數(shù)據(jù)中心服務器虛擬化技術綜述

熊俊

摘 要：云計算、大數(shù)據(jù)時代的到來，以及移動互聯(lián)網(wǎng)的爆發(fā)式增長，給各行各業(yè)帶來了重大變革。在這場技術與信息、思維與決策、方法與實踐的博弈中，只能化繁為簡、順勢而為。圍繞傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心服務器虛擬化遷移技術變革中的若干問題進行深入研究，充分發(fā)揮服務器虛擬化在其中的優(yōu)勢。同時，詳細闡述該技術的不足，并提出對應的解決方法。

關鍵詞：云計算；服務器虛擬化；數(shù)據(jù)中心

DOIDOI：10.11907/rjdk.161896

中圖分類號：TP3-0

文獻標識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2016）011020602

0 引言

數(shù)據(jù)中心（DC）是企業(yè)或單位的智力支持部門，其重要性毋庸置疑。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，存放著大量服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備；一整套完備的制冷、消防、環(huán)境監(jiān)測、安防監(jiān)控等系統(tǒng)，對整個企業(yè)的正常運轉發(fā)揮著重要作用。數(shù)據(jù)中心業(yè)務增長日益加快，對運維人才的要求也不斷提高。為保障系統(tǒng)正常運轉，既要加大軟硬件設備投入力度，也要注重運維管理人才培養(yǎng)。傳統(tǒng)企業(yè)CTO因行業(yè)背景及所處地域或企業(yè)文化影響，面對這種變革，往往慢上半拍，當其反應過來已落后行業(yè)或主流社會一大截。服務器虛擬化技術的出現(xiàn)為解決眼前困局開辟了一條嶄新通道。

虛擬化由來已久，在早期的IBM 7044計算機上已有其應用，之后IBM相繼開發(fā)了型號為Model 67的System/360主機。直至今天，在最新的IBM小型機POWER8系列主機上還能發(fā)現(xiàn)它的身影，可以說大型計算機、小型計算機與生俱來就擁有虛擬化技術。Model 67主機通過虛擬機監(jiān)視（Virtual Machine Monitor）虛擬所有的硬件接口，高效利用直接運行在底層的硬件部分，使得可以同時運行多個虛擬設備，進而進一步演化發(fā)展，通過虛擬機技術，可以有效實現(xiàn)多個操作系統(tǒng)的同時使用；之后在RISC服務器與小型機上陸續(xù)開始采用虛擬化技術來提高計算機的使用頻率，盡可能發(fā)揮計算資源的計算能力。這種設計思想在今天看來是具有前瞻性和創(chuàng)新性的，也為虛擬化技術的實現(xiàn)奠定了堅實基礎。IBM在1999年提出的邏輯分區(qū)概念，直到發(fā)展成動態(tài)邏輯分區(qū)（DLPAR）技術，在不中斷運行的情況下進行資源分配，使得系統(tǒng)管理更加輕松，更有效地利用資源，降低總成本。

在對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心進行服務器虛擬化進而為云計算作升級準備時，IT人員必須了解關于服務器虛擬化技術的基本概念及原理，特別是該技術存在的風險。因此，有必要深入分析數(shù)據(jù)中心服務器虛擬化的優(yōu)勢及不足。

1 服務器虛擬化技術優(yōu)勢

（1）成本低。

成本降低是服務器虛擬化技術帶來的顯著效果。最常見的場景是硬件大量減少，比如服務器數(shù)量減少，通過成熟的服務器虛擬化技術，將IT開銷縮減60%～80%是很平常的。服務器數(shù)量可能只需要原來的1/10。而原有的服務器變成虛擬服務器，從而減少了硬件。與此同時由于硬件的減少，為硬件提供保障的如制冷、消防設施、安保、環(huán)境監(jiān)控等多項設施需求也隨之降低，進而降低了整體IT成本。而在管理上對服務器的遷移、數(shù)據(jù)的備份、計算資源的擴展卻會更加靈活高效。

據(jù)谷歌公布的數(shù)據(jù)顯示，谷歌數(shù)據(jù)中心能源消費達到2.6億瓦特，這相當于弗吉尼亞州首府里士滿或者加州歐文市家庭用戶的所有用電量，或者說，這相當于一座標準核電站1/4的輸出功率。通過服務器虛擬化技術可以有效降低電能消耗實現(xiàn)“低碳”排放，進而朝著“綠色計算”這個方向邁進一步。

諸如此類的多種開銷的減少，最終會體現(xiàn)在經(jīng)濟效益上。設備的減少意味著更少的能耗開支，空間的減少意味著更少的租賃費用。所有這一切都說明虛擬化技術在成本控制上有更大優(yōu)勢，同時也為“綠色地球”作出貢獻。

（2）資源共享。

服務器虛擬化技術的運用，將一些硬件資源包括服務器、存儲空間、網(wǎng)絡全部都整合起來，可以高效地加以利用，提高資源利用率，減少資源浪費。利用虛擬化技術實現(xiàn)負載的動態(tài)優(yōu)化，動態(tài)優(yōu)化包含兩方面的內(nèi)容：由于應用系統(tǒng)的負載是變化的，應用虛擬化技術可以靈活地根據(jù)負載需求靈活調(diào)整服務器計算資源來提供服務。通過使用動態(tài)優(yōu)化算法就能夠充分利用未使用的計算能力和空間。

