虚拟化从概念到实际

　　近年来，虚拟化计算的概念逐步走向实际的应用，虚拟技术产品的不断涌现，开创了普遍的虚拟化计算时代。虚拟化计算系统能够动态组织多种计算资源，隔离具体的硬件体系结构和软件系统之间的紧密依赖关系，实现透明化的可伸缩计算系统架构，从而灵活构建满足多种应用需求的计算环境，提高计算资源的使用效率，发挥计算资源的聚合效能，并为用户提供个性化和普适化的计算资源使用环境。同时，虚拟化计算系统可以更加充分合理地利用计算资源，满足日益多样的计算需求，使人们能够透明、高效、可定制地使用计算资源，从而真正实现灵活构建、按需计算的理念。

　　高校数据中心在硬件建设上采取的传统方式都是不断投资购买一系列服务器来提供数字校园服务器集群计算环境，主要构建学校各种教学、科研和管理的业务应用系统的运行环境。以北京建筑工程学院来说，不同配置、不同需求的各种服务器累计50多台，由于受操作系统版本不同、软件开发平台不同、应用不同、不同公司开发、相互之间协调、兼容等因素的制约，新增加的应用系统都需要单独配置服务器。服务器数量急剧增加。另外，数据中心机房面积的制约，空间的紧张，购置硬件服务器投资额度较大等各种原因，使得虚拟技术开始走入我们的视野。

　　以各个高校目前的一个常见问题为例，每个学校都有门户网站及各二级学院、职能部门等的几十个、上百个网站，这些网站存在开发的平台不同、数据库不同、编程语言不同等各种问题，有些网站因为程序错误，还导致了其他网站无法运行。一般都有一台独立的物理服务器托管在学校数据中心机房，实际这些网站的运行对服务器的要求并不高，在某种意义上造成了资源的极大浪费：投入的费用较高、服务器的利用率极低、可管理性较差、能耗较高。

　　针对以上问题，经过分析和调研，为了充分利用目前已有的服务器资源，采用虚拟化技术是解决问题的最佳途径。我们通过采用虚拟机，给各个独立的子网站提供一个虚拟机，大大节省了投资和硬件资源。本文以本校应用的虚拟机产品Vmware和Parallels作为案例，分析这两大技术的应用和部署。

　　VMware基础架构及应用

　　1.VMware虚拟机
　　VMware Infrastructure 是一组完整的基础架构虚拟套件，此款集成产品可提供全面的综合虚拟化、管理、资源优化、应用程序可用性和操作自动化功能。VMware Infrastructure 虚拟化并汇总多个系统间的基础物理硬件资源，同时为虚拟环境中的数据中心提供大量虚拟资源。此外，VMware Infrastructure 还提供一组分布式服务，通过该服务，可以实现策略驱动的精细资源分配、高可用性和对整个虚拟数据中心的整合备份。
　　VMware Infrastructure 3 是VMware虚拟机的核心软件，作为虚拟数据中心操作系统，可以将离散的硬件资源统一起来以创建共享动态平台，同时实现应用程序的内置可用性、安全性和可扩展性。为了满足不同组织的需求和预算，VMware Infrastructure 3 将其丰富的功能打包在三个版本中：基础版、标准版和企业版。每个版本都包含一个虚拟机管理程序以及一套管理功能。客户可以选择部署VMware ESX或 VMware ESXi。VMware ESX Server是一个在物理服务器上运行的、健壮的、经过生产验证的虚拟化层，它将处理器、内存、存储器和网络资源抽象为多个虚拟机。

图1 VMware基础架构

图2 VMware基础架构数据中心物理拓扑

　　为了更好地使用VMware，可以安装一套 VMware vCenter Server，简称VC。VC可为 VMware Infrastructure 提供集中式管理功能，使得可以从单个控制台管理整个虚拟环境。虽然每个 VMware Infrastructure 许可证中均包含一个 VMware vCenter Server 代理，但要实现 VMware Infrastructure 的集中管理功能，还需要一个 VMware vCenter Server 实例，如图1所示。用户通过VMware Infrastructure Client (VI Client)从任何 Windows PC 远程连接到 VirtualCenter Server 或各个 ESX Server 的界面。

