隨著信息化建設(shè)的不斷推進，信息化系統(tǒng)中的硬件數(shù)量不斷增加，應(yīng)用軟件的使用范圍不斷擴大，使得各級信息化機房節(jié)點在管理和維護上的人力成本面臨更大壓力。近年來，平臺虛擬化技術(shù)成為了國內(nèi)外計算機領(lǐng)域的研究熱點。在平臺基礎(chǔ)架構(gòu)方面，利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)最高的服務(wù)器整合率，通過在每個物理處理器安裝多個臺虛擬機，從而降低硬件要求、提高硬件利用率并提高能效。

1．虛擬化技術(shù)簡介

    虛擬化技術(shù)越來越受到學(xué)術(shù)界和IT業(yè)界的重視，在各方面的應(yīng)用都十分廣泛。目前，虛擬技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個方面 1：服務(wù)器合并、服務(wù)器負荷調(diào)節(jié)、入侵檢測、沙箱、錯誤隔離fFau1t Isolation)、測試質(zhì)量保證、輔助系統(tǒng)軟件的開發(fā)和調(diào)試、高精度計算(HigPerformance Computing)、可信計算(Trusted Computing)。其中，服務(wù)器合并，即服務(wù)器虛擬化，對于各級信息化機房節(jié)點具有很多現(xiàn)實意義，它可以減少數(shù)量龐大的物理機，減少機房節(jié)點的占用面積、機架空間，以及減少電源、制冷、電纜、存儲和網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)設(shè)備，有效降低日常運行的電力成本。

    1．1服務(wù)器虛擬化介紹

    服務(wù)器虛擬化就是將將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序打包成虛擬機，從而讓操作系統(tǒng)和應(yīng)用具有很好的移動性。

    服務(wù)器虛擬化具有四個重要特性

    · 分區(qū)功能通過虛擬化可以切分服務(wù)器資源，創(chuàng)建虛擬機運行的獨立環(huán)境。

    · 隔離能力運行在同一物理服務(wù)器上的多個虛擬機之間可以相互隔離，任何虛擬機的故障，包括病毒感染、黑客攻擊等，都不會影響其他的虛擬機。

    · 封裝性服務(wù)器虛擬化的過程就是應(yīng)用封裝的過程，虛擬化封裝了操作系統(tǒng)和應(yīng)用成虛擬機。實際上，封裝是虛擬機具有自由遷移能力的前提。

    · 硬件獨立性服務(wù)器虛擬化帶來了虛擬機和硬件相互依賴性的剝離，為虛擬機的自由移動提供了良好的平臺。

    1．2虛擬機

    虛擬機是運行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的軟件計算機，與物理機相似。虛擬機包含一組規(guī)范和配置文件，由主機的物理資源支持 引。每個虛擬機都有可提供與物理硬件相同的功能的虛擬設(shè)備，而且在可移植能力、可管理性和安全性方面更出色。

2服務(wù)器虛擬化部署方案

    2．1需求分析

    在實際應(yīng)用中，出于對安全的考慮，需要將不同的應(yīng)用服務(wù)分開，從而保證一個應(yīng)用服務(wù)崩潰或被攻擊而不影響到另一個應(yīng)用服務(wù)。同時，由于操作系統(tǒng)也不能保證自身的安全，所以在實際應(yīng)用中，不同的服務(wù)需要運行在不同的操作系統(tǒng)之上。這樣，一個或幾個操作系統(tǒng)的癱瘓不會影響到所有的服務(wù)。因此，出于上述考慮，信息化系統(tǒng)采用資源隔離的技術(shù)手段，將不同應(yīng)用服務(wù)分別部署在不同的服務(wù)器上，屬于典型的“一臺服務(wù)器，一個應(yīng)用程序”的部署模式，利用操作系統(tǒng)的訪問控制技術(shù)實現(xiàn)了資源的邏輯隔離，確保服務(wù)對象對資源的安全使用和共享。在整個信息化系統(tǒng)中，以處于最下層的終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為例，其提供的服務(wù)量比較少，基礎(chǔ)架構(gòu)利用率很低，典型的X86服務(wù)器部署的平均利用率僅為10％至15％。