（3）可靠性高。

在傳統(tǒng)的IT架構中，為提高可靠性通常是將整個系統(tǒng)置于商用集群環(huán)境中[1]，金融、政府、電信等關鍵領域都應用了這一場景。正因為這些應用需求，造就了對IOE的依賴和制約，也對今天的“去IOE運動”起到了一定的推動作用。集群的使用盡可能地提高了系統(tǒng)可靠性，但是集群環(huán)境是昂貴的，其維護也非常困難。通過虛擬化方法能夠非常靈活地提高可靠性，它是在Hypervisor層次上進行保護，而不是在應用層上，并且它能夠非常容易地去實現(xiàn)保護。比如虛擬化軟件自帶的HA工具集能夠簡單快捷地實現(xiàn)業(yè)務需求，同時兼顧了靈活的擴展性，使得服務器的可靠性得以提高，相應軟件的可靠性也相應得以提高。

（4）靈活性強。

在傳統(tǒng)的IT環(huán)境中，應用系統(tǒng)的增加、升級、維護等工作，需要對OS和軟件進行安裝或維護。這項工作需要大量的時間和精力，通過虛擬化技術能夠簡單靈活地快速完成，不需要考慮準備新的硬件設備，只需要在資源池中給應用系統(tǒng)增加或修改業(yè)務系統(tǒng)所需要的計算資源即可。

2 服務器虛擬化技術不足

隨著技術的飛速發(fā)展及海量數(shù)據(jù)的激增，服務器虛擬化技術以其獨特優(yōu)勢在各數(shù)據(jù)中心正在替代傳統(tǒng)的、龐大的服務器系統(tǒng)。服務器虛擬化技術的擴展性、靈活性、環(huán)保性備受人們青睞，但其也具有兩面性，因此帶來了不少問題。

（1）物理故障危害大。

在傳統(tǒng)IT架構中，如果一臺服務器出現(xiàn)硬件故障導致其不能正常工作，通常啟用備用服務器就能使業(yè)務在較短時間內(nèi)恢復，而不會影響部署在其它服務器上的服務。但是在虛擬化環(huán)境中，如果出現(xiàn)硬件故障，就意味著所有部署在該物理機上的所有服務都將因此故障而不能提供服務。在這種環(huán)境中，硬件故障帶來的危害更大。

（2）應用場景局限性。服務器虛擬化技術并不是萬能的，在傳統(tǒng)的X86架構中通過虛擬化的方法，將廉價服務器組合成一個集群，盡可能發(fā)揮服務器的效率，降低IT成本。然而在一些非常高端的應用中，它對服務器計算資源的消耗極大，需要頻繁訪問內(nèi)存和硬盤。對于這樣的高端應用，應該將其放到真正的物理機中運行而不是虛擬環(huán)境中，只有這樣才能更好地保障應用的實現(xiàn)。

（3）排錯過程更復雜。現(xiàn)有成熟的服務器虛擬化商用解決方案中，一旦出現(xiàn)故障或錯誤將給IT管理人員帶來較大風險，這種風險不僅僅存在于故障本身，同時也體現(xiàn)在排除這種故障或錯誤所需要的成本上。其中復雜的排錯過程和專業(yè)的技術要求都會給每個管理者帶來困擾。

3 主流服務器虛擬化產(chǎn)品

3.1 VMware虛擬化技術

VMware虛擬化[2]將操作系統(tǒng)從運行它的底層硬件中抽離出來，并為操作系統(tǒng)及其應用程序提供標準化的虛擬硬件，從而使得多臺虛擬機能夠在一臺或者多臺共享處理器上同時獨立運行。借助虛擬化技術，客戶可以輕松將多臺不同服務器的工作負載整合到更為可靠并且性能更高的平臺上。VMware虛擬化技術在服務器虛擬化領域可以說是首屈一指，有大量用戶采用其服務器虛擬化產(chǎn)品。

3.2 微軟虛擬化技術

微軟具有全面而靈活的端到端的解決方案，其投入不僅僅局限于服務器虛擬化，通過System Center實現(xiàn)整合和管理，在客戶中進行廣泛的推廣與部署。虛擬化技術的關鍵在于普及化，微軟有很好的平臺，有助于推動該技術的普及化。

3.3 Citrix虛擬化技術

Citrix Systems技術[34]使得數(shù)字辦公無處不在，極大提高了工作效率。通過與世界一流業(yè)界伙伴攜手合作，Citrix解決方案為企業(yè)級用戶實現(xiàn)應用發(fā)布、遠程訪問、移動辦公以及業(yè)務一致性等卓越功能，極大提升了企業(yè)的IT投資回報和生產(chǎn)效率。它擁有開源的服務器虛擬化平臺XEN，但其主要優(yōu)勢在于桌面虛擬化業(yè)務。

4 結語

隨著虛擬化、云計算技術的快速發(fā)展，越來越多的應用和業(yè)務都承載于這些新技術之上。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的技術變革勢不可擋，在此背景下選擇適合自己的服務器虛擬化技術是每一個IT技術管理者必須思考的問題。本文對主流服務器虛擬化技術進行了詳盡闡述，并對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心技術變革的若干問題進行深入研究，同時總結了服務器虛擬化技術的優(yōu)勢與不足。虛擬化是大勢所趨，企業(yè)應當從自己的實際情況出發(fā)，綜合考慮虛擬化帶來的各種影響，找到適合自己的模式。

參考文獻：

[1] LEANDRO CARVALHO.HyperV 3.X虛擬化技術企業(yè)現(xiàn)場實戰(zhàn)[M].臺灣：胡為君，譯.碁峰資訊，2013.

[2] [法]ERIC MAILL，RENFRANOIS MENNEC，馬博峰.VMware虛擬化技術指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[3] [美]JEANNA MATTHEWS.Running XEN：a handson guide to the art of virtualization[M].張炯，呂孟軒，劉銘，等.譯.北京：北京航空航天大學出版社，2014.

[4] 馬博峰.VMware、Citrix和Microsoft虛擬化技術詳解與應用實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

（責任編輯：孫 娟）