基于VMWARE的數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)研究

馬春翼

摘要：隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的信息化建設(shè)如火如荼，針對各方面的應(yīng)用層出不窮，服務(wù)器的數(shù)量也呈現(xiàn)幾何級數(shù)增長，與此同時，Vmware數(shù)據(jù)中心也面臨著安全、能效、兼容性等一系列的挑戰(zhàn)，虛擬化技術(shù)的發(fā)展為解決這一難題提供了一條重要途徑，隨著虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，這些問題都被很好地得到了解決。文章結(jié)合了數(shù)據(jù)中心在發(fā)展中的逐漸顯現(xiàn)出來的問題，通過對虛擬化技術(shù)的具體研究分析，論述了VMware數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)的必要性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù)；數(shù)據(jù)中心；VMWARE；虛擬內(nèi)存；物理內(nèi)存

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）16-0001-02

如今，虛擬化和云計算技術(shù)正在改變著世界計算技術(shù)的格局，數(shù)字化、信息化的建設(shè)已成為現(xiàn)代社會進(jìn)步的主要標(biāo)志，數(shù)據(jù)中心技術(shù)已達(dá)到了“云計算”的層面，而虛擬化服務(wù)能為此提供了強(qiáng)有力的支持。虛擬化是一種經(jīng)過驗證的軟件技術(shù)，它正迅速地改變著IT的面貌，并從根本上改變了人們的計算方式，與未實現(xiàn)虛擬化的數(shù)據(jù)中心環(huán)境相比，虛擬化技術(shù)既能夠保障應(yīng)用和操作系統(tǒng)的高可靠性，也符合綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的初衷。除此之外，虛擬化技術(shù)帶來的不僅僅是服務(wù)器整合方面的優(yōu)勢，更多的是將數(shù)據(jù)中心內(nèi)陳舊的硬件平臺上運作的操作系統(tǒng)無縫平移，將操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)硬件相分離便于更好的操作

1 對于數(shù)據(jù)中心的相關(guān)分析

數(shù)據(jù)中心（Date Center）是全球協(xié)作的特定設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，是一套由計算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備組成，用來在 internet網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上傳遞、加速、展示、計算、儲存數(shù)據(jù)信息的完善系統(tǒng)工程。典型的vmwarevsphere數(shù)據(jù)中心是由基本物理構(gòu)建塊組成，其數(shù)據(jù)中心的物理拓?fù)浒ǖ慕M件包括計算服務(wù)器、存儲網(wǎng)絡(luò)和陣列、IP網(wǎng)絡(luò)、vCenter Server、管理客戶端。

數(shù)據(jù)中心是人類社會進(jìn)入21世紀(jì)以后才出現(xiàn)的一項新生工程，在信息化早期，數(shù)據(jù)中心的作用主要是數(shù)據(jù)的存儲和管理，隨著其他應(yīng)用系統(tǒng)的不斷開展與應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心開始承擔(dān)起了核心運算、數(shù)據(jù)處理的功能。其短短的十幾年發(fā)展歷程可以分成三個階段，第一個階段是數(shù)據(jù)中心的外包業(yè)務(wù)服務(wù)時期，進(jìn)入第二個時期階段后，除了在基礎(chǔ)資源上的出租服務(wù)和維護(hù)服務(wù)，也產(chǎn)生了一些增值業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)范圍變成了“基礎(chǔ)資源出租業(yè)務(wù)+增值業(yè)務(wù)”，在第三個階段里，數(shù)據(jù)中心的概念被進(jìn)一步拓展，功能也更加的多樣化，而且在這一階段里，虛擬化成為數(shù)據(jù)中心的主要特征之一。

