服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

李健虹

(天津中環(huán)創(chuàng)新科技有限公司 天津 300190)

0 引 言

虛擬化概念的提出應(yīng)追溯到 20世紀(jì) 60年代，當(dāng)時(shí) IBM的工程師 Jim Rymarczyk首次在大型機(jī)上采用虛擬化技術(shù)，使不同的應(yīng)用程序可以在一臺大型機(jī)上同時(shí)運(yùn)行。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)以及價(jià)格經(jīng)濟(jì)的 x86服務(wù)器被廣泛使用，虛擬化技術(shù)逐漸淡出人們的視野。20世紀(jì)90年代末，x86服務(wù)器和硬件的增加帶來了新的問題：基礎(chǔ)架構(gòu)使用率低下(通常只有 10%～15%)，電力成本上漲，管理成本激增以及安全保護(hù)不足等。為解決上述問題，針對x86系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，再次成為研究熱點(diǎn)。虛擬化技術(shù)能夠降低管理成本，提高系統(tǒng)使用率；實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配，滿足終端用戶復(fù)雜的需求；另外，虛擬化技術(shù)能夠極大地提升系統(tǒng)安全性。因此，針對x86系統(tǒng)的虛擬化具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 解決的問題

目前中等規(guī)模的服務(wù)器機(jī)房一般都有幾十臺服務(wù)器，分別部署著不同的應(yīng)用系統(tǒng)，包括 Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、郵件服務(wù)器、文件共享服務(wù)器以及冗余備份服務(wù)器等。這些服務(wù)器的配置不同，性能也高低不一，只有很少部分是用于高速數(shù)據(jù)處理的小型機(jī)，其余大部分是PC類服務(wù)器。初期時(shí)，所有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都能高效正常運(yùn)行，但隨著業(yè)務(wù)系統(tǒng)的增加，PC服務(wù)器的數(shù)量也不斷增加，逐漸出現(xiàn)部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行效率降低，維護(hù)和管理成本急劇上升的問題。這些問題主要是因?yàn)橛行I(yè)務(wù)系統(tǒng)在運(yùn)行初期系統(tǒng)負(fù)載較小，隨著時(shí)間的推移，業(yè)務(wù)在不斷增加，但原有服務(wù)器的資源卻沒有相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)載太大，業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行效率降低。與此同時(shí)，其他服務(wù)器資源利用率卻很小，各服務(wù)器之間負(fù)載不均衡。另外隨著服務(wù)器數(shù)量的增加，投入的硬件成本也在不斷增加，由于不能集中管理，導(dǎo)致管理成本也急劇增加，因此高效整合服務(wù)器、動(dòng)態(tài)調(diào)整資源、集中式地管理成為解決這些問題的關(guān)鍵，而服務(wù)器虛擬化正是解決這些問題的利器。

2 解決方案

首先建立一套共享的存儲系統(tǒng)，將企業(yè)數(shù)據(jù)集中存儲在更加可靠的共享存儲系統(tǒng)中，以保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。其次利用虛擬化軟件建立虛擬服務(wù)器環(huán)境，并將安裝有關(guān)鍵應(yīng)用的服務(wù)器實(shí)現(xiàn) HA(高可用性)的連接，構(gòu)建一個(gè)以共享存儲為基礎(chǔ)、以虛擬化為核心的服務(wù)器架構(gòu)(見圖1)。

目前主要有 SAN(存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò))和 NAS(網(wǎng)絡(luò)附加存儲)兩個(gè)主流的共享存儲系統(tǒng)部署方式，本文采用 SAN部署方式。具體做法是，將光纖存儲陣列產(chǎn)品通過高性能的光纖通道交換機(jī)相連，并采用光纖網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信，這些連接基于固有的光纖通道和 SCSI(通過 SCSI到光纖通道轉(zhuǎn)換器和網(wǎng)關(guān))，一個(gè)或更多的光纖通道交換機(jī)在主服務(wù)器與存儲設(shè)備之間提供相互連接，確保連接的可靠和高效。

為了保證系統(tǒng)資源的負(fù)載均衡，可充分利用虛擬環(huán)境中虛擬機(jī)可動(dòng)態(tài)遷移的特性，將由虛擬管理軟件生成的虛擬主機(jī)文件存放在 SAN共享存儲系統(tǒng)上。通過共享的 SAN存儲系統(tǒng)，可以最大化地發(fā)揮虛擬架構(gòu)的優(yōu)勢，當(dāng)某個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用的服務(wù)器出現(xiàn)問題時(shí)可將虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移到別的服務(wù)器，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的連續(xù)性。VMWare的 DRS(Distributed Resource Scheduler，分布式資源調(diào)度)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)資源調(diào)度的自動(dòng)化，當(dāng) DSR發(fā)現(xiàn)某個(gè)虛擬機(jī)的可用資源短缺時(shí)，會(huì)采用VMotion技術(shù)將這個(gè)虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移到另一個(gè)可用資源充足的主機(jī)。另外，關(guān)鍵應(yīng)用的備份也至關(guān)重要。

