化的建設提供借鑒與指導。

1 現(xiàn)狀

地震系統(tǒng)“十五”項目建設完成后，山東地震區(qū)域數(shù)據(jù)中心部署了近 60臺服務器，其中在公共信息服務方面的服務器近20臺（表1），主要承載網站、內部辦公、郵件、DNS、FTP、網絡運行管理等應用支撐。

表1 區(qū)域中心服務器應用情況一覽表Table 1 List of regional application center server

續(xù)表

從表1可以看出，每個應用獨占1臺物理服務器，系統(tǒng)在日常運行的過程中主要存在以下問題：

（1）服務器資源利用率較低。9臺服務器CPU利用率低于1%，7臺服務器CPU利用率在1%—3%之間，2臺服務器CPU利用率在40%以上；14臺機器的內存利用率在10%以下。

（2）能耗大，日常運行成本高。若每臺服務器按照500W的耗電量計算，日耗電量約240度，按照每度電0.6元計算，年運行電費約5.256萬元，還不包括機房空調運轉，冷卻服務器所產生的熱量所需的用電消耗。

（3）占用機房空間、網絡資源多。20臺服務器占據(jù)了3個42U的標準服務器機柜，占用了40個交換機端口。

（4）應用系統(tǒng)存在單點故障，業(yè)務連續(xù)性差。目前，各種應用單機部署、單機運行，一旦出現(xiàn)單個物理服務器故障，服務器所承載的業(yè)務必定造成中斷。

2 需求

隨著山東省防震減災各項業(yè)務系統(tǒng)信息化建設的需求不斷增加以及現(xiàn)有服務器設備的逐漸老化（一般服務器等電子元器件設備的生命周期為5年），“十一五”期間山東省地震局按照“資源整合、統(tǒng)籌規(guī)劃”的建設思路，對區(qū)域中心服務器方面的建設需求進行了梳理，設計了區(qū)域中心服務器虛擬化建設方案，以支撐專業(yè)應用和公共信息服務系統(tǒng)。

3 關鍵技術

虛擬化是采用硬件和軟件的分區(qū)、分時、部分或者全部的設備模擬、仿真、服務質量保障（QoS）等一種或多種技術，將計算機資源分割成多個可執(zhí)行環(huán)境的框架或方法（Amit Singh，2004）。虛擬化是一個抽象層，它將物理硬件與操作系統(tǒng)分開，從而提供更高的 IT 資源利用率和靈活性。目前有多家公司或開源項目，如VMware、Xen（Citrix/其他基于Xen的產品）、Parallels（Virtuozzo）、Microsoft（Hyper-V）等（表 2），提供服務器虛擬化產品或技術服務（李建軍，2008）。

表2 主要的虛擬化技術廠商（項目）Table 2 Leading virtualization technology suppliers

3.1 VMware（ESX server）

VMware公司于1999年將虛擬化技術首次引入x86計算平臺，VMware Infrastructure 是將操作系統(tǒng)從運行它的底層硬件（包括處理器、內存、磁盤以及網絡等設備，轉換到一個邏輯的運算資源池）中抽離出來，操作系統(tǒng)及其應用程序被隔離到安全、可移動的虛擬機中。虛擬機可以在資源池中的任一物理服務器上根據(jù)需求和優(yōu)先級，動態(tài)地分配資源，無需宕機便可在服務器之間無縫地轉移。從而實現(xiàn) IT 資源的優(yōu)化，確保虛擬主機的高可用性和安全性、提高硬件資源的使用效率，滿足不斷變化的業(yè)務需求。

3.2 Xen（Citrix/其他基于Xen的產品）

Xen是一個Open Source的項目，提供了一個強大的hypervisor。支持x86、x86_64、IA64、PowerPC和其他的CPU架構，支持Windows、Linux、Solaris和其他多種版本的BSD多種操作系統(tǒng)。近幾年來，作為最優(yōu)秀的開源虛擬化軟件，Xen收到了廣泛的關注，先后受到Red Hat、SUSE等Linux領袖乃至IBM和微軟等業(yè)界巨頭的青睞。

2007年8月Citrix收購XenSource，推出Xen Server。Novell的SUSE Linux Enterprise Server 10是基于Xen的第一個帶有集成式虛擬化技術的操作系統(tǒng)產品。Red Hat Enterprise Linux 5在2006年底也提供集成的XenSource技術。2007年11月，Oracle也推出了基于Xen的虛擬化產品Oracle VM。