    在終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，新應(yīng)用的服務(wù)系統(tǒng)增加了多臺PC服務(wù)器和1臺SUN小型機，再加上原有的服務(wù)系統(tǒng)中的多臺服務(wù)器，對機房的電力供應(yīng)和制冷都提出了更高的要求。通過對服務(wù)對象的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)這些服務(wù)器在大多數(shù)情況下，提供很少的服務(wù)量，即使在閑置不提供服務(wù)的情況下，它們也會消耗70--80％的額定功耗。

    服務(wù)器的主要硬件性能指標(biāo)如表1所示，服務(wù)器的軟件配置如表2所示。

    由表1和2可以看出，8臺服務(wù)器的實際工作負載都不重，其中服務(wù)器G、H已經(jīng)非常老舊，但是電力消耗還很高，建議淘汰，運行在其之上的服務(wù)軟件遷移到新購入的服務(wù)器上；服務(wù)器A、B、c、E都使用Oracle lOg作為后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，鑒于Oracle 10g強大的服務(wù)能力，完全有能力將這四臺服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫整合在一臺功能較為強大、運行穩(wěn)定的服務(wù)器上。

    表1服務(wù)器性能指標(biāo)

    表2服務(wù)器軟件配置

    2．2虛擬化產(chǎn)品選擇

    目前，服務(wù)器虛擬化市場的主要提供商是VMware、微軟和Citrix 。這三家提供商的產(chǎn)品開發(fā)方向都是使IT資源更加集中到數(shù)據(jù)中心內(nèi)。在決定服務(wù)器虛擬化部署方案之前，首先需要確定選擇何種虛擬化產(chǎn)品軟件。表3為上述三家提供商產(chǎn)品的性能比較。

    表3 VMware、微軟和Citrix虛擬化產(chǎn)品性能比較表   

    根據(jù)表3中的各項指標(biāo)的比較來看，VMware公司的VMware vSphere虛擬化套件較之其它公司的虛擬化產(chǎn)品功能更強大，支持客戶端系統(tǒng)更豐富，技術(shù)更加成熟。因此，在實際應(yīng)用中，確定VMware公司的VMware vSphere虛擬化套件作為服務(wù)器虛擬化的基礎(chǔ)軟件。根據(jù)VMware公司官方資料顯示，VMware vSphere可以按需要隨時將資源、應(yīng)用程序甚至服務(wù)器分配到相應(yīng)的位置。VMware客戶通過使用VMware vSphere整合其資源池和實現(xiàn)計算機的高可用性，通�？梢怨�(jié)省50％ 到70％的IT總成本。VMware vSphere的主要優(yōu)勢如下：

    · 可以在單個計算機上運行多個操作系統(tǒng)，包括Windows、Linux等等。

    · 將多個虛擬機能夠整合到一個物理設(shè)備中，可顯著減少要管理的物理機數(shù)量，大幅提高處理資源和存儲資源的利用率，并在降低能源成本的同時減少占用的數(shù)據(jù)中心空間。

    · 虛擬機沒有和底層硬件綁定，能夠在不干擾用戶的情況下移動虛擬機，顯著提高環(huán)境的可靠性。

    · 利用高級工具實現(xiàn)工作負載平衡、容量規(guī)劃、虛擬機實時遷移和自動化部署，大幅簡化IT管理工作，從而提高管理效率。

    · 支持快速轉(zhuǎn)移和復(fù)制虛擬服務(wù)器，提供簡單便捷的災(zāi)難恢復(fù)解決方案，實現(xiàn)硬件維護系統(tǒng)無停機，提高業(yè)務(wù)連續(xù)性。

    VMware vSphere主要由基礎(chǔ)構(gòu)架服務(wù)、應(yīng)用程序服務(wù)、VMware vCenter Server和客戶端組成 (如圖1)。