圖1 服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture of the Server virtualization system

3 需要考慮的因素

3.1 性能

服務(wù)器虛擬化的目的之一就是提高應(yīng)用程序的性能，因此性能是需要考慮的首要因素。這里不僅要考慮虛擬化產(chǎn)品自身的性能，還要考慮虛擬化技術(shù)對應(yīng)用程序帶來的影響。與直接部署在物理服務(wù)器上的應(yīng)用程序相比，采用虛擬化架構(gòu)的應(yīng)用程序性能普遍下降 1%到 60%，因此不同虛擬化架構(gòu)的產(chǎn)品對應(yīng)用程序性能帶來的損耗差異非常大，甚至相同虛擬化架構(gòu)的不同產(chǎn)品都會(huì)有所不同。理論上，對虛擬化軟件比虛擬化硬件帶來的性能損耗要低得多。

3.2 管理工具

除了性能，成本也是尤其需要考慮的因素。正如前面所講，虛擬化產(chǎn)品通過分布式資源調(diào)度技術(shù)提高服務(wù)器的硬件利用率，最終降低了硬件成本。但除了硬件投入的成本外，服務(wù)器的管理操作產(chǎn)生的成本也不容忽視。服務(wù)器的管理包括應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的安裝、更新、備份、補(bǔ)丁升級等，一般的服務(wù)器集群，少則三、四十臺服務(wù)器，多則上百臺服務(wù)器，甚至更多，如果按照傳統(tǒng)的管理方式，對這些服務(wù)器進(jìn)行單獨(dú)維護(hù)和管理，可想而知成本非常大，而采用虛擬化產(chǎn)品的管理工具就可以對這些服務(wù)器進(jìn)行集中管理，包括集中更新、升級和備份等，也可以集中監(jiān)控所有服務(wù)器資源，因此優(yōu)秀的管理工具是虛擬化產(chǎn)品的殺手锏。

3.3 虛擬化技術(shù)

目前主流的虛擬化技術(shù)主要分為 3類：硬件虛擬化技術(shù)、并行虛擬化技術(shù)和操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)。其中前兩種技術(shù)都是對服務(wù)器的硬件進(jìn)行虛擬化，都支持在單臺物理服務(wù)器上虛擬多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，區(qū)別在于第 1種技術(shù)會(huì)帶來較大的硬件損耗，而第 2種技術(shù)針對操作系統(tǒng)做了一些修改，降低了硬件損耗，但遺憾的是目前并沒有成熟的商用產(chǎn)品。第3種技術(shù)是基于軟件的虛擬化，它對硬件的損耗幾乎可以忽略不計(jì)，因此具有較高的性價(jià)比，但是缺點(diǎn)就是單臺物理服務(wù)器上只能虛擬一種操作系統(tǒng)，甚至有的虛擬化產(chǎn)品只支持固定的1種操作系統(tǒng)。另外 3種虛擬化技術(shù)對平臺的支持程度也不同，前兩種虛擬化技術(shù)的產(chǎn)品，需要考慮其是否支持服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、主板、硬盤以及顯卡等所有硬件，有時(shí)還要考慮其對服務(wù)器某些硬件特性的支持程度，比如是否支持SMP和64位處理器，或者多路 CPU以及大內(nèi)存等。第 3種是針對操作系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化，只要被虛擬的操作系統(tǒng)支持服務(wù)器的硬件，其就可以完美支持。

4 結(jié) 語

從服務(wù)器的利用率和性能損失來說，操作系統(tǒng)虛擬化是服務(wù)器整合的最有效方式，但是單臺服務(wù)器上只能虛擬 1種操作系統(tǒng)，不夠靈活。硬件虛擬化技術(shù)支持多種操作系統(tǒng)，但需要考慮物理服務(wù)器的硬件，各有利弊?？傊?，服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以有效降低數(shù)據(jù)中心的硬件和管理成本，提高服務(wù)器的利用率，并且可以快速創(chuàng)建關(guān)鍵服務(wù)器，保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。因此，服務(wù)器虛擬化技術(shù)是系統(tǒng)資源負(fù)載不均衡、保證系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)不間斷運(yùn)行的有效解決方案?！?/p>

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