虚拟化是一个抽象层，它将物理硬件与操作系统分开，从而提供更高的硬件设备的利用率和灵活性。虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件(例如 RAM、CPU、网卡等)，可以在这些硬件中加载操作系统和应用程序。无论实际采用了什么物理硬件组件，操作系统都将它们视为一组一致、标准化的硬件。

　　实现功能
　　对数据中心来说，利用虚拟化技术，可以实现集中存储与动态迁移的效果。

　　集中存储
　　基本数据保护是数据中心管理的最关键的因素之一。像存储故障、服务器故障和普通的老用户错误的问题经常导致数据丢失。系统和数据的备份和恢复要求既快又灵活，而且不能删除系统上的关键资源。 除了日常情形外，数据中心必须有应对灾难恢复的计划， 确保可以轻松恢复至关重要的数据，同时满足大小灾难的恢复时间客观目标。
　　因为虚拟机封装在VMFS文件系统中，因此可以快速对其进行保存、复制和部署。可在几秒钟内将整个系统(完全配置的应用程序、操作系统、BIOS 和虚拟硬件)从一台物理服务器移至另一台物理服务器，以实现零停机维护和连续的工作负载整合，从而可以达到数据的快速备份和迅速恢复的要求。
　　大连理工大学的虚拟机群采用的是集中存储，每个服务器上均安装ESX Server，由虚拟管理中心做资源调拨，利用VMFS系统，将现有的HOST上的所有guest operating system的VMFS系统集中存储在SAN架构的存储盘阵上。每台完整的虚拟机环境保存为单个文件，这样便于进行备份管理。

　　动态迁移技术
　　集中存储的虚拟机中的动态迁移技术是一个对网络管理员非常行之有效的功能，运行在物理服务器HOST上的虚拟机GUEST，可以动态的从一台ESX Server上迁移到另外的一台运行这ESX Server的物理服务器上。
　　对于ESX Server上运行的虚拟机，是封装在VMFS文件系统中，可以快速地进行复制和移动，从而有效地保障了GUEST所提供的服务。
　　大连理工大学虚拟服务器群采用机群的方式，将功能类似的HOST群分成不同的cluster，在同一个cluster内，虚拟管理软件可以动态地分配硬件资源，当某个GUEST的需求增大，而加重了其中一台HOST的负载时，虚拟管理软件可以将其余的GUEST主机动态地分配到其他的HOST上，这样可以将更多的硬件资源分配给需求比较大的GUEST虚拟机。
　　当虚拟机管理软件发现某台服务器因为非人为的因素宕机时，会自动将运行在上面的虚拟机迁移到其他的ESX服务器上，并完成重新启动。

　　实际部署
　　校园网的数据中心向全校提供主页服务，允许校内的部门和各个院系将主页放置在校园网数据中心的服务器上。学校购买了很多的服务器为校内部门提供服务，但是绝大多数服务器的硬件资源属于闲置，利用率非常低，CPU利用率大部分时间内不超过5%，而使用虚拟化技术，将这些机器配置在一个集群中，可以共享宿主机的硬件资源，从而最大利用现有的硬件资源。IDC集群是多个集群中的一个，我们将采用IDC集群来举例说明。
　　大连理工大学虚拟化IDC集群采用了4台宿主机作为一个集群，单台服务器的配置为标准的4路双核3G的CPU和16GB RAM。集群中的4台宿主机通过SAN光纤网连接到同一存储设备，并通过千兆以太网连接到网络中心数据中心接入交换机。宿主机上的每台虚拟机都具有真实IPv4地址并独立连接到数据中心，每台虚拟机的VMFS文件通过SAN连接到集中存储服务器中，采用LAN FREE，不占用以太网资源，最大化节省了每台虚拟机的网络带宽。

　　使用效果
　　利用虚拟化技术之后，我们发现以下的资源被最大化地利用，并做到实时监控。

　　宿主机的CPU利用率
　　图1中可以清晰的看到，原本利用率并不是很高的主机，实时的CPU利用情况以及是否有峰值产生，图中显示的CPU的运算速度是在2100Hz左右，由接近4G的峰值瞬时产生，最低的运算速率是在1500Hz左右。这样可以非常方便的监控虚拟机系统中宿主机的利用率和负载高低。左边导航条中是在这个cluster中的虚拟机详情。

图1 宿主机的CPU利用率

　　宿主机的内存使用率
　　从图2中可以看到宿主机机群的内存利用率的情况，原本每台服务器在运行某些程序的时候，需要占用大量的内存资源，而程序运行完毕后，大量的时间内存都是闲置状态的情况不再出现，宿主机的内存一直处在一个非常平稳的状态，利用率一直保持在1/4左右，这些数据均说明我们的虚拟化系统并没有饱和，还可以添加2～3倍数量以上的虚拟机系统，使之在同一个集群中和谐工作。

图2 宿主机的内存使用率

　　实施占用系统资源实施监控
　　从图3显示的是，实时过程中具体每台设备所占用的内存和CPU资源的情况，这可以根据CPU占用情况或者内存占用情况来排序。图中采用了CPU的实时占用情况来排序，可以看到最高的CPU利用的机器，CPU资源被占用957hz，内存占用的情况为1343MB。

图3 每台虚拟机实施占用系统资源实施监控

　　宿主机数和虚拟机列表
　　图4中显示现在使用了3个虚拟机群，其中Learning集群中有1台宿主机，上面运行了10台虚拟机；IDC集群中使用了4台宿主机而运行了53台虚拟机。在左边的导航条中可以看到具体的虚拟机的详细列表，点击后可以查看每台的状态并登陆到虚拟机中。

图4 每个集群中的宿主机数和虚拟机列表

　　拓扑情况图表
　　虚拟管理化软件具有拓扑发现功能，可以将虚拟化系统用拓扑的方式展现给管理员，方便管理员对自己的网络进行实时监控和迅速发现故障点。图5是IDC集群的拓扑结构，虚拟机均采用VMFS文件系统集中存储在中间的存储设备中，而散布在周围的服务器则为宿主机，可以清晰地看出具体的虚拟机和宿主机的对应关系和分布情况。

图5 虚拟机的拓扑情况图表

　　大连理工大学的虚拟化部署的特点是：在一个物理系统中可以支持多个应用程序和操作系统；可在扩展或扩张体系结构中将服务器整合到虚拟机中，计算资源被视为以可控方式分配给虚拟机的统一池，这样虚拟机与主机以及其他虚拟机完全隔离。如果一个虚拟机崩溃，所有其他虚拟机不会受到影响，虚拟机之间不会泄露数据，而且应用程序只能通过配置的网络连接进行通信。完整的虚拟机环境保存为单个文件；便于进行备份、移动和复制；为应用程序提供标准化的虚拟硬件，可保证兼容性。
　　(作者单位为大连理工大学网络中心)

　　来源：《中国教育网络》2008年10月刊