VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)研究

汪蔓

摘要：服務(wù)器虛擬化應(yīng)用越來越廣泛，虛擬化技術(shù)層出不窮，該文對(duì)VMware服務(wù)器虛擬化進(jìn)行了簡單介紹，并提供了一種虛擬化的解決方案，通過簡單的技術(shù)說明對(duì)方案進(jìn)行闡述，最后在成本及安全性方面進(jìn)行分析，突出虛擬化技術(shù)的必要性及可行性。

關(guān)鍵詞：虛擬化；服務(wù)器；解決方案；系統(tǒng)安全

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）24-5776-03

VMware Server Virtualization Technology Research

WANG Man

（Anhui Science and Technology Information Institute， Hefei 230011， China）

Abstract： Server virtualization application is more and more widely， virtualization technology emerge in endlessly， this article has carried on the simple introduction to VMware server virtualization， and provides a virtualization solution， Through a simple technical specifications for solution， finally Analyses the cost and safety， Highlight the necessity and feasibility of virtualization technology.

Key words： virtualization； server； solutions； system security

近年來，業(yè)務(wù)需求的不斷增長對(duì)服務(wù)器的購買需求日益增加，運(yùn)行維護(hù)的成本也越來越高，服務(wù)器虛擬化成為降低運(yùn)行成本、實(shí)現(xiàn)資源整合的必然趨勢。

1 服務(wù)器虛擬化概述

虛擬化技術(shù)就是把每臺(tái)物理服務(wù)器資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌系馁Y源池，以打破單臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器物理結(jié)構(gòu)間的壁壘。服務(wù)器虛擬化主要有兩種類型： “多變一”和“一變多”?！岸嘧円弧本褪菍⒍嗯_(tái)物理服務(wù)器虛擬成一臺(tái)邏輯服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)分布計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算以及云計(jì)算，從而處理同一個(gè)業(yè)務(wù)；“一變多”是比較多常見一種的虛擬化技術(shù)，即將一臺(tái)物理服務(wù)器轉(zhuǎn)化為邏輯服務(wù)器，充分利用此臺(tái)物理機(jī)虛擬成多臺(tái)互相隔離的虛擬服務(wù)器，將CPU、硬盤、內(nèi)存等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的資源，從而實(shí)現(xiàn)資源的整合利用。除此之外，還有“多變多”的方式，將多臺(tái)物理機(jī)虛擬成一臺(tái)邏輯服務(wù)器，再將其劃分為多個(gè)虛擬的環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)的分布式運(yùn)行[1]。

虛擬化技術(shù)提升了X86服務(wù)器的性能，使服務(wù)器的各項(xiàng)資源得到了充分利用，同時(shí)一臺(tái)服務(wù)器上可以運(yùn)行多個(gè)不同操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)，從而保障了各類應(yīng)用在不同的系統(tǒng)上正常運(yùn)行。

2 VMware服務(wù)器虛擬化分析

目前，應(yīng)用比較廣泛的虛擬化軟件主要有以下幾種：思杰的Xen Server、微軟的Hyper-V以及VMware 的ESX server，其中VMware ESX Server以占用磁盤空間小、不依賴通用操作系統(tǒng)、擁有加強(qiáng)型驅(qū)動(dòng)程序以及資源分配靈活等優(yōu)點(diǎn)被大多數(shù)企業(yè)及部門所采用。

2.1 VMware虛擬化介紹

VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)的特性主要有以下四種：一臺(tái)物理服務(wù)器上可以虛擬出多臺(tái)邏輯服務(wù)器；不同的虛擬機(jī)之間是完全物理隔離的；每個(gè)虛擬機(jī)都是以一個(gè)文件夾的形式保存在服務(wù)器上，可以進(jìn)行復(fù)制及轉(zhuǎn)移；虛擬機(jī)相對(duì)于硬件獨(dú)立，可以在配置不同的服務(wù)器上運(yùn)行[2]。