　　2.VMware基础架构在数据中心的部署
　　如图2所示，典型的 VMware Infrastructure 数据中心由基本物理构建块组成，例如 x86 计算服务器、存储网络和阵列、IP 网络、管理服务器和桌面客户端。
　　计算服务器是在裸设备上运行 VMware ESX Server的业界标准x86服务器。ESX Server 软件为虚拟机提供资源，并运行虚拟机。每台计算服务器在虚拟环境中均称为独立主机。许多配置相似的 x86 服务器可组合在一起，并与相同的网络和存储子系统连接，提供虚拟环境中的资源集合，称为群集。
　　我们采用一台配置8G内存、4个CPU的DELL 6950服务器作为物理主机，直接在裸机上安装VMware Infrastructure 和ESX server 3.5(安装过程跟安装Linux操作系统非常相似)，根据实际购买的许可证，可使用不同的功能，包括企业版更高级的VMware HA, VMware DRS，Vmotion等服务器虚拟集群基础构架系统软件。为了方便管理，安装Virtual Center虚拟集群管理应用软件，通过它来实现高级功能如VMware HA、VMware DRS、Vmotion等。
　　光纤通道SAN阵列、iSCSI SAN阵列和NAS阵列是广泛应用的存储技术，VMware Infrastructure 支持这些技术以满足不同数据中心的存储需求。通过存储区域网络在服务器组之间共享(与服务器组连接的)存储阵列，可实现存储资源的聚合，并在将这些资源置备给虚拟机时使资源存储更具灵活性。
　　VirtualCenter Server 只为数据中心提供一个单一控制点。它提供了许多基本的数据中心服务，如访问控制、性能监控和配置功能。它统一了整个数据中心在多台虚拟机间共享的各计算服务器的资源。其原理是：根据系统管理员设定的策略，管理虚拟机在计算服务器上的分配以及给定计算服务器内虚拟机的资源分配。在 VirtualCenter Server 无法访问(例如，网络被破坏)的情况下，计算服务器仍能继续工作。它们可单独管理，并将根据上次设置的资源分配继续运行，分配给它们的虚拟机。在 VirtualCenter Server 可访问之后，它就能重新管理整个数据中心。
　　VMware Infrastructure 提供了桌面端工具VI Client，为数据中心管理和虚拟机访问提供一种接口选择。用户可以选择最符合要求的接口：VMware Infrastructure Client(VI Client)、通过Web浏览器访问或终端服务(如 Windows Terminal Services)。

　　3. 应用实例及效果
　　我们通过在一台DELL 6950配置较高的服务器上安装了一套VMware Infrastructure 3基础版，建立了虚拟主机20个，包括Windows Server 2003 和Linux两种平台，将学校一些业务应用系统进行了迁移，包括学校各个二级职能部门的网站服务器、网管系统、FTP服务器。从运行的情况来看，VMware非常稳定和可靠，基本没有出现故障；VMware虚拟机的性能对物理服务器的CPU和内存要求较高，如果配置更高，虚拟主机的性能就更高，同时给虚拟主机增加更多的带宽，能达到一些物理服务器的性能。对一些复杂的、数据量较大的关键业务应用系统，目前还没考虑采用虚拟主机，主要是考虑数据备份、容灾等，如果采用VMware Infrastructure分布式服务和存储架构等，可以逐步过渡到一些重要的应用系统，并移植到虚拟主机上。通过虚拟化后，20台虚拟主机相当于20个服务器，极大降低了硬件成本，提高了数据中心对外的服务水平。

　　Parallels的应用

　　后来我们增加了一套Parallels   Virtuozzo产品。Parallels Virtuozzo Containers 也是一款比较知名的操作系统虚拟化解决方案。Virtuozzo Containers 4.0 可以在单台物理服务器和 OS 实例上创建独立分区，从而实现硬件、软件、数据中心及管理的全面优化。

　　Virtuozzo的最大优点是可以实现动态资源分配，无需重启即可更改 CPU、内存、网络、磁盘和 I/O，还可以 自动化管理多个 Container、多台服务器的一整套工具和模板。它的基础层可以是标准的主机操作系统 Windows 或 Linux。下一虚拟层是专用文件系统和核心服务抽象层，确保不同 Container 之间的独立性和资源安全性。虚拟层可以让每一 Container 充当独立服务器。最后，即可在 Container 内运行应用程序或分担工作负荷。

　　对Virtuozzo的管理非常方便，可以灵活地以复制的形式创建一个虚拟主机，它具备非常强大的模版功能，是非常不错的网站群运行平台解决方案。它的不足是在Linux平台上运行的只能虚拟Linux主机；而在Windows平台上的只能虚拟Windows。相比之下，VMware在这方面要灵活一些，可以同时虚拟多个Windows和Linux。

　　总之，对于高校数据中心部署网站群来说，VMware和Parallels是不错的选择。
　　(作者单位为北京建筑工程学院计算机教学与网络信息部)

　　来源：《中国教育网络》2009年4月刊