虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

張皓瑜 王莉 林靜 王梅

【摘 要】隨著服務(wù)器技術(shù)越來越成熟，服務(wù)器的云端化也變得普及。服務(wù)器虛擬化技術(shù)作為云計算的支撐技術(shù)，主要是通過將物理服務(wù)器組建成為一個虛擬化的邏輯資源池，能夠?qū)崿F(xiàn)硬件資源與軟件資源的動態(tài)分配，使數(shù)據(jù)中心的運維得以簡化管理、提高效率。

【關(guān)鍵詞】虛擬化;數(shù)據(jù)中心;VMWare

中圖分類號： TP308 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）07-0080-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.032

【Abstract】With the server technology becoming more and more mature， the server's cloud is becoming more and more popular. Server virtualization technology， as the support technology of cloud computing， can realize the dynamic allocation of hardware resources and software resources by building physical servers into a virtualized logical resource pool， which can simplify the management and improve the efficiency of data center operation and maintenance.

【Key words】Virtualization;Data Center;VMWare

0 前言

目前，信息化技術(shù)高速發(fā)展，服務(wù)器技術(shù)也不斷的隨之更新?lián)Q代。傳統(tǒng)模式下的數(shù)據(jù)中心管理已經(jīng)逐漸不能適應(yīng)新時代下對服務(wù)器的應(yīng)用需求。越來越多的業(yè)務(wù)部署對服務(wù)器的性能提出了更高的要求，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心管理下只能不斷隨之升級服務(wù)器硬件，增加了業(yè)務(wù)部署的成本。而實際使用中，單臺物理服務(wù)器的資源利用率很低，使得服務(wù)器硬件資源的沒有充分利用，運維管理的人力支出性價比極低。本文以四川旅游學(xué)院信息管理實驗教學(xué)中心數(shù)據(jù)中心虛擬化改造為例，對虛擬化技術(shù)在類似服務(wù)器環(huán)境中的應(yīng)用進行闡述。

1 虛擬化技術(shù)

擬化技術(shù)誕生很早，1959年6月hristopher Strachey就在其學(xué)術(shù)論文《Time Sharing in Large Fast Computers》中提出了該技術(shù)的理論。從技術(shù)應(yīng)用普及角度來看，虛擬化技術(shù)經(jīng)歷了硬件管理集中化、硬件資源共享化、硬件負載均衡化及資源云端化四個發(fā)展歷程。而針對于數(shù)據(jù)中心的虛擬化手段主要是將物理服務(wù)器資源轉(zhuǎn)化為邏輯資源，池化后的服務(wù)器資源能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)分配與管理。使得服務(wù)器硬件資源得到整合，硬件資源利用率得到提高，服務(wù)器的運維管理得到簡化。圖1為虛擬化前后服務(wù)器情況對比圖。

2 主流企業(yè)級虛擬化技術(shù)對比

目前服務(wù)器虛擬化技術(shù)已經(jīng)非常成熟，市場占有率高的主流有VMware的vSphere、Microsoft的Hyper-V與Citrix的XenServer。

vSphere本質(zhì)上是以操作系統(tǒng)的形式部署，能夠直接運行在裸金屬服務(wù)器上。由于不需要底層宿主操作系統(tǒng)作支撐，使得服務(wù)器的可以將硬件資源盡可能的用于虛擬化，給虛擬服務(wù)器提供與物理服務(wù)器性能相差無幾的性能。Hyper-V是依靠Windows Server操作系統(tǒng)開發(fā)而來，其運行環(huán)境需要依托Windows操作系統(tǒng)。由于Windows本身就會消耗掉一部分硬件資源，導(dǎo)致虛擬化性能打折。XenServer是源于名為Xen系統(tǒng)管理進程的開源技術(shù)，能夠直接運行于物理服務(wù)器裸機，依靠介于物理服務(wù)器與虛擬主機之間的虛擬層以及虛擬機監(jiān)控器實現(xiàn)虛擬化功能。

Hyper-V需要基于Windows操作系統(tǒng)運行，屬于半虛擬化。而vSphere與XenServer都可以直接運行于裸機服務(wù)器，是真正意義上的完全虛擬化。但XenServer如果運行的物理服務(wù)器上搭載的CPU不支持VT技術(shù)，則只能處于半虛擬化模式。三種服務(wù)器虛擬化技術(shù)對比情況如表1所示：

3 部署與測試

3.1 虛擬化部署實現(xiàn)