首先就是服務(wù)器硬件資源的利用率，數(shù)據(jù)中心資源利用率低是目前普遍存在的一個問題，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器采用專用方式配備，多家第三方機(jī)構(gòu)的調(diào)研表明企業(yè)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器平均利用率在5%-10%之間，并且硬件的成本高，維護(hù)的成本也高。其次就是應(yīng)用系統(tǒng)的安全冗余度，當(dāng)計算機(jī)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行問題調(diào)試或者系統(tǒng)升級時，一般都需要進(jìn)行停機(jī)服務(wù)，應(yīng)用系統(tǒng)因此中斷，影響業(yè)務(wù)的正常運行。第三就是服務(wù)器的傳統(tǒng)部署模式，在傳統(tǒng)的方式下，每臺物理服務(wù)器只運行一個業(yè)務(wù)系統(tǒng)并且架構(gòu)復(fù)雜，很難實現(xiàn)服務(wù)器資源在不同軟件應(yīng)用間的共享。最后就是機(jī)房的物理條件，電源容量、制冷、線路布置等諸多環(huán)境設(shè)施要求的不斷提高是數(shù)據(jù)中心面臨的又一個巨大挑戰(zhàn)。

而Vmware數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)是一新的進(jìn)展，其高度的虛擬化特征使得上述問題都得到了很好的解決。這種虛擬化管理使得數(shù)據(jù)中心運維更加簡單，業(yè)務(wù)的發(fā)展數(shù)據(jù)中心更加靈活、高效，既提高了服務(wù)器資源的利用率，又降低了能源消耗。

2 關(guān)于虛擬化技術(shù)的具體研究

經(jīng)過大約一個世紀(jì)的發(fā)展，虛擬化技術(shù)已經(jīng)非常穩(wěn)定，出現(xiàn)了很多的技術(shù)和企業(yè)，但它們都遵循相同的虛擬技術(shù)原理，即將現(xiàn)有的服務(wù)器物理主機(jī)的各種硬件資源進(jìn)行有效再分配，分為多個不同的虛擬主機(jī)，每一臺主機(jī)都必須具有一臺物理主機(jī)所擁有的所有硬件資源。目前市場上主要存在的虛擬機(jī)技術(shù)有Open VZ、Xen、KVM、和Vmware。Open VZ是操作系統(tǒng)上的虛擬化技術(shù)，是底層操作系統(tǒng)上的層應(yīng)用，這意味著易于理解和低權(quán)重開銷，也意味著更優(yōu)的性能，正因為Open VZ配置起來比較靈活，所以給了許多黑心服務(wù)商改低限制的機(jī)會。而且它的成本較高，對于服務(wù)商和客戶都為不利。Xen是半虛擬技術(shù)，它并不是一個真正的虛擬機(jī)，而是相當(dāng)于自己運行了個內(nèi)核的實例，可以自由的加載內(nèi)核模塊、虛擬的內(nèi)存和IO，穩(wěn)定而且可預(yù)測。KVM是完全虛擬技術(shù)，它可以安裝任意類型的操作系統(tǒng)，并且需要CPU虛擬化指令支持，因此，出售KVM的VPS商家不多，并且技術(shù)支持和售后服務(wù)也比不上Xen的vps主機(jī)那么成熟。Vmware通常被認(rèn)為是當(dāng)今市場上最成熟的虛擬化產(chǎn)品，它在VPS環(huán)境中的表現(xiàn)最接近獨立的服務(wù)器，支持著多種操作功能，對虛擬機(jī)的集群化管理也有著相當(dāng)豐富的功能。

VMWARE虛擬化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點：

[虛擬化之前 虛擬化之后 每臺主機(jī)一個系統(tǒng) 打破了操作系統(tǒng)和硬件的相互依賴 軟件硬件緊密的結(jié)合 通過封裝到虛擬機(jī)的技術(shù)，管理操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序為單一的個體 在同一臺主機(jī)上運行多個應(yīng)用程序通常會遭遇沖突 強(qiáng)大的安全和故障隔離（在同一服務(wù)器上的虛擬機(jī)相互隔離） 系統(tǒng)的資源利用率低 虛擬機(jī)是獨立與硬件的，它們能夠在任何硬件上運行 硬件的成本高并且不夠靈活 ]

除此之外，從美國公用事業(yè)局的數(shù)據(jù)中心耗電節(jié)約調(diào)查報告來看，每虛擬化一個負(fù)載，每年可以節(jié)約600美金（或約7000度）的電能。

3 Vmware數(shù)據(jù)中心的虛擬性能建設(shè)

3.1 數(shù)據(jù)中心虛擬化的提出

隨著應(yīng)用的整合需求越來越強(qiáng)烈，對數(shù)據(jù)中心的資源進(jìn)行虛擬化是當(dāng)前的主要趨勢，也是當(dāng)前IT業(yè)內(nèi)最令人關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)據(jù)中心虛擬化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨勢，延續(xù)了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心性能、安全、永續(xù)的基本需求，而且進(jìn)一步簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，更有力支持應(yīng)用層面虛擬化，降低運維復(fù)雜度，提高了靈活性。