    VMware vSphere是一套利用虛擬化功能將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為簡化的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)的云操作系統(tǒng)，可作為無縫和動態(tài)操作環(huán)境管理大型基礎(chǔ)架構(gòu)，同時還能管理復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心。對于終端網(wǎng)絡(luò)節(jié)點而言，因為沒有足夠的規(guī)模和硬件基礎(chǔ)應(yīng)用所有的VMware vSphere虛擬化套件中的所有軟件，所以根據(jù)實際情況只需要應(yīng)VMware vSphere的幾個核心組件：

    ·VMware ESX／ESX i

    一個在物理服務(wù)器上運行的虛擬化層，它將處理器、內(nèi)存、存儲器和資源虛擬化為多個虛擬機。

    ·VMware vCenter C1 i ent

    一個允許用戶從任何Windows Pc遠程連接到vCenter Server或ESX／ESXi的界面。

    ·Vnetwork分布式交換機(vDS)

    一種包括分布式虛擬交換機(vDS)的功能，此交換機跨多個Esx／ESxi主機，使當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)維護活動顯著減少并提高網(wǎng)絡(luò)容量。這使得虛擬機可在跨多個主機進行遷移時確保其網(wǎng)絡(luò)配置保持一致。

    圖1 VMware vSphere組件層

    2．3解決方案

    服務(wù)器G和H工作時間已經(jīng)非常長，設(shè)備出現(xiàn)老化，計算處理能力較之新購入的服務(wù)器A、B、c和D相差懸殊，同時耗電非常高，將其淘汰勢在必行，因此在服務(wù)器G和H上的舊服務(wù)系統(tǒng)需要進行遷移到虛擬機上。服務(wù)器F電源消耗有700W，將其系統(tǒng)遷移到虛擬機上，可以帶來較客觀的節(jié)電效益。

    由于VMware vSphere虛擬化的核心組件——vM[ware ESX／ESXi專門針對于X86服務(wù)器進行虛擬化，所以需要在聯(lián)想萬全R350 G7服務(wù)器上安裝VMware ESX／ESXi操作系統(tǒng)；同時，Sun Fire V445是一款功能相當(dāng)強勁、可以長時間穩(wěn)定運行的小型機服務(wù)器，可以將運行在服務(wù)器A、B和C上的0rac1e 10g數(shù)據(jù)整合到服務(wù)器E上的Oracle 10g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，實現(xiàn)集中化管理，便于人員維護。

    聯(lián)想萬全R350 G7服務(wù)器是聯(lián)想09年推出的面向企業(yè)和行業(yè)用戶開發(fā)的、具備超強系統(tǒng)性能表現(xiàn)的服務(wù)器，是一款技術(shù)領(lǐng)先，具備高可靠性、可管理性以及高擴展能力的服務(wù)器產(chǎn)品，其搭載的新一代Intel四核Xeon處理器系統(tǒng)處理能力大幅提升。

    根據(jù)軟件和硬件系統(tǒng)要求，使用2臺聯(lián)想萬全R350 G7服務(wù)器和1臺Sun Fire V445服務(wù)器替代原有的8臺服務(wù)器。具體的虛擬機資源分配如表4所示：

    表4虛擬機資源分配表

    采用虛擬化的服務(wù)器分布拓撲圖如圖2所示：

    圖2服務(wù)器虛擬化拓撲圖

    通過VMware vCenter C1ient軟件，維護人員可以使用一臺Windows PC遠程集中控制每個服務(wù)器上的虛擬機，顯示結(jié)果和在原有服務(wù)器上的軟件工作界面一致；同時，借助VMware vCenter C1lent可以實時對各個虛擬機的資源使用情況進行分析和監(jiān)控。安裝過VMware ESX／ESXi虛擬化操作系統(tǒng)的用戶可以發(fā)現(xiàn)，VMware ESX／ESXi實際上是一款集成了VMware虛擬化軟件的Linux系統(tǒng)，這樣，有Linux使用經(jīng)驗的人員可以使用如SecureCRT之類的SSH遠程終端仿真工具遠程控制服務(wù)器A和B，以及安裝Solaris系統(tǒng)的SUN服務(wù)器。借助VMware vCenter C1 ient和遠程終端仿真工具軟件，可以對物理主機和虛擬機上的操作系統(tǒng)進行控制，極大減少了維護人員的工作量。