在實施虛擬化部署前，可根據(jù)數(shù)據(jù)中心的實際情況，在內(nèi)網(wǎng)中將需要虛擬化的物理服務(wù)器劃分在一個獨立的VLAN中，并針對各應(yīng)用系統(tǒng)的使用情況，配置應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)外網(wǎng)訪問權(quán)限，以保證服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的安全性。在完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)置后，可根據(jù)物理服務(wù)器的磁盤配置情況設(shè)置陣列，之后便可通過安裝介質(zhì)（光盤/U盤）進行VMware vSphere系統(tǒng)的安裝。系統(tǒng)安裝完成之后，界面會與引導(dǎo)安裝系統(tǒng)是一樣顯示ESXI系統(tǒng)的版本信息以及物理服務(wù)器配置信息，敲擊F2鍵，輸入之前系統(tǒng)安裝時設(shè)置的ROOT管理員密碼即可進入后臺對IP地址進行設(shè)置。配置完成后即可使用遠程客戶端對虛擬服務(wù)器進行管理，vSphere后臺配置界面如圖2所示。

虛擬服務(wù)器又被稱為虛擬機。其在運行方式上與真實的服務(wù)器并沒有什么不同，都搭載著不同的服務(wù)器系統(tǒng)與各類業(yè)務(wù)應(yīng)用。每一臺虛擬服務(wù)器的虛擬硬件都提供著與物理服務(wù)器硬件相同的功能，相比物理服務(wù)器，虛擬機的可移植性、安全性都更強，IT運維管理人員對虛擬服務(wù)器的管理更加便捷。

虛擬服務(wù)器的基本架構(gòu)通常為兩層，即虛擬化層與管理層。而在整個虛擬化系統(tǒng)框架中，每一臺ESXI服務(wù)器作為一個平臺存在，主要功能是把物理服務(wù)器硬件資源通過虛擬化手段整合現(xiàn)有資源，然后根據(jù)實際運行中的需求情況對資源進行再分配。而其客戶端管理程序作為虛擬化管理層，通過連接至對應(yīng)的服務(wù)器實現(xiàn)對ESXI主機中的虛擬服務(wù)器集中管理。

VMware vSphere Client作為平臺管理的最主要接口軟件，利用vSphere Client登錄虛擬化后的地址即可進行管理。該軟件擁有非常直觀的界面，用戶能夠直接通過其內(nèi)置向?qū)陆ㄌ摂M服務(wù)器，也可通過界面顯示的信息了解當前虛擬服務(wù)器的運行狀態(tài)，處于啟動還是掛起、關(guān)閉。除了C/S架構(gòu)的客戶端應(yīng)用程序外，vSphere還提供有B/S架構(gòu)的web管理端，其不需要額外安裝應(yīng)用程序的特點使得虛擬服務(wù)器的管理更加的便捷。VMWare vSphere官方也在逐步推進管理端從C/S架構(gòu)向B/S架構(gòu)的演進，目前最新版本的服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)已經(jīng)全部采用web客戶端，不再提供傳統(tǒng)C/S架構(gòu)的應(yīng)用程序。Web客戶端可選擇基于ADOBE FLEX框架或基于HTML5架構(gòu)進行虛擬服務(wù)器的管理。Web客戶端管理首頁如圖3所示。

在虛擬服務(wù)器日常使用與管理方面通常有兩種方式，既可以通過直接連接單個VMware ESXI主機進行管理，也可以使用虛擬機管理客戶端連接到VMware vCenter Server主機，通過vCenter平臺實現(xiàn)對關(guān)聯(lián)的所有VMware ESXI主機的集中管理。如果采用第一種方式，只能管理該VMware ESXI主機上的虛擬服務(wù)器及資源，如果采用第二種方式則能夠同時管理分布在多臺VMware ESXI主機上的所有虛擬服務(wù)器及資源。無疑在部署統(tǒng)一管理中心之后，采用第二種方式管理更加便捷，效率也更高，更加符合構(gòu)建虛擬化數(shù)據(jù)中心的要求。