數(shù)據(jù)中心虛擬化是指采用虛擬化技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施池，主要包括計算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)三種資源。它的主要目的在于打破傳統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)綁定一套專有的服務(wù)器、儲存器設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，通過動態(tài)的為應(yīng)用系統(tǒng)提供其所需要的計算能力、數(shù)據(jù)存儲能力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸寬帶來滿足服務(wù)客戶的信息要求。[1]在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心之中，數(shù)據(jù)的搜集、整理、處置和展示等工作都是由服務(wù)器來進(jìn)行的，而虛擬化的作用就是讓這一過程脫離空間位置的束縛，從具體的服務(wù)器當(dāng)中轉(zhuǎn)移到虛擬的系統(tǒng)環(huán)境中，也就是說，數(shù)據(jù)中心的虛擬化，就是將底層的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源抽調(diào)出來，方便上層系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用。

數(shù)據(jù)中心的虛擬化具有八大好處：

（1）加快重新部署，虛擬化可以通過虛擬機(jī)快照重新部署服務(wù)器來減少部署的時間。

（2）更好的備份，除了應(yīng)用之前的虛擬服務(wù)器備份之外，還可以創(chuàng)建所有虛擬機(jī)的備份。

（3）更好的測試，當(dāng)測試出錯時，虛擬環(huán)境提供的測試平臺可以簡單快速地將快照恢復(fù)為較舊的版本。

（4）改進(jìn)災(zāi)難恢復(fù)，當(dāng)前的服務(wù)器和虛擬機(jī)的快照可以簡化災(zāi)難恢復(fù)過程。

（5）消除供應(yīng)商鎖定，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，會有越來越多的新技術(shù)出現(xiàn)，而虛擬環(huán)境可以充分利用使用新硬件或者軟件平臺的靈活性。

（6）單個用途的服務(wù)器，通過虛擬化技術(shù)，各個服務(wù)器都將運行在它們自己的虛擬服務(wù)器上面。

（7）更容易遷移到云端，虛擬機(jī)可以創(chuàng)建基于云計算的各種基礎(chǔ)措施，最終全部轉(zhuǎn)移到云基礎(chǔ)設(shè)施中。

（8）環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，通過虛擬化，企業(yè)可以減少服務(wù)器的使用數(shù)量，這樣大大降低了冷卻和電力使用相關(guān)的成本。

除了數(shù)據(jù)中心虛擬化本身的優(yōu)越性之外，最主要的是，它能夠迎合數(shù)據(jù)中心中的不足。首先就是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)無法滿足業(yè)務(wù)要求。業(yè)務(wù)故障非常容易出錯，而且業(yè)務(wù)故障恢復(fù)需要數(shù)周或者數(shù)月，應(yīng)用無法與其他基礎(chǔ)架構(gòu)的變更保持同步，其次數(shù)據(jù)中心運維效率低下，數(shù)據(jù)中心龐大導(dǎo)致硬件上線、升級、業(yè)務(wù)遷移等工作會導(dǎo)致長時間業(yè)務(wù)中斷。

3.2 虛擬內(nèi)存管理

在虛擬化的環(huán)境中，計算機(jī)的物理內(nèi)存要被多個虛擬機(jī)同時使用，但是物理地址只有一份，物理地址0顯然也只有一個，所以無法滿足多個客戶機(jī)操作系統(tǒng)全部從0開始的要求，如果我們使用內(nèi)存分區(qū)方式，將物理內(nèi)存分成多個區(qū)域供客機(jī)操作系統(tǒng)使用，如此一來，客機(jī)操作系統(tǒng)的連續(xù)性就得到了解決，但是內(nèi)存的使用效率非常遲緩。在這個時候，虛擬機(jī)監(jiān)視器（VMM）的作用就體現(xiàn)了出來。