3.3 Parallels（Virtuozzo）

Virtuozzo是一款成熟、唯一主要用于生產型服務器的虛擬化軟件產品，旨在采用先進的虛擬化技術最大化利用服務器資源，在單個物理服務器上創(chuàng)建多臺完全隔離的虛擬環(huán)境（VE運轉與獨立服務器完全一樣），實現(xiàn)了硬件、許可證的共享，支持分布式計算平臺資源的彈性、有效管理。Virtuozzo虛擬化技術在提高資源利用率的同時，還大大降低了軟件和管理成本（PConline，2011）。

3.4 Microsoft（Hyper-V）

Hyper-V是微軟最新推出的服務器虛擬化解決方案，微軟具有全面的從數(shù)據(jù)中心到桌面虛擬化的產品，桌面有Virtual PC，服務器有Virtual Server。Hyper-V和Virtual Server雖同為服務器虛擬化產品，但Hyper-V采用了類似VMware、Xen那樣的具有hypervisor的架構，相比Virtual Server有了突破性的進展。

4 應用實踐

本文的服務器虛擬化實施主要是采用VMware公司的完全虛擬化技術（表3），并開展了Citrix虛擬化測試器虛擬化技術應用測試（表4）。

表3 基于vmware服務器虛擬化技術設備配置一覽表Table 3 List of equipment configuration based on VMware Server virtualization technology

4.1 Vmware虛擬化方案

采用4臺浪潮NF5280M2服務器構建硬件平臺，使用高性能的Emc AX4-5i0磁盤陣列作為iSCSI架構的數(shù)據(jù)存儲，分配8T的存儲空間為服務器虛擬化提數(shù)據(jù)存儲，虛擬化軟件采用vSphere 4.1。

4.2 Citrix虛擬化測試

采用2臺IBM服務器以及“XenServer6.0、XenApp6.0、XenDesktop5”等Ctrix虛擬化產品，進行了物理服務器虛擬化、虛擬主機HA、桌面虛擬化等方面的測試。

5 結論

通過應用虛擬化技術，較好地解決了物理服務器資源利用率低、維護困難、部署較慢等問題，降低了運行維護成本。

（1）節(jié)約資源

4臺物理服務器虛擬化后，替代了區(qū)域中心原有20臺服務器支撐的業(yè)務，節(jié)約了機房空間資源（72U減少為8U）、網絡資源（原40個網路接口，現(xiàn)12個），降低了能耗（服務器耗電量從8.3KVA降低到2.3KVA）。

（2）提升安全

通過虛擬主機的HA等功能，保證虛擬服務器連續(xù)穩(wěn)定運行；虛擬主機服務的數(shù)據(jù)存儲在EMC存儲系統(tǒng)上，增加虛擬主機文件和數(shù)據(jù)的安全。陣列的硬盤可靠性要遠遠高于普通服務器硬盤，同時其良好的硬盤檢測與故障處理功能，可大大降低因硬盤原因導致的數(shù)據(jù)丟失。

（3）提高效率

通過虛擬主機的導入、導出等功能，簡化操作系統(tǒng)的部署與恢復，提高了系統(tǒng)恢復時間。通過桌面虛擬化和應用虛擬化，簡化了客戶端應用部署，增加了用戶數(shù)據(jù)的安全性。

（4）存在的不足

一方面，虛擬化技術可以實現(xiàn)多臺物理服務器資源整合，而虛擬化技術不能將一個應用分布運行在多臺物理硬件上。另一方面，對于某些特殊要求的應用系統(tǒng)，虛擬主機服務不能滿足業(yè)務數(shù)據(jù)處理的要求，如測震數(shù)據(jù)流存儲Mysql數(shù)據(jù)庫服務器。

李建軍，2008. 服務器虛擬化技術. 百度文庫，http://wenku.baidu.com/view/ 0c7b3cfb0242a8956bece45c.html.

Amit Singh, 2004. An Introduction to Virtualization. http://www.kernelthread.com/ publications/ virtualization/.

PConline，2011. Virtuozzo虛擬化軟件安裝與配置指南. http://servers.pconline.com.cn/ skills/0711/1155124.html