3.2 測試及評估

本文涉及數(shù)據(jù)中心虛擬化方法已在四川旅游學(xué)院上線使用。通過數(shù)月的測試，目前服務(wù)器運行穩(wěn)定，提高了物理資源的利用率，降低了運維管理的工作量。性能測試方面，性能測試方面，為了檢測虛擬化服務(wù)器在高并發(fā)訪問量的情況下實際使用。以學(xué)生選課系統(tǒng)為例，每學(xué)期選修公選課時，選課系統(tǒng)服務(wù)器的的負載會很快達到峰值，從而造成因服務(wù)器無響應(yīng)導(dǎo)致無法登錄選課系統(tǒng)的現(xiàn)象，帶來了很大的負面影響。性能測試時，主要采用模擬學(xué)生登錄的方式，通過壓力測試軟件“LoadRunner”，加載虛擬并發(fā)連接用戶進行訪問測試，并觀測“選課系統(tǒng)”在服務(wù)器虛擬化前后的響應(yīng)時間以及對服務(wù)器資源的消耗情況。通過在物理服務(wù)器與虛擬服務(wù)器集群上分別進行測試，得到了服務(wù)器虛擬化前后的服務(wù)器響應(yīng)、CPU使用率等信息，其中服務(wù)提供響應(yīng)時間圖4所示。

通過上訴測試結(jié)果，證實了該技術(shù)在應(yīng)用性能上帶來的改變。不僅是簡單的整合物理服務(wù)器資源、提高物理服務(wù)器資源的利用率，更重要的是讓服務(wù)器的性能變得更加的穩(wěn)定，服務(wù)器應(yīng)對并發(fā)連接數(shù)大的應(yīng)用系統(tǒng)時，在不增加硬件配置的情況下能夠提供更加均衡的服務(wù)體驗，保證了該類應(yīng)用的正常運行。

總的來說，通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)起到了四方面的作用。第一，使每一臺物理服務(wù)器的資源利用率得到了提高，池化后的服務(wù)器資源打破了傳統(tǒng)物理服務(wù)器之間的硬件壁壘，多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠共享多臺物理服務(wù)器的硬件性能，避免了資源浪費的同時也提供了負載均衡的能力。第二，使數(shù)據(jù)中心管理人員的工作效率得到了提高，傳統(tǒng)模式下的業(yè)務(wù)部署往往花費大量的時間成本，虛擬化后的業(yè)務(wù)部署可以同時對多臺虛擬服務(wù)器進行操作，對于業(yè)務(wù)環(huán)境要求相似的服務(wù)器，還可以采取克隆的功能減少系統(tǒng)環(huán)境搭建的時間。第三，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)更加穩(wěn)定可靠，虛擬化后的服務(wù)器資源能夠?qū)崿F(xiàn)負載均衡，同時在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化時需要做的遷移服務(wù)器操作不影響業(yè)務(wù)的訪問，實現(xiàn)在線遷移。第四，使整個數(shù)據(jù)中心的運營成本得到了降低，虛擬化后，如需部署新業(yè)務(wù)，只要資源池有空余資源就不再需要購置新的物理服務(wù)器，減少了電力負荷，節(jié)省了物理空間的占用。

4 結(jié)束語

使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，構(gòu)建虛擬化數(shù)據(jù)中心，能夠使計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)匯聚至虛擬資源池。實現(xiàn)了硬件資源及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的負載均衡，提高了利用效率，簡化了運維管理，保障了業(yè)務(wù)穩(wěn)定，對數(shù)據(jù)中心的新建或改造方案有一定的參考意義。

【參考文獻】

[1]馬帥.省級數(shù)據(jù)中心虛擬化平臺風(fēng)險防控探析[1].金融科技時代，2018（2）：33-36.

[2]王春海.深入學(xué)習(xí)VMWare vSphere 6[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[3]劉芳，盧國強，劉占波.虛擬化技術(shù)在云計算中的應(yīng)用研究[J].電子技術(shù)與軟件工程.2016（05）.

[4]邱震，賀春林，王洪靜.虛擬化技術(shù)在云計算中的運用[J].洛陽師范學(xué)院學(xué)報.2012（08）.

[5]孫琳程.虛擬機KVM 和XEN 的性能分析[J].電腦知識與技術(shù)，2013，9（10）：2364-2366.

[6]錢琳，齊紅麗.服務(wù)器虛擬技術(shù)在校園網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用探析[J].電腦編程技巧與維護.2017（12）.

[7]周海濤，崔鵬，馮磊.虛擬服務(wù)器管理技術(shù)在機房管理中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù).2016（17）.

[8]葛小宇.虛擬服務(wù)器設(shè)計和實施安全指南研究[J].信息技術(shù)與標準化.2018（03）.