在虛擬的環(huán)境中，VMM負(fù)責(zé)管理和分配虛擬機(jī)的物理內(nèi)存，客機(jī)操作系統(tǒng)運行的是一個虛擬的虛擬機(jī)物理地址空間，其指令目標(biāo)地址也是一個虛擬機(jī)物理地址空間。如果地址在沒有虛擬化的情況下，它就是實際物理地址，可以直接被發(fā)送到系統(tǒng)總線上去，虛擬化過后，需要VMM負(fù)責(zé)將虛擬機(jī)物理地址首先轉(zhuǎn)換成一個實際物理地址之后，再由物理處理器執(zhí)行。同時，為了充分的利用閑置的物理內(nèi)存，尤其是系統(tǒng)長期運行后殘留的碎片，VMM一般情況下都會以比較小的粒度進(jìn)行分配，其具體位置完全由VMM的內(nèi)存分配算法決定。

由上我們可以得到虛擬機(jī)內(nèi)存管理的主要兩大特點[3]，一是給定一個虛擬機(jī)，維護(hù)虛擬機(jī)物理地址與宿主機(jī)物理地址之間的映射關(guān)系，二是截獲虛擬機(jī)對虛擬機(jī)物理地址的訪問，并根據(jù)所記錄的映射關(guān)系，將其轉(zhuǎn)換成宿主機(jī)物理地址。

3.3 數(shù)據(jù)中心虛擬化管理

虛擬化讓數(shù)據(jù)中心硬件得以整合，使數(shù)據(jù)中心設(shè)備密度加大，在虛擬化環(huán)境下，對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備的配置要求越來越高，如何對硬件配置進(jìn)行管理，是許多數(shù)據(jù)中心管理員所面對的難題。

虛擬機(jī)遷移，支持虛擬機(jī)在服務(wù)器之間的遷移，虛擬機(jī)管理程序先處理保留在目標(biāo)服務(wù)器上的虛擬機(jī)，然后移動虛擬機(jī)到新的目的地，并最終拆除原來的虛擬機(jī)，Vmotion可以對虛擬機(jī)進(jìn)行不關(guān)機(jī)遷移，避免了業(yè)務(wù)的中斷，達(dá)到實時遷移。

多租戶和安全性，由于建設(shè)和運營數(shù)據(jù)中心需要較高的成本，許多應(yīng)用商大多采取不同部門，甚至不同的公司多租戶模式，共享一個共同的基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化資源。在多租戶環(huán)境

中，數(shù)據(jù)的安全保護(hù)是至關(guān)重要的，需要進(jìn)行邏輯隔離資源，嚴(yán)禁把物理資源分享給任何客戶，因此，控制平臺必須要能夠提供數(shù)據(jù)中心資源的安全訪問。

高可用性管理，Vmware HA群集允許ESXI主機(jī)集合作為一個組協(xié)同工作，它可以將虛擬機(jī)及其所駐留的主機(jī)集中在群集內(nèi)，從而為虛擬機(jī)提供高可用性。如果發(fā)生故障，故障主機(jī)上的虛擬機(jī)將在備用主機(jī)上重新啟動。如果主機(jī)發(fā)生故障，VMware HA不會將任何虛擬機(jī)故障切換到正處于維護(hù)模式的主機(jī)上，等到主機(jī)退出維護(hù)模式后，會重新啟動主機(jī)上的VMware HA服務(wù)，此時該主機(jī)可再次用于故障切換，一方面保障了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不間斷運行，另一方面保證了主機(jī)的運營安全。

在進(jìn)行VMware數(shù)據(jù)中心虛擬化管理時，虛擬機(jī)遷移、多租戶和安全性、高可用性管理等功能，能夠充分發(fā)揮數(shù)據(jù)中心虛擬化的優(yōu)點，提高各個系統(tǒng)的綜合應(yīng)用能力。

4結(jié)論

基于VMware的虛擬技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用能夠整合硬件資源，提高現(xiàn)有服務(wù)器的利用率和軟件系統(tǒng)部署的靈活性，提高了系統(tǒng)的可靠性，從而使系統(tǒng)更好地為人類服務(wù)?？梢哉f，VMware數(shù)據(jù)中心的虛擬技術(shù)應(yīng)用，為數(shù)字化、信息化的飛速發(fā)展提供了可靠的硬件保障和軟件平臺，成為未來IT業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)力量。

參考文獻(xiàn)：

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