3虛擬化應(yīng)用評估

    通過采用服務(wù)器虛擬化方案，需要管理的服務(wù)器數(shù)量從8臺減少到3臺，服務(wù)器數(shù)量減少了62．5％；相應(yīng)的，服務(wù)器耗電由改造前的5238W降低到2288W，節(jié)電率達到56．3％。在運行過程中，VMware ESX／ESXi并不是按照表4提供的數(shù)據(jù)將內(nèi)存和硬盤容量立即分配給各虛擬機，而是按照虛擬機操作系統(tǒng)實際運行的資源需求對其提供；也就是說，即使安裝了多個虛擬機，物理主機的資源使用率也不是100％。為了評價經(jīng)過虛擬化的服務(wù)器的性能，本文主要對CPU使用率、內(nèi)存使用率和網(wǎng)卡的吞吐率三個性能指標(biāo)進行分析。在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，服務(wù)器的大部分資源消耗主要是由于在虛擬機上安裝操作系統(tǒng)而消耗的，應(yīng)用軟件的資源消耗并不高，表5為在虛擬機上只安裝操作系統(tǒng)(情況I)和安裝應(yīng)用服務(wù)軟件(情況II)的指標(biāo)對比。

    表5虛擬機主要指標(biāo)對比

    根據(jù)表5可以得出，即使在服務(wù)器上安裝3-4個虛擬機，服務(wù)器的負載也只是占用了其全部計算量的1／3左右，內(nèi)存的使用率較高是由于虛擬機系統(tǒng)本身需要占用一定的內(nèi)存，網(wǎng)卡的帶寬占用率相對來說是較低的。一般情況下，在安裝VMware ESX／ESXi系統(tǒng)的服務(wù)器上建立10個左右的虛擬機是比較合適的，這需要對服務(wù)器的內(nèi)存容量和硬盤容量提出更高的要求。聯(lián)想萬全R350 G7服務(wù)器具有高擴展性，最高支持48G內(nèi)存和8個SATA／SAS熱插拔硬盤。如果對服務(wù)器A進行升級，將服務(wù)器B上的所有虛擬機利用VMware vMotion工具遷移到服務(wù)器A上，是完全可以實現(xiàn)的，同時將服務(wù)器B升級為服務(wù)器A的鏡像服務(wù)器，采用VMware的HA技術(shù)，確保服務(wù)器A發(fā)生故障時，由服務(wù)器B接管服務(wù)器A的所有服務(wù)，這樣不僅能夠提高信息化系統(tǒng)中服務(wù)器的利用率和虛擬機的高可用性，進而能夠提高信息化系統(tǒng)的連續(xù)服務(wù)能力和災(zāi)難恢復(fù)能力。原理 如圖3所示：

    圖3 vMotion遷移和HA原理

4結(jié)束語

    對信息化系統(tǒng)終端節(jié)點機房的服務(wù)器虛擬化解決方案有效的減少了服務(wù)器的數(shù)量，提高了服務(wù)器的利用率，從而減少了電力資源的消耗、機房的制冷成本以及維護人員的工作量。VMware vSphere作為一款利用虛擬化功能的云操作系統(tǒng)對終端節(jié)點機房進行服務(wù)器虛擬化已經(jīng)初見成效，如果將其部署在更大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心節(jié)點，其帶來的經(jīng)濟效益會更為顯著。隨著云計算的廣泛應(yīng)用，在信息化系統(tǒng)中建立“私有云”，將管理離散的硬件更改為管理虛擬化的共享資源池，對所有IT資源進行虛化，是下一步的研究工作。

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本文標(biāo)題：基于虛擬化技術(shù)的信息化系統(tǒng)服務(wù)器部署方案

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