VMware ESX Server是使用最為廣泛的虛擬化產(chǎn)品之一，他包含了VMware產(chǎn)品的所有特性，是一個(gè)適用于任何操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)軟件，采用裸金屬架構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)（見圖1） ，動(dòng)態(tài)的資源控制，可適應(yīng)各類應(yīng)用程序的需要。

2.2 VMware服務(wù)器虛擬化方案介紹

為更好的實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的整合，VMware的解決方案是采用少量的服務(wù)器做為虛擬平臺(tái)服務(wù)器，以安裝了vSphere5核心組件ESXi 5.0增強(qiáng)版軟件的裸機(jī)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建出多個(gè)虛擬機(jī)（VM），從而增強(qiáng)單個(gè)物理服務(wù)器處理能力，對(duì)于每一臺(tái)虛擬服務(wù)器，從性能、結(jié)構(gòu)和管理方式上，都與原來的單臺(tái)物理服務(wù)器不相上下，保證操作和使用習(xí)慣的延續(xù)性。

每臺(tái)虛擬機(jī)可以安裝配置Windows 或 Linux等操作系統(tǒng)，進(jìn)而再安裝應(yīng)用程序，這樣就可以使用盡可能少的物理服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合。

圖2是整合過后的虛擬化架構(gòu)：

搭建虛擬化集群，對(duì)所有虛擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。vCenter是管理虛擬化集群的核心軟件，所以保障其運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定性和可靠性，一般建議采用虛擬機(jī)（VMware vCenter Appliance）形式來配置vCenter 5，或者使用一臺(tái)安裝了Windows 2008 R2系統(tǒng)的服務(wù)器來做為vSphere套件中的vCenter服務(wù)器。vCenter服務(wù)器為 IT 環(huán)境提供了集中化的管理，提高了易用性、資源優(yōu)化率以及可用性，分布式的服務(wù)也在一定程度上提升了數(shù)據(jù)中心的安全性和可靠性[3]。隨著虛擬化應(yīng)用的不斷增加，可以增加虛擬化集群的數(shù)量和規(guī)模，提供更多的應(yīng)用。因?yàn)樵诳蛻舳撕驮鹊奈锢矸?wù)器操作方式一致，所以在應(yīng)用上不會(huì)對(duì)各類系統(tǒng)造成任何不利影響。

服務(wù)器虛擬化方案是以安裝了VMware vSphere5的多路物理物理服務(wù)器為主體機(jī)構(gòu)，圖3以2臺(tái)服務(wù)器為例，說明了其大致的連接方式：

VMware Tools是虛擬機(jī)運(yùn)行流暢的重要組件，針對(duì)不對(duì)的操作系統(tǒng)有不同的VMware Tools，它不僅可以改善虛擬機(jī)的顯示效果，提高鼠標(biāo)響應(yīng)速度，提供更高網(wǎng)絡(luò)效率的虛擬網(wǎng)卡，并可響應(yīng)ESX服務(wù)器發(fā)出的關(guān)機(jī)、重啟等一系列指令，所以在虛擬機(jī)安裝完成后，VMware Tools也必不可少。

VMware ESX Server（見圖4） 是虛擬架構(gòu)套件vSphere的基礎(chǔ)組成部分，它是基于裸金屬架構(gòu)的，可以直接安裝在裸機(jī)上。其作用是將物理服務(wù)器的各類硬件資源，如CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡以及硬盤等資源映射到虛擬機(jī)，為虛擬機(jī)提供基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境。大量的硬件資源共享降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高了安全性和可用性。

3 成本優(yōu)勢及安全性分析

3.1 成本優(yōu)勢

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用虛擬架構(gòu)整合后，服務(wù)器的平均利用率從10-25%提升到了65%-90%，通過虛擬化的方式，大大減少了對(duì)原有傳統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)量需求，一臺(tái)物理服務(wù)器可以虛擬出20臺(tái)的配置不同的虛擬機(jī)，各虛擬機(jī)所使用的系統(tǒng)資源由虛擬架構(gòu)軟件統(tǒng)一調(diào)配，最大限度的提高了資源利用率，同時(shí)降低了原有的機(jī)房空間需求，在用電、制冷等方面都不同程度的節(jié)約了開支，降低了整體的運(yùn)行成本。

3.2 安全性分析

VMware主要通過VMotion、vShpere HA、vSphere Fault Tolerance（FT容錯(cuò)）以及VMware Distributed Resource Scheduler （DRS）來保證虛擬系統(tǒng)的安全運(yùn)行：

VMotion功能可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)不停機(jī)的從一臺(tái)物理機(jī)遷移至另外一臺(tái)物理機(jī)，從而避免一臺(tái)物理機(jī)宕機(jī)或者硬件維護(hù)可能造成的服務(wù)中斷，同時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行虛擬機(jī)遷移，使系統(tǒng)遷移更加便捷、迅速，VMotion的實(shí)現(xiàn)機(jī)理如圖5所示：

VMware HA是一種利用了VMotion技術(shù)且功能更加豐富的產(chǎn)品，它不間斷地監(jiān)控群集中所有的 ESX Server 物理服務(wù)器，發(fā)現(xiàn)故障后自動(dòng)選擇同一群集中的最佳物理服務(wù)器來重啟故障影響的虛擬機(jī)，為整個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)提供了最基礎(chǔ)的保障。

vSphere Fault Tolerance（FT容錯(cuò)）的實(shí)現(xiàn)機(jī)理是在不同的主機(jī)上同步運(yùn)行相同的虛擬機(jī)，出現(xiàn)故障時(shí)，所有的虛擬機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無縫切換，實(shí)現(xiàn)零宕機(jī)，降低了數(shù)據(jù)損失的概率，保障了業(yè)務(wù)的完整性和連續(xù)性[4]。 FT容錯(cuò)技術(shù)提供了最高級(jí)別的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障，使用較小的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)高可靠性的要求。多網(wǎng)卡和多HBA卡等硬件也是服務(wù)器虛擬化的最基本需求，通過網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)訪問的冗余性，可以避免在一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)造成虛擬機(jī)的服務(wù)中斷。

VMware Distributed Resource Scheduler（DRS） 持續(xù)性監(jiān)控服務(wù)器資源的使用情況，對(duì)業(yè)務(wù)的級(jí)別進(jìn)行優(yōu)先級(jí)評(píng)估，按照優(yōu)先級(jí)為應(yīng)用程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)資源分配，實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡，如圖6所示。

4 結(jié)論

通過VMware虛擬化技術(shù)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行整合利用，減少物理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和服務(wù)器機(jī)柜等設(shè)備設(shè)施的使用數(shù)量，顯著的

提高了單臺(tái)物理服務(wù)器中各類硬件資源的利用率，從而降低了運(yùn)營以及維護(hù)成本。虛擬機(jī)及其上應(yīng)用程序的部署速度加快，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間完成應(yīng)用部署的要求，提高了業(yè)務(wù)管理水平。同時(shí)，整合后可以接入到存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)， 充分利用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的優(yōu)勢，將分散的數(shù)據(jù)集中管理備份，為容災(zāi)打下基礎(chǔ)，提高了這些應(yīng)用的可用性、靈活性和安全性。

“虛擬化是云計(jì)算的基礎(chǔ)”，這已經(jīng)是一個(gè)毋庸置疑的話題。通過虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了未來向云計(jì)算的過渡，提供了一個(gè)更加可靠、穩(wěn)定和易于擴(kuò)展的平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林強(qiáng)，陳建云，吳仕仁.虛擬服務(wù)器在福州氣象機(jī)房建設(shè)的應(yīng)用研究[J].軟件，2012（7）.

[2] 譚文輝.利用VMware實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化[J].艦船電子工程，2008（6）.

[3] 葉水勇，孫曉燕.利用虛擬化技術(shù)對(duì)服務(wù)器和應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整合[J].電力信息化，2009（11）.

[4] 連鴻鵬.云計(jì)算VMware vSphere虛擬化技術(shù)的架構(gòu)分析[J].軟件導(dǎo)刊，2012